天然气储气库脱水处理工艺技术研究

2017-04-07 08:10卢冰
中国科技博览 2016年30期
关键词:储气库工艺

卢冰

[摘 要]地下储气库作为一种将开采出的天然气输送至地下可以保存气体的空间而形成的人工气田或气藏,可以有效地解决城市用气过程中存在的不均匀性,并能极大的满足季节调峰的需求。在意外事故导致供气中断时,它还可以提供大量的气源,增加了供气的可靠性。从储气井里采出来的天然气里充满了饱和水蒸气。天然气被压缩或冷却时,水蒸汽会转变成液态或固态。液态水会加速设备的腐蚀,降低输气效率;而固态的冰则会堵塞阀门、管件甚至输气管线。为避免出现这些问题,在天然气进入输气管网之前,必须除掉其中的部份水蒸气。储气库天然气脱水工艺就是采用一定的方法使天然气中饱和的水蒸气脱除出来的工艺系统。自储气库的湿天然气经采气管线进入集配气站计量后集输至注采站,在注采站内需要经脱水装置脱水合格、计量后才能输送至长输管线。本文所要论述的是储气库的脱水工艺。

[关键词]储气库 脱水 工艺

中图分类号:TE822 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)30-0031-01

1.前言

储存天然气的最佳方式是天然气地下储气库,储气库的基本原理是在较深的地下,建造一个比较封闭的结构体,在地面用泵送的办法把天然气注入到这个构造中储存起来。当需要时,又通过生产井把天然气采出到地面输送到用户。天然气是一种清洁、廉价、高燃烧值的天然燃料,又是重要的有机化工原料。随着中国天然气资源的不断发现和开采,天然气的应用日趋广泛。特别是随着国家治理大气环境污染的力度加大,北京、上海、天津等大中城市正逐步用天然气代替传统燃料煤甚至液化气,居民用户基本实现全覆盖,正积极对工业、商服用户实行“煤改气”,淘汰燃煤锅炉的使用。由于受气候条件、用户种类和用量等因素影响,天然气的用量存在极大的不均衡性,为了保证天然气的供需平衡,天然气供应商必须具备储存手段,以便随时调整输出量并保证管道压力平衡,满足用户需求。地下储气库是储存天然气的一种比较好的方式。

天然气脱水工程即采用一定的方法使天然气中饱和的水脱除出来的工艺。本文以储气库采气期的井口天然气脱水过程为背景,对储气库脱水工艺类型、一般流程、脱水剂的选型、主要工艺设备、原理、安全和职业卫生防护及运行期的污染与防治等做一简要介绍和分析。

2.脱水剂选型

储气库采出气经净化后输至输气干线,作为管线调峰用气。外输天然气达到二类天然气的要求,天然气水露点比输送条件下的最低环境温度低5℃,烃露点低于或等于最低环境温度,按照输送管道设计要求,烃水露点应≤-15℃。来自储气库的天然气,经过集输支管管线进入集配气站,由集配气站经集输干管输送至注采站,在注采站内经重力分离器及过滤分离器分离掉其中的游离水、凝析油及机械杂质后,进入脱水装置,脱水合格后经计量调压输送至分输站。在采气末期,当储气库压力低于注采站出站压力时,利用注气压缩机增压,增压后天然气进入出站管网。

2.1 脱水剂选择

对于储气库,底部会存有―定量的水分,在采气初期,这些水会随着天然气夹带出地面,随着采气量的不断增大,底部存留的水量会逐渐减少。天然气脱水的方法有很多种,一般分为溶剂吸收法、固体干燥剂吸收法、直接冷却法、注防冻剂(脱水机)法、化学反应法等。有些井场,可利用天然气的压能获取低温以达到所要求的水露点及烃露点。据资料显示,大约85%的储气井采用脱水剂脱水。管道储气库也采用脱水剂脱水法除去采气井口采出的湿天然气中的水份。而储气库作为应急调峰设施对脱水剂的要求较高:(1)对天然气有较高的脱水深度;(2)选择吸收;(3)热作用和化学反应稳定;(4)蒸汽压低;(5)粘度小;(6)对设备无腐蚀;(7)密度小;(8)容易再生;(9)价格低廉、易于获得。

常用的脱水剂主要有甲醇、乙二醇、三甘醇。甲醇一般不回收,甲醇的损失量较大,对环保有不利影响,除了紧急情况下采用,大量注入已不常采用。乙二醇或三甘醇是一种比较经济的脱水方法,已广泛用于气田集输以及净化厂的天然气脱水工序中。目前国内储气库通常采用三甘醇作为脱水剂。

2.2 三甘醇特性

三甘醇具有凝固点低、热稳定性好,易于再生,蒸汽压低,夹带损失小,吸水性强,三甘醇贫液浓度高,露点降大等特点。另外,其沸点高,常温下基本不挥发,毒性很轻微,不会引起呼吸中毒,与皮肤接触也不会引起伤害。纯净的三甘醇溶液本身对碳钢不腐蚀,发泡和乳化倾向相对较小。

3.脱水工艺流程

来自储气库的湿天然气经过输气干管进入注采站汇管,再经重力分离器及过滤分离器分离掉其中的游离水、凝析油及机械杂质后,进入三甘醇脱水装置。在三甘醇脱水装置中,湿天然气由吸收塔下部的天然气进口进入三甘醇脱水吸收塔,与塔顶流下的贫三甘醇溶液充分接触,脱水后由塔顶天然气出口出塔,然后进套管换热器与进塔贫甘醇换热后经压力控制阀后出装置。控制阀前压力即吸收塔工作压力。

富三甘醇由吸收塔富液出口出塔,进入三甘醇循环泵高压端,降压后出泵部分进入再生精馏柱顶,与三甘醇中再生出来的水蒸汽换热,加热至50~80℃后进闪蒸罐,闪蒸出溶于富甘醇内的部分烃类及随富三甘醇进泵的天然气。富液经闪蒸罐闪蒸脱气后分别通过滤布过滤器、活性炭过滤器进入三甘醇贫富液换热器、换热缓冲罐与贫三甘醇换热130~150℃左右进富液精流柱精馏,提浓后的贫甘醇进入重沸器下部的换热缓冲罐。

贫液出换热缓冲罐后,经过三甘醇贫-富液换热器后经过滤器进三甘醇循环泵低压端,三甘醇循环泵将贫三甘醇压力由常压增为10MPa后,进入套管换热器与出吸收塔干气换热,进一步冷却后进入吸收塔塔顶。储气库脱水流程:原料气→过滤分离器(除去液固杂质)→吸收塔(与甘醇逆流接触脱水)→干气/贫甘醇换热器→计量调压→输气管线

4.脱水设施配置

常见的三甘醇脱水装置分为低温高压(天然气脱水)系统和高温低压(甘醇再生)系统两部分,应用了吸收、分离、气液接触、传质、传热和抽提等原理,露点降通常可达到30e-60e,最高可达85e。三甘醇脫水设备主要包括吸收塔及三甘醇再生撬。

5.运行期主要的污染及防治

5.1 采气阶段污染源及污染物

(1)注采站三甘醇脱水装置的排放尾气,主要为水蒸气,含少量甲烷和乙烷以上烃类,以及微量CO2、N2等。(2)注采站三甘醇脱水装置的排放的污水,主要污染物为柴油类。

5.2 运行期防治

(1)为减轻天然气处理过程中气体的损失,进出装置设置切断阀,一旦发生事故,切断气源,从而最大限度地减少气体的排放量;(2)三甘醇装置设焚烧炉,排放尾气不合格时可以经过焚烧后排放。(3)加强天然气处理装置的生产管理,尽量减少生产事故时进入空气环境。

6.安全及职业卫生防护

考虑到三甘醇脱水装置设有重沸器(明火设备),应确保其与三甘醇装置其它甲乙类设备设施之间的防火间距保持在15m以上。为防止三甘醇氧化变质,储罐(容器)通入天然气进行保护,对储罐(容器)压力进行检测并将信号引入注采站控制室,同时设置高低限报警装置,必要时,对三甘醇储罐(容器)压力进行控制。三甘醇在储气库脱水工艺中循环利用,操作工巡检到此处时可能接触到三甘醇。平时应加强对脱水设备的维护和对工人的防护教育。三甘醇脱水装置的再生精馏塔、再沸器等设备的操作温度较高,存在着烫伤的危险。脱水操作岗位存在低温防护问题,该岗位在运行期间操作工配备防护服、防护手套等用品并设置警示牌。

7.结论与认识

对天然气的脱水工艺来说,目前的技术已日趋发展成熟,但储气库由于其依靠注水排卤溶腔成型的特殊性,仍有一些工艺设备、参数的选择和确定缺乏足够的理论依据,这有待于技术人员在今后的工作中继续进行研究和探讨。

参考文献

[1] 谢滔,宋保建,闫蕾,吴勇,张国庆.国内外天然气脱水工艺技术现状调研[J].科技创新与应用,2012年21期.

[2] 黄耀达,吴涛,关克明.浅谈油气集输工艺过程及流程选用[J].石油和化工设备,2009年12期.

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