“渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统乙二醇损耗原因分析及应对措施*

李 飞 朱梦影 程 涛 孔 冰 刘春雨 郝 铭 唐宁依

(1. 中海石油(中国)有限公司蓬勃作业公司 天津 300459; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300459)

“渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统采用美国特洛蒙特(TOROMENT)公司的成橇装置，设计处理能力141.6×104m3/d，分为两个序列，序列1主要用于平台自用，序列2主要用于外输，目前每个序列处理量约34×104m3/d，设计外输天然气露点为-6.7 ℃。随着“渤海蓬勃”号FPSO服役时间的推移，设备老化、流程改变等原因导致露点控制系统乙二醇损耗量逐渐增大，每天须添加80%质量浓度的乙二醇溶液约450 L，影响平台的经济效益。

目前对于在役天然气露点控制系统中水合物抑制剂损耗控制研究大多基于原理分析[1-4]。本文基于在役露点控制系统流程和运行参数分析，建立HYSYS模型进行模拟计算，结合现场试验，分析了“渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统乙二醇损耗量大的原因，提出了降低乙二醇损耗量的应对措施，并在现场实施中取得了良好效果，提高了在役天然气露点控制系统调试优化的快捷性和安全性。

1 “渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统流程简介

水合物抑制剂乙二醇在“渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统中主要存在于露点控制部分和乙二醇再生部分，其流程如图1所示。

1) 露点控制部分。来自出口涤气器的天然气(约5 000 kPa、60 ℃)分成两股，分别进入气/液换热器和气/气换热器,与露点控制系统处理后的凝析油/天然气换热降温;然后又合成一股进入冷却器冷却降温至5 ℃之后进入气/液分离器，分离之后气相经气/气换热器换热后进入过热器，醇烃液相进入液/液分离器继续分离，轻液相凝析油经气/液换热器换热后进入高压机二段入口涤气器进行回收，较重液相乙二醇富液进入乙二醇再生部分。

2) 乙二醇再生部分。液/液分离器分离出来的乙二醇富液进入乙二醇再生部分，在乙二醇重沸器顶部预热至12 ℃之后进入贫/富乙二醇换热器，换热至75 ℃之后进入闪蒸罐进行闪蒸(约400 kPa)，分离出气和部分水；之后经过活性炭滤器过滤掉杂质后进入乙二醇重沸器加热至130 ℃，分离出部分水，变成乙二醇贫液(乙二醇质量浓度75%～80%)。在缓冲罐缓冲之后进入贫/富乙二醇换热器降温至55 ℃，经乙二醇注入泵增压后进入露点控制系统的气/液换热器、气/气换热器以及冷却器等3个注入点。

图1 “渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统流程HYSYS模型Fig .1 HYSYS model of dew point control unit process in BHPB FPSO

2 乙二醇损耗原因分析

2.1 乙二醇注入浓度和注入量

利用所建立的HYSYS模型，模拟计算目前34×104m3/d处理量下不同的乙二醇注入流量、冷却器出口温度和贫乙二醇溶液入口质量浓度下的天然气露点，结果见表1。

由表1可以看出：①目前工况下(冷却器出口温度5 ℃、贫液浓度75%～80%，贫液流量20 L/min)，处理后天然气露点为-5.8～-4.1 ℃，高于露点控制系统设计值-6.7 ℃，不符合外输气露点要求，处理后天然气检测结果也证实了这一结论；②冷却器出口温度和贫乙二醇溶液入口质量浓度一定时，乙二醇流量从20 L/min降到10 L/min，天然气露点虽然有所升高，但增幅比较小，不超出0.5 ℃，说明在目前处理量情况下乙二醇注入量对天然气露点影响有限；③贫乙二醇溶液入口质量浓度和乙二醇流量一定时，冷却器温度每降低5 ℃，天然气露点降幅都较大，最小露点降低3.2 ℃，说明在目前处理量情况下降低冷却器出口温度能有效降低天然气露点。

表1 “渤海蓬勃”号FPSO不同工况下天然气露点Table 1 Natural gas dew points under different operating conditions in BHPB FPSO

由此可见，通过降低冷却器温度和乙二醇流量可以保证处理天然气露点达到要求(低于-6.7 ℃)。降低乙二醇流量有以下3个好处：①减小气/液分离器气相携带损失；②增加醇烃液相在气/液分离器和液/液分离器的停留时间，从而改善油醇互混，提高分离效果；③降低重沸器负荷，提高再生效果。

2.2 乙二醇重沸器塔底温度

依据乙二醇的再生原理，采用重沸器对乙二醇富液加热来实现乙二醇浓度的提高，但是，塔底温度过高，会导致乙二醇在塔顶的携带量增大[1]，同时也使热能损耗增大；塔底温度过低，会导致乙二醇浓度变小而影响吸水效果，造成天然气露点升高[5-6]。

利用所建立的HYSYS模型，模拟计算目前34×104m3/d处理量下不同重沸器塔底温度对贫乙二醇质量浓度、重沸器放空气体中乙二醇质量浓度及放空质量流量的影响，结果见表2。

由表2可以看出，即使在重沸器温度为140 ℃时，重沸器损耗的乙二醇只有0.779 kg/h，说明重沸器温度不是乙二醇损耗的主要原因。而目前重沸器温度在130 ℃左右，乙二醇损耗约0.180 kg/h，属于正常损耗。

表2 “渤海蓬勃”号FPSO不同重沸器温度下系统运行情况Table 2 System operation condition at different reboiler temperatures in BHPB FPSO

2.3 乙二醇进入干气

运行工况下乙二醇在干气中的溶解度很小，可以忽略其损失[7-8]。通过对气/液分离器拆盖检查，发现分离器上部捕雾过滤器滤芯有破损。滤芯破损会导致乙二醇液滴无法拦截，随干气带走而造成乙二醇过多损失。但对处理后天然气至过热器管线低点取样后发现只有少量液体，而且其主要成分为凝析油，因此排除了乙二醇大量进入干气的可能。

2.4 乙二醇进入轻烃回收流程

乙二醇发泡、醇烃互溶等原因会导致乙二醇进入液/液分离器的轻组分相，从而进入轻烃回收流程[6]。对乙二醇再生系统乙二醇出口取样发现，其中含有较多的烃液，体积浓度约60%。对其进行搅拌，模拟贫乙二醇通过喷嘴进入露点控制系统，静置0.5 min和3.0 min，结果如图2所示。

由图2可以看出，静置0.5 min后乙二醇和液烃仍然完全互混；静置3.0 min后有一定分层现象，但上层烃液中仍有少量乙二醇，乙二醇和液烃界面不清晰，界面部分约有20%的醇烃混合液。

研究表明[2]，乙二醇受到污染时容易发泡，由于降解和吸附H2S等酸性气体而腐蚀设备，形成活性残留物污染乙二醇，而且较低的操作温度也会导致醇烃分离效果不好而发泡。目前富乙二醇收集在液/液分离器下部的乙二醇室内，液位约45%，不考虑乙二醇发泡对液位计读数影响，乙二醇停留时间只有4 min；如果考虑到乙二醇发泡，实际液位可能更低，停留时间会更短。露点控制系统液烃出口取样发现有乙二醇溶液，证明乙二醇进入了轻烃回收流程，从而造成了乙二醇损耗。

图2 乙二醇再生系统发泡Fig .2 Glycol regeneration system foam

2.5 乙二醇中带烃

乙二醇发泡、醇烃互溶等原因也会导致烃类进入乙二醇再生部分[9-10]，在乙二醇再生部分出口取样结果也证实这一推论。处理后天然气化验结果中最高质量浓度的组分为C7，所以分C7及C7以下和C7以上组分进行分析。

1) C7及C7以下组分影响。

在乙二醇富液物流中加入轻烃，使其与液/液分离器出口烃组分相同，研究其对乙二醇再生的影响。模拟轻烃流量分别为0、50、500 kg/h时乙二醇再生系统各出口乙二醇和轻烃质量浓度，结果见表3。由表3可以看出，轻烃流量小于500 kg/h时，通过乙二醇再生系统的闪蒸罐和重沸器放空，闪蒸罐少量撇油，可以处理掉进入乙二醇再生系统中的轻烃，从而保证贫乙二醇中不含有液烃，而且随着液烃量增大，乙二醇损耗量有下降趋势。因此，C7及C7以下烃类进入再生系统不会造成乙二醇损耗，而且通过闪蒸罐和重沸器作用也可使贫乙二醇中不含轻烃。

表3 不同液烃注入情况下乙二醇再生系统各出口流量Table 3 Outlet flow of glycol regeneration system under different light hydrocarbon injection conditions

2) C7以上组分影响。

在乙二醇再生系统乙二醇注入泵出口取样发现有大量液烃，说明该烃主要成分是C7以上，所以先利用C8进行试算。模拟计算发现，在富乙二醇回流中加入10%辛烷(n-Octane)，流程稳定后闪蒸罐和重沸器处理后辛烷仍存在于乙二醇贫液中，而且辛烷质量浓度高达92%。

调研“渤海蓬勃”号FPSO天然气流程改造后发现，为了提高脱硫剂的使用效果，将天然气实际进入露点控制系统温度提升至约65 ℃，导致进入露点控制系统中天然气组分存在C8+组分。C8+进入露点控制系统后，由于密度较大，容易随乙二醇富液回到再生系统，在乙二醇系统中循环并累计增多，从而减小了正常乙二醇在各分离器的停留时间，使醇烃分离不清晰，增大了再生系统负荷，而且减小了贫乙二醇实际注入量。

2.6 再生部分闪蒸罐油室误排放

由表3可以看出，C7以下的轻烃进入再生系统后，绝大多数会在闪蒸罐的放空口流失掉，流量为500 kg/h时才有1.28 kg/h的轻烃由于密度差与富乙二醇溶液分层，可以被撇出。在乙二醇再生系统闪蒸罐撇油时，乙二醇有可能被误撇出去。在再生部分闪蒸罐油室取样发现为轻质油和乙二醇溶液，但目前闪蒸罐油室撇油基本不操作，可以排除该原因。

2.7 排污阀内漏或误打开

排污系统都设置有双阀，且大部分有盲板，现场温度检测无异常，脱水脱烃装置排污总出口无液排出[11]，说明该原因可以排除。

3 应对措施及实施效果

上述分析表明，乙二醇发泡、操作温度低导致醇烃互混等，进而导致乙二醇进入轻烃回收流程和轻烃进入乙二醇再生系统是造成乙二醇损耗高的主要原因，而乙二醇注入量偏大是造成乙二醇损耗高的次要原因。提出了以下3种应对措施：

1) 乙二醇再生系统周期性排烃。

液烃主要集中在乙二醇再生部分中重沸器下游的缓冲罐中，重沸器处理之后贫乙二醇和液烃界面清晰，利于排烃。定期利用现有的露点控制系统自带乙二醇排放罐将缓冲罐中液烃排放至其中，静置之后再将底部乙二醇溶液通过橇块自带泵重新回注到缓冲罐中。

2) 乙二醇消泡。

醇烃互混最好的解决办法是注入化学药剂，有机硅胶消泡剂是常用的乙二醇消泡剂。通过露点控制系统自带药剂装置，注入少量消泡剂，使液/液分离器醇烃界面下降，液烃中乙二醇含量减小。

3) 降低乙二醇注入量。

通过调节乙二醇注入泵回流，将贫乙二醇注入量降低至10 L/min；调节冰机功率，将冷却器出口温度控制在2 ℃左右，检测处理后天然气露点为-7.2 ℃，符合外输气露点要求。

采取上述三项措施之后，“渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统运行平稳，乙二醇损耗量显著降低，乙二醇溶液平均损耗量从450 L/d降低至130 L/d(图3)，取得了良好的社会及经济效益。

图3 “渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统乙二醇 溶液损耗量变化Fig .3 Consumption trend of glycol solution in dew point control unit in BHPB FPSO

4 结论

1) “渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统水合物抑制剂乙二醇损耗量偏大。分析表明，乙二醇发泡、操作温度低导致醇烃互混等，进而导致乙二醇进入轻烃回收流程和轻烃进入乙二醇再生系统是乙二醇损耗量大的主要原因；乙二醇注入量偏大是乙二醇损耗量大的次要原因。

2) 提出了定期排烃、添加消泡剂和降低乙二醇注入量等应对措施，并在现场实施中取得了良好效果，“渤海蓬勃”号FPSO露点控制系统乙二醇溶液平均损耗量从450 L/d降低至130 L/d，社会及经济效益可观。