天然气超声速处理技术

32国外油田工程 Foreign Oilfield Engineering Vol.19No.32008.3天然气超声速处理技术编译:梁书苓(中原油田分公司技术监测中心)Dr. fred okimoto范建敏(中原油田分公司采油工程技术研究院)审校:胡淑娟(大庆油田公司设计院)摘要:传统的天然气分离处理设备造价高、安会含有一些滑脱气体,这些气体会在一套结构紧凑全性差,且欢环境有污染。本文介绍一种设诖新颖、型液体脱气罐中被除掉,并与干气气流重新汇合。结构简捷紧凑和工作可靠的天然气超声速分离处理技术,分析讨论了该顶技术的忧点,并用实例证实了该、优点技术在天然气工艺处理中应用的可行性和发展前途。在超声速条件下使得待处理天然气被凝结和被分主题词超声速天然气处理技术离处理是实现分阶段降低投资费用和作业处理费用的前言技术关键。这套静态装置由于没有旋转部件和无须采用化学药剂进行作业处理,故而便于操作且工作起来绞扭器( Twister)是一种已获专利权的新颖的天很可靠,从而允许在海上恶劣的环境条件下实现无人然气分离处理技术,它是一种能够单相输出的超声速操作。一套设计可在10MPa作业压力条件下日处理气体分离装置,可消除多种流体处理时存在的风险和105m23天然气的绞扭器管仅1.83m长,可装在152与多相湿气清除系统相关的许多限制。该技术可用于mm的套管中。从天然气中凝缩和分离水及重烃。目前的应用领域包待处理天然气流体在冷却的超声速分离器中的停括脱水、烃凝析、C+与液态天然气萃取和热值降留时间仅是数毫秒,这样便可防止水合问题的发生低无须化学药剂处理及相关的再生系统。由于省去了化这项新技术具有与涡轮膨胀器相似的热力学特学再生系统,便避免了对环境有害的BX(苯、甲性,它是把膨胀、气液旋转离心分离和重新压缩等苯、二甲苯)的弥散,明显地节省工作空间。这种结数道工序结合在一起的结构紧凑型管道类装置。相比构紧凑和重量较轻的设备可安装在最小的采油平台较而言,涡轮膨胀器是把压力转换为轴动力,而这种这个平台稍大于一个简易的井口平台。分离器则是通过将压力转换为动能来取得类似的温度降(即超声速)三、系统设计图1示出了该装置的基本结构。应用一套Iawl图2示出了该系统典型的工艺流程。该技术是喷嘴使输人的饱和气体膨胀,使其流速达到超声速导致产生低温和低压,这样便促使水和烃凝析液滴雾种低温分离工艺,进口流体的冷却可优化整个系统的化。装配在超声速流域内的一套翼片产生一种高速旋工况特性。进口的冷却可采用冷却排出气实现热联合流(高达30000g),使这些微滴在离心作用下被旋的方式来实现,亦可辅助使用海水或空气使进口流体流到管壁上,然后采用一套旋转离心分离器将液体从冷却。超声管上游输入分离器的设计特点是,清除产超声分离管气体中分离。分离后的流体在分离扩散器中减速,使其压力恢复到初始压力的65%~80%。最终的液流胀器+—旋流分离器压缩机输入饱和气(435b/in2,-40°F)冷却器(1450b/in2旋翼、扩散器41F)中国煤化工液体+滑脱气体CNMHG新油图典型工艺流程图(选用空气水冷却器是十图1基本的设计结构分有效的,可以使用一个以上的液体脱′罐)梁书苓等:天然气超声速处理技术33生的液体和防止带入各种铁质杂质和固体颗粒物质。装置。天然气分离处理系统就是在此基础上设计而成的,同时尚需考虑下列事宜五、海洋环境下的应用与优点◇该超声速分离器是一套固定安装的和实际上属海上天然气的开发,传统上使用人工操作的乙二于体积流量处理的装置。输人喷嘴喉部的流体流速始醇进行(TEG)化学脱水设备。处理费用、职工人身终精确地恒定为1马赫(384.6m/s),并以这一流速安全和环境保护等方面日益增加的压力,迫使人们为流过分离管,通过调节工作压力可取得一些调节流量新气田的开发而研究设计像湿气脱水处理这类的无人的灵活性,一套典型的系统中包括了多个这样的超声操作设备。新技术为气田的开发创造了经济、高效分离管,用来满足灵活调节流量的需要安全和利于环保的生产作业条件,降低了生产流体处◇超声分离器是一种压力比装置,对于任何设计理的风险程度和消除了对多相湿气进行处理的许多限压力而言,气体会膨胀,使得给料压力在超声管中部制。“多相生产气流的低风险分离处理”这个术语涵提高30%,而在排泄口处,气体被重新压缩,达到盖了多相油气生产系统中很宽的范围,包括流体特给料压力的65%-80%。性、水合现象、石蜡、沥青、乳化、结垢、腐蚀和侵四、实践经验蚀。这是石油和天然气行业面对的最重要的问题之虽然这是一项相对新颖的工艺技术,但是在五个多相输出既限制管线调整的灵活性,又限定了最不同的天然气处理厂的工业性应用试验中已经获得了大的管线尺寸,有时候需要应用多个内径较小的管大量的实践经验。在荷兰,自1998年起至今投产的线,常常使油气田后续开发对输出管道的需求受到限设备还在运行;在尼日利亚,自2000年起至今投产制。多相流输送管道的压降远高于单相流体输出时的设备依旧运行良好;2002年,在挪威的 Statoil K实验压降,而且难以预测。通过超声气体分离器处理后管室对这套设备进行了初步试验。总之,这些试验设备道的压降(约20%~35%)可能大于输出管道中压已经证明,它可在无人操作条件下运行,具有天然气降的减少可补偿的部分,但它允许较低的管线压力设适当脱水处理和调节烃露点的能力。在荷兰 Leermens计。境内,由Shll(NAM)公司经营管理的天然气处理腐蚀和水合物管理系统需要极强的可靠性,因为试验厂已成功地对湿气进行了脱气处理,使得处理后管道出现问题所造成的后果是严重的。考虑到多相流的天然气在输出压力条件下的水露点低于-1.11℃。体特性的复杂性,一般情况下需要采取高投资的保守一套分离器样机目前安装在马来西亚海上的 Leermens措施尽量满足工艺需要。防腐合金管材的高投资和昂平台上进行试验。贵的液体段塞捕集分离器的采用需要综合考虑施工作在尼日利亚 Utorogu境内,一个由SPDC公司经营业方面的限制条件,其中包括清管处理等。定期地进的天然气处理厂投入试验的设备已经通过官方组织的行清管处理清除管道中的液体聚集和进行腐蚀管理是验收。该装置自2000年以来一直投产运营,成功地种有危害的、繁重的施工作业。对产出水进行化学对85×10°m3天然气进行了脱水处理,满足了管道输处理结合防腐和防水合物化学处理会导致产生像化学送的技术要求(在6.9MPa输出压力条件下达到40℃污染和垢物沉积方面的问题。为了防止乙二醇盐污染水露点)。这个天然气处理厂应用这种装置的主要优和与之相关的生产作业与腐蚀问题,要求花巨资安装点是,施工作业简便,可靠性高和可实现无人操作。真空脱盐装置。SPDC公司目前意欲为其它的天然气处理厂订购这种采用这项新技术所增加的海上设备投资费用同管表1海上气体处理设备的总体费用比较28×10Pm3费用(地面)水深1mT6汽CRA龊汽CS「超声分离TEG湿汽CRA混汽CS超声分离海上平台人工操作无人操作无人操作无人操作管线100km液体段塞抽集分离器353535是H中国煤化工R4mCNMHG岸上处理气/液处理G再生汽气/液处理MEG再生液体处理合计(百万美元)121%100%注:TEG-乙二醇化学脱水;CRA-防腐合金;CS-碳钢;MEG-化学物质34国外油田工程 Foreign Oilfield Engineering Vol.19N.320.3线和岸上设备的费用相比,通常要高一些,但是省去其潜在的节约资金和人工花费约为3~8千万美元。了液体段塞捕集分离器设施和化学再生系统的费用(见表1)。这种新型分离器对于处理有腐蚀性液流的七、在浅海的应用施工作业尤其具有吸引力,例如对于处理高含CO2的结构简单、工作可靠是其在浅海上应用成功的关气体而言一般还需要高合金输送管道。对于非腐蚀性键,这套静态装置由于没有旋转部件和无须采用化学流体的处理,由于气体输出管道较长,这种新型气体药剂进行作业处理而成为目前市场上仅有的评比中获分离器更能发挥作用。新工艺与化学脱水工艺相比,得高分值的气体分离设备。它非常适合浅海气体处理基本的制约因素是要求约有20%~35%的压降。然工艺,同时,它又成为利用科技手段推动当前并不经而如上所述,在单相输出管道中更要考虑压降的补偿济的储气技术向前发展的关键。 Twister Bv和FMC作用。Kongsberg Subsea公司已经开展一项合作研究项目,共六、商业上的首次应用同投资,使这项技术用于浅海气田的开发。为此,他们正在做使用这项技术与使用其他各种气体处理方法2001年, Shell Sarawak(SSB)公司和 Petronas公的比较工作,预计2005年能首次在浅海上应用。司签定了购买2套日处理天然气85×105m3的两套绞该超声分离器是自40年前引进了使用乙二醇化扭器脱水设备,计划安装在马来西亚海上的B11号学药剂进行气体分离技术、25年前引进了涡轮膨胀平台上。首批设备安排在2002年底发货,2003年晚气体分离技术以来,最近在气体加工工业上的一次具些时候投入启用。B11号平台的预期管理目标是无有渐进变化的技术革新。作为一套特有的新的天然气人操作,6套结构紧凑型的超声速管(每套日处理天分离设备,必须要研究这项技术的可行性和经济性然气能力为17×105m3)可垂直安装在一个直立的脱液罐上。将超声分离器与原有使用人工操作的乙二醇资料来源于美国《 World Oi》2002年8月(TEC)化学脱水方法进行比较的可行性研究表明,(收稿日期2002-12-16爽克克克克克克克克克克免克兔为海上项目联合提供GTL许可RENTECH公司已与全球工艺系统公司签订一项谅解备忘录(MOU)。两家公司将就 RENTECH公司GTL工艺在浮式生产系统(FPS0)上的应用,以此利用海上零散天然气方面合作,提供技术许可和工程服务。根据MOU条款,两家公司计划联合,将其技术向全球的潜在用户推广。合作内容包括许可证交易、上部工艺结构的工程设计服务以及涉及 RENTECH公司GTL技术的应用。合作内容包括针对具体工程所要求的设计、采办、施工、项目技术开发和评估服务。两家公司将目标锁定在各顼有前景的天然气海上项目。估计GTL装置规模在395-1580m3/d(25001000bd)。利用GTL法将零散天然气制成有价值的液体烃类产品,成为替代注采出气的经济有效的方法,另据报道, RENTECH公司宣称,G仉L南美玻利维亚正在为位于玻利维亚圣克鲁斯能源中心的1580m3/dGπL项目进行可行性研究。这项拟建中的1580m3/dGTL装置设计生产超洁净无硫燃料。 JACOBS英国公司将负责预计为期4~6个月的可行性研究,并为项目的下一阶段提供依据。玻利维亚拥有极其丰富的天然气储量,超过1.5×10"m3(52×1012f)。由于玻利维亚人口少,基础设施有限,这些储量被视为零散天然气。目前,为满足其燃料需求,玻利维亚正进口高硫柴油。拟建中的GTL装置将会减少柴油进口,从而给这个国家的经济产生积极的影响。该项目将会吸引大量的投资并为玻利维亚提供大量的就业机会。它还将使玻利维亚的天然气储量转变为巨大的财富。H中国煤化工王勇摘译CNMHG2002411月