盐穴储气库乙二醇+J—T阀制冷脱水工艺设计

王旭锋 逯国英 张萍 陈冰 赵秀丽 王利强

摘 要：针对盐穴储气库采气量变化范围大的特点，研究了乙二醇+J-T阀制冷脱水工艺中乙二醇再生装置处理量与天然气处理量之间的关系，根据Hammerschnidt公式推导出两者成正比例关系，比例系数为ρ，单位为kg/m3，将该比例系数定义为“脱水密度”，其含义为1m3天然气脱水至相同的深度时所需处理的乙二醇富液量。

关键词：乙二醇富液量；乙二醇贫液量；天然气处理量

中图分类号：TE822 文献标识码：A

1 研究背景及意义

盐穴储气库地面工程中，天然气处理的核心工艺为脱水工艺。采气期，地下水蒸汽会随着天然气夹带出地面，当气体温度低于其露点温度时，产生水化物，引起管道冻堵，影响平稳供气。因此，需配套烃水露点控制装置，以保证天然气长输管道系统安全供气。当井口压力足够高时，注乙二醇+J-T阀制冷脱水工艺应用较为广泛。储气库建库期间与正常采气期的气量不断变化，并且在高峰与低峰时相差很大，因此对乙二醇的需求量变化范围较大。建立采气量与乙二醇再生装置进料量的关系对于合理设置再生装置处理规模，提高其适应性具有节能减排、绿色环保等重要意义。

2盐穴储气库乙二醇+J-T阀制冷脱水工艺流程

各井场来气在集配站内汇集后节流至11MPa，由集输管网输送至注采站，经生产分离器进行两相分离，分离后的天然气进入进站空冷器，冷却至30℃，然后进入过滤分离器进行两相分离，分离后的天然气注入乙二醇后进入绕管式换热器与低温分离器来的干气进行换热后，经J-T阀节流，温度降至-2℃进入低温分离器，气相经绕管式换热器复热后外输，生产过程中产出的水调压后进入地下排污罐，经泵装车外运。

2.1乙二醇贫液用量的计算

根据当地环境温度确定出天然气注乙二醇前后水合物形成的温度降（△t）后，可按Hammerschnidt公式计算乙二醇最低富液浓度CM（质量百分浓度）。

×100% （1）

式中 CM—乙二醇最低富液浓度，质量百分数

（△t）—水合物形成温度降，℃；

M—乙二醇的相对分子质量；

KC—乙二醇的常数，2220。

计算出乙二醇在水溶液相中的最低浓度后，可由下式求得水溶液相中的乙二醇贫液用量qL。

（2）

式中 C1—注入含水乙二醇中乙二醇的质量分数，一般取80%；

qw—系统中析出的冷凝水量，kg/d；

qL—乙二醇贫液用量，kg/d。

2.2系统中析出的冷凝水量

系统中析出的冷凝水量可根据注乙二醇注入器前的天然气含水量和低温分离器出口后天然气含水量来计算。

qw=G（W1-W2） （3）

式中 G—天然气流量（p=0.101MPa，t=20℃），m3/d；

W1，W2—天然气在脱水前后温度和压力条件下的饱和水含量，kg/m3，可从HYSYS中查取。

2.3乙二醇装置进料量

根据《SYT0076-2008 天然气脱水设计规范》，乙二醇贫液损失量为4mg/m3天然气，那么乙二醇贫液损失量qs为：

qs=G×4×10-6 （4）

那么乙二醇装置进料量可以根据乙二醇质量守恒得到，

（5）

式中 F—乙二醇装置进料量，kg/d；

公式5中，假设乙二醇再生装置乙二醇贫液浓度为80%，而将损失考虑在qs中，将公式（2）、（3）代入公式（4）中整理可得：

（6）

公式（6）中CM可由公式（1）求得，W1、W2均可根据《SYT0076-2008 天然气脱水设计规范》中图A.1-A.6中查取。当原料性质和要求的烃水露点相同时，CM、C1、W1、W2都为常数，即天然气所含有的饱和水和露点降相同，由公式（6）可以看出，天然气处理量与乙二醇装置进料量成正比关系，设比例系数为ρ，则有：

（7）

式中ρ的单位为kg/m3。类似于物体密度的定义，ρ可以定义为乙二醇+J-T制冷脱水工艺中的“脱水密度”，其含义为1m3天然气脱水至相同的深度时所需处理的乙二醇富液量。公式（6）即为乙二醇再生系统进料量与天然气流量之间的关系式，据此可以根据天然气流量的变化范围，合理确定乙二醇再生系统的设计与运行方案。

结语

本文针对盐穴储气库采气量变化范围大的特点，研究了脱水工艺中乙二醇再生装置处理量与天然气量之间的关系

通过Hammerschnidt公式推导得出天然气流量与乙二醇再生装置进料量成正比关系，比例系数ρ，单位为kg/m3。将其定义为乙二醇+J-T制冷脱水工艺中的“脱水密度”，含义1m3天然气脱水至相同的深度时所需处理的乙二醇富液量。

乙二醇再生装置进料量与天然气流量的比例关系为F=ρ·G，据此可以根据天然气流量的变化范围，合理确定乙二醇再生系统的设计与运行方案，节约能耗，降低成本。

参考文献

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