乙二醇脱水工艺在大型高压天然气处理装置中的优化运行

崔连来，张　涛，王　纪，郑天宝（中原油田天然气处理厂，河南濮阳　457001）

·生产实践·

乙二醇脱水工艺在大型高压天然气处理装置中的优化运行

崔连来，张涛，王纪，郑天宝
（中原油田天然气处理厂，河南濮阳457001）

摘要：大型高压天然气处理装置加纳天然气处理厂应用乙二醇脱水工艺，容易产生乙二醇再生系统设备腐蚀、乙二醇大量损耗、换热器冻堵等问题，从而导致管输商品气产品不合格和液化气LPG产品收率降低。分析原因后，采用更换乙二醇再生塔填料，增加乙二醇过滤器滤芯更换频率，提高乙二醇再生温度，控制乙二醇pH值和调整乙二醇加注喷嘴角度的方法逐步解决了问题，使得商品气符合产品要求和液化气收率明显提高。

关键词：乙二醇脱水工艺；大型；高压；天然气处理装置；优化运行

0　前言

加纳天然气处理厂是非洲加纳国家的第一个大型天然气处理装置，其天然气设计处理能力约420 万m3/d，于2014年11月建成，由中原油田天然气处理厂承担投产和运行。该装置采用高压天然气节流制冷工艺，经分离、过滤、制冷和分馏单元回收天然气中较重的组分，产品有管输商品气、液化气LPG和稳定轻烃。

在高压天然气节流制冷过程中，采用加注水合物抑制剂乙二醇的方法来防止形成水合物。经分离和过滤的原料气在进入换热器管程前喷入乙二醇，这样雾化的乙二醇与原料气在换热器中充分混合，然后经J-T阀节流进入到低温分离器中［1］。该低温分离器为三相分离器，吸水后的乙二醇在三相分离器底部的分液包中，此称为富乙二醇。富乙二醇进入到乙二醇再生系统中脱除吸收的水和少量的烃，此称为贫乙二醇。贫乙二醇经加注泵升压后加入原料气换热器内循环利用。

工艺流程如图1所示。

图1　乙二醇再生工艺流程

1　乙二醇脱水工艺存在的问题

自2014年11月加纳天然气处理装置投产以来，乙二醇再生系统存在乙二醇溶液中出现黑色悬浮物、溶液的pH值降低、过滤器滤芯表面被黑色固体颗粒附着、乙二醇损耗量不断增加等一系列严重问题。于2015年4月装置停产检修时发现乙二醇再生设备结垢和再生塔填料腐蚀、换热器堵塞等现象。

1.1乙二醇再生系统设备结垢和腐蚀

在装置检修期间发现乙二醇再生塔再沸器导热油U形管束结垢严重，上面附有大量用高压水枪都很难冲洗掉的黑色固体污垢。乙二醇再生塔内的碳钢散堆填料被黑色固体粉末堵塞而且部分填料被腐蚀成粉末状。根据原料气组分可知原料气中二氧化碳含量为1.4%，同时含有微量硫化氢。乙二醇在脱水的同时还会吸收原料气中部分酸性气体并将其带至乙二醇再生系统［2］。乙二醇加热再生时吸收的酸性气体同水一起被蒸出，因此再生塔内酸性气体浓度相对较高是造成乙二醇设备腐蚀的主要原因。

1.2乙二醇大量损耗

装置运行期间，乙二醇的损耗量最高可达到400 L/d，乙二醇损耗流程见图2。根据装置设计方提供的数据，装置正常运行时乙二醇损耗量应在每周400～600 L［3］。通过对装置运行数据的研究发现，造成乙二醇损耗的主要原因有低温分离器内烃液和气体的夹带、乙二醇再生塔顶的蒸发损失等［4］。

图2　乙二醇损耗统计图

乙二醇溶液中的黑色悬浮物以及沉淀在设备上的黑色糊状物质是乙二醇系统长期运行过程中逐渐产生的。这些黑色固体的形成与原料气中所含的重烃、有机酸、酸性气体等，乙二醇溶液的pH值以及乙二醇再生时的热分解产物有很大关系［5-6］。固体悬浮物的存在也会使乙二醇溶液起泡，导致在低温分离器中乙二醇不能充分地与液态烃分离而增加乙二醇的损耗量［7］。

1.3换热器冻堵

换热器的冻堵直接导致了换热器管程压差增大及气气换热器换热效率降低，最终导致商品气与原料气换热不充分，出现低温分离器温度较高、商品气不合格现象。

1.3.1商品气不合格

商品气温度偏低，其产品要求为0℃以上，而实际运行值为-2℃，导致商品气外输管线上的超声波流量计无法计量，影响了天然气处理厂安全平稳运行。商品气热值超标，下游用户要求商品气热值为37 250～43 582.5 MJ/Nm3，而实际商品气热值为44 104 MJ/Nm3，影响了下游发电厂的稳定运行。

正常情况下，原料气预冷后温度应为-13℃左右，而实际在6℃左右，使得低温分离器的温度高达-15℃（其正常值应在-30℃以下），气气换热器的换热效果大幅降低，导致原料气不能充分预冷，因此直接导致收率降低。

综上所述，乙二醇大量损耗造成了不必要的经济损失，换热器冻堵则直接影响换热器的换热效率，从而导致商品气不合格和的收率明显降低，因此减少乙二醇损耗量和换热器冻堵已成为一个亟需解决的问题［8-9］。

2　解决措施

2.1更换乙二醇再生填料

从上面的分析可看出，在乙二醇再生塔内二氧化碳的存在是再生塔内碳钢填料被严重腐蚀的原因［10-12］。结合现场情况，考虑通过改变填料的材质来增强其抗腐蚀性能。针对二氧化碳产生的腐蚀环境以及检修时填料被腐蚀的情况，将再生塔填料由碳钢换成了不锈钢材质。

2.2调整乙二醇加注喷嘴角度

查阅设备资料可以看出，气气换热器管板上的管子布局近似为椭圆形，对应的乙二醇加注喷嘴喷雾形状为60°的椭圆锥形。气气换热器的乙二醇加注喷嘴的安装角度应水平安装，这样喷出的乙二醇才能刚好完全覆盖在换热器的管板上。

检修时发现乙二醇的加注器喷嘴安装角度存在问题，使得喷出的乙二醇不能较好地覆盖在换热器的管程区域。对乙二醇加注喷嘴进行角度调整，使喷出的乙二醇全部覆盖在换热器的管板上，这样原料气可充分与雾状乙二醇混合，从而抑制水合物的形成［13］。

2.3增加乙二醇加注泵的加注量

增加乙二醇加注泵的加注量，使喷嘴喷出的乙二醇更好地雾化。由于乙二醇加注泵由变频器控制，所以可通过简单提高频率增加加注泵的排出量。乙二醇泵的频率由以前的20%提高至50%以上，保证喷出的乙二醇能够很好的雾化。

2.4增加乙二醇过滤器滤芯更换频率

为减少固体杂质对乙二醇溶液的影响，增加了乙二醇过滤器滤芯的更换频率。从而减小乙二醇中固体杂质的浓度，减缓黑色固体物质在设备上的沉淀速率。

2.5提高乙二醇再生温度

提高乙二醇再生温度至120℃，保证再生后的乙二醇溶液浓度在80%（乙二醇的质量分数）左右，在此浓度下乙二醇溶液有较好地防止水合物形成的效果。

3　现场应用效果分析

通过对乙二醇再生系统进行优化后，乙二醇损失速率明显降低，溶液pH值有了明显改善，同时解决了换热器冻堵问题。

3.1乙二醇损失速率

乙二醇损耗趋势对比图见图3。

图3　乙二醇损耗趋势对比图

由图3可知，乙二醇的损失量由每周1 500 L降至每周700 L。通过采取上述措施，增加了乙二醇的回收率，明显降低了乙二醇的损耗量。

3.2乙二醇溶液pH值

pH值是乙二醇溶液的一个重要监测指标。由于pH值太高或太低都容易造成乙二醇溶液发泡，增加乙二醇损失［14］。同时pH值过低还会加速设备的腐蚀［15-16］。乙二醇贫液pH值变化趋势如图4所示。

图4　乙二醇贫液pH值变化趋势图

由图4可以看出，乙二醇贫液的pH值有了明显改善。

3.3解决了换热器冻堵问题

矫正了乙二醇加注喷嘴的安装角度，调节了原料气在换热器中的流量分配，解决了换热器压差高、换热效果差的问题。方案实施后，商品气热值符合了下游用户的要求（见表1），提高了装置液化石油气收率（见表2），提高了装置运行稳定性。

表1　方案实施前后商品气热值与要求值比较表

表2　方案实施前后液化气收率比较表

4　结论

根据乙二醇脱水系统运行过程中出现的种种问题，以及装置检修期间发现的问题，查阅相关文献资料，分析问题出现的原因，并根据装置本身的特点，对如何减轻乙二醇溶液对设备的腐蚀及减少乙二醇损耗进行了改进：①更换乙二醇再生填料解决了二氧化碳腐蚀乙二醇再生塔的问题；②调整乙二醇加注喷嘴角度和增加乙二醇加注泵的加注量解决了换热器冻堵的问题，抑制了水合物的生成；③增加乙二醇过滤器滤芯更换频率、提高乙二醇再生温度和控制乙二醇的pH值解决了乙二醇再生系统损耗量大的问题。装置优化后，乙二醇的消耗量明显降低，同样也改善了换热器的运行状况，增加了液化气产品的收率。装置的平稳高效运行为下游用户提供了优质的燃料气，为加纳电力能源供应做出贡献。同时大大缓解了加纳进口LPG的压力，为加纳用户提供高质量的液化石油气产品，取得了很好的社会效益。

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中图分类号：TQ028.3

文献标识码：B

文章编号：1003-3467（2016）04-0031-04

收稿日期：2016-02-27

作者简介：崔连来（1985-），男，助理工程师，从事天然气处理技术工作，电话：18338058017。