某海上平台燃料气处理工艺优化设计

陈 宾，唐 敏，张 斌，赵方生，陈 巍

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

海上平台因为距陆上较远，一般不利用陆上已有电源或热源设施，通常都采用在平台上自发电或供热，以自给自足。海上油气开采平台生产的天然气经加工后可作燃料使用，所以对海上平台而言，使用天然气既方便又便宜，因而成为平台上的主要燃料。文章以某海上平台为例，采用低温分离法代替常规的直接加热法燃料气处理工艺，解决了燃料气供气温度过高的问题，同时取得了很好的节能效果。

2 燃料气的质量要求

某海上平台燃料气用途有：为锅炉提供燃料，将燃烧热转化为热能；为透平发动机提供燃料，将燃烧热转化为电能；为透平驱动的压缩机提供燃料，将燃烧热转化为动能用以压缩气体。项目中燃料气取自生产分离器气相出口，取气位置的操作条件为100 barG/60 ℃，燃气设计需求量为2万m3/h，燃气气质要求：燃料气低热值在33 MJ/Sm3～52 MJ/Sm3之间；燃料气中不能含有任何游离水，99%固体颗粒的直径必须小于10 μm，最大液态烃颗粒直径小于10 μm；燃料气的露点应低于供气温度，要求当温度下降时，气体中不会形成水合物或凝结出其它固体或半固体的的碳氢化合物，实际生产中燃料气的供气温度高于烃露点温度28 ℃；燃料气的供应温度范围应在0 ℃～65 ℃；燃气气供气压力28 barG。

3 燃料气处理工艺方案比选

海上平台通常使用燃料气过滤器用于除去气流中的固体颗粒，防止结垢物或管线中的杂质进入发动机。采用立式分离器除去气流中含有的液体，直径由气体流量决定，内部设置筛网和叶片式除雾器，可以除去10 μm～100 μm的雾滴。如果压力不变，燃料气的露点温度实际上与燃料气洗涤器(或分离器的)操作温度相同。

3.1 常规直接过热法燃料气处理方案

如图1所示的流程图，来自分离器气相出口的原料气(100 barG/60 ℃)经过有PV阀节流降压后进入燃料气洗涤罐(29 bar/33 ℃)，燃料气洗涤罐选用立式分离器，气相出口设置丝网捕雾器，脱除10 μm以上的液滴，尽量减少液滴携带量。此时燃料气的烃露点与操作温度相当为33 ℃。燃料气通过聚结过滤器进一步脱除液滴和固体颗粒(设计指标要求脱出5 μm以上固体颗粒和液滴)，再通过过热加热器将操作温度提升28 ℃，达到过热度要求。

图1 常规直接过热法流程示意图

由于供气温度达到了61 ℃，接近用户需求最高温度，适应性较差，需要在入口设置冷却器，增加入口冷却器后的工艺流程图见图2。新增入口冷却器，将入口温度降至50 ℃，供气温度可以降低到49 ℃，提高用户用气温度的适应性。

图2 增加入口冷却器的直接过热法流程示意图

3.2 低温分离法燃料气处理流程

图3为优化后的低温分离法燃料气处理流程。来自分离器气相出口的原料气(100 barG/60 ℃)经过加热器加热到64 ℃，保证节流降压后不会生成水合物(水合物形成温度约为6.5 ℃@28 barG)。经预冷换热器将温度降低到42.5 ℃后，通过PV阀节流降压，达到11.5 ℃低温，通过洗涤罐分液。此时燃料气的烃露点与操作温度相当，为11.5 ℃。燃料气通过聚结过滤器进一步脱除液滴和固体颗粒，再通过预冷换热器壳程将操作温度提高28 ℃，达到过热度要求。

图3 低温分离法流程示意图

3.3 两种处理方法的对比(见表1)

表1 两种处理方法的对比

由表1可以看出，优化后的低温分离器流程，设备总数量与常规方案相同，总体设备投资相当，节约热功率约225 kW，节约冷负荷约120 kW，相当于每年节约300万人民币，减少碳排放约0.5万t/a。

4 结论

常规的直接加热法将燃料气经过气涤器分离后，直接进行加热。该方法虽不会降低燃料气的露点(露点与燃料气气涤器的温度相同)，但能提高供气温度进而提高供气温度和露点的温差，达到过热度要求。该方法需要注意过热后的温度是否会超过主机供气温度，不适用与供气温度比较高的场合，且能耗较高。

如果露点温度与厂商提供的发动机所能承受的最高供气温度较为接近，或者取气位置有很高的压力可以利用，建议采用低温分离法。在燃气洗涤罐前先对天然气进行预冷却，利用焦汤效应产生低温，然后在低温下分离，从而降低了燃料气的露点，最后再加热到需要的供气温度，达到过热度要求。这种低温分离法需要注意节流阀后的水合物形成风险。