气体喷射器在天然气处理系统的应用

石志敏 武茂芹 史德平（大港油田天然气公司）

气体喷射器主要用于气体增压输送，应用气体喷射器增压优点非常多，但缺点也非常明显，其中一个缺点就是它需要压力和流量都相对稳定的高压气源作为工作流体。目前国内关于气体喷射器在天然气领域的研究成果[1-3]及应用实例[4]并不多，这其中最重要的原因就是天然气组分复杂、物性变化较大，这给喷射器设计及应用带来了较大的难度和不确定性。气体喷射器的应用，最重要的是要充分利用现有客观条件，针对天然气处理站既有可利用高压天然气又有低压气需被增压的有利条件，开展了气体喷射器在低压天然气增压处理方面的应用。

1 存在问题

大港油田天然气处理站有2套天然气处理装置，装置进气压力均为3.0MPa，气源来自于大港油田自产高、中及低压气，配置的5台原料气压缩机用来压缩压力分别只有1.25MPa和0.07MPa的中、低压气，受低压气来气量不稳定的影响，低压气来气量与在用的5台原料气压缩机组运行之间就存在不匹配问题，这就造成了原料气压缩机长期低负荷运行，浪费了部分电能。

天然气处理站还设有2台港沧线增压机，增压后的陕气主要供往沧州、淄博等地，增压机出口压力为4.0MPa，受下游用气量的影响，每天有30×104m3天然气需要打回流，回流气的反复循环压缩也造成了电能和压力能的浪费。

2 改造方案

相对于采用压缩机提升气体压力的方式，采用气体喷射器提升气体压力，只需利用高压能源而不需增加许多辅助设备，不但可以达到节能降耗的目的，还减少了操作难度及运行风险。

为了节能降耗，提高效益，充分利用现有港沧线增压机30×104m3/d回流高压天然气的有利条件，天然气处理站应用了气体喷射器装置，将港沧线增压机回流的4.0 MPa高压天然气作为工作流体，引射一部分无法经济增压处理的0.07MPa低压天然气，喷射器出口混合气进入到0.85MPa的外输管网外输。

3 系统设计

3.1 喷射器选型

喷射器是利用射流的紊动扩散作用，使不同压力的两股流体相互混合，并引发能量交换的流体机械和混合反应设备。天然气喷射技术工作原理是高压天然气经喷嘴节流，在混合腔形成低于低压气入口压力的低压区，低压天然气在压差作用下被吸入混合段与高速流动的天然气混合，形成具有一定速度的混合气流，在扩压段内完成升压后外输。受气体喷射器本身技术特点的限制，气体喷射器对两股气体的压力、温度、组分及压力差都有一定的要求，针对不同的两股气体，依据出口压力要求的不同需要选配不同的喷嘴，对于特定条件下的高、低压气体为了达到需要的出口压力，有时需要二级或多级引射才能满足需求。结合天然气处理站在高、低压天然气的气源的条件，尤其是低压气源压力只有0.07MPa非常低的不利条件，为达到气体喷射器出口压力为1.0MPa的外输条件，该气体喷射器选用了两级喷射形式。

3.2 流程设计

气体喷射器在国内真正应用于天然气领域的实例并不多，相对于天然气处理站低压气压力较低的气源状况，国内没有相似的气体喷射器装置，见图1。因此在气体喷射器系统工艺流程设计上，没有可以参考的模型，为保证喷射器系统运行的安全性与可靠性，加强了工艺控制系统方面的设计，特别设计了气体喷射器高、低压气入口汇管紧急关断阀，并设置了5个关断条件与之相连锁，此外还设有气体喷射器高压气入口汇管流量检测及自动调节功能。

系统流程：低压天然气和经流量调节的高压天然气经气体喷射器混合，混合气再进入处理站外输管网外输。

4 系统调试

对于本项目来说，被增压的低压气流量越大越能体现其在替代低压气压缩机的作用，因此如何能提高低压气的流量，就成了本项目调试最先解决的问题。除高、低压气的组分、温度等不可控因素外，高压气的流量、压力，低压气的压力以及喷射器出口压力等也都直接影响低压气的流量，而喷射器一级喷嘴和二级喷嘴尺寸成为了其中关键因素。

2012年，我们对喷射器进行了调试，共对4种不同型号的一级喷嘴和4种不同型号的二级喷嘴进行了7种组合，其中一组喷嘴组合在高、低压气及混合气压力分别为3.85 MPa、0.055 MPa及0.80 MPa情况下，30.2×104m3/d高压天然气增压的低压气气量达到了1.2×104m3/d。类似的工况下的调试，有3组喷嘴组合也实现了引射量1.0×104m3/d以上，达到了预期效果。

5 结语

1）经济效益方面。该项目总投入140万元，改造后该装置可在低压气来气量满足一定的条件下代替低压气压缩机运行，该装置每运行一天，即节约可压缩机运行电费1.5万元，同时也减少了压缩机运行带来的维护保养费用。

2）在社会效益方面。解决了处理站高压天然气能的浪费及低压气增压能耗高的难题，增大了处理站处理低压气量的能力，提高了低压气与压缩机运行匹配的灵活度，降低了人员的劳动强度。

[1]杨德伟,林日亿,王弥康,等.利用喷射器技术输送低压气层天然气[J].油气田地面工程,2005,24(4):10-12.

[2]宓亢琪,天然气引射器特性方程与工况的研究[J].煤气与热力,2006,26(6):1-5.

[3]吴革生,刘双全,张振红,等.天然气喷射引流装置变工况性能试验[J].天然气工业,2009,29(10):83-85.

[4]刘双全,陈德见,汪雄雄,等.集气站放空气喷射回收技术[J].油气田地面工程,2011,30(4):44-45.