天然气低温处理站烃水露点控制工艺改造方案

工 业 技 术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.15.103
天然气低温处理站烃水露点控制工艺改造方案
①
晏传益 姚愿
(中国石油天然气股份有限公司西南管道兰成渝输油分公司 四川成都 610037)
摘 要：天然气处理站烃水露点控制工艺通常采用注乙二醇防冻、J-T阀节流制冷，但随着气田开发后期地层压力的递减，其外输天然气烃水露点有可能出现不稳定、不合格现象。

本文针对克75天然气处理站烃水露点不能满足外输气质要求的问题，提出对压缩机出口天然气水冷换热、压缩机进口天然气丙烷外冷和压缩机出口天然气丙烷外冷三种改造方案，并采用HYSYS软件进行模拟，结果显示三种改造方案均可满足天然气烃水露点控制要求。

同时，通过对三种改造方案进行比选，可知压缩机出口天然气水冷换热工程费用、耗电量和维护费用最低，所以推荐采用增加水冷换热器对压缩机后天然气进行冷却。

关键词：水露点 烃露点 改造方案 丙烷外冷 中图分类号：TE644 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)05(c)-0103-04
①作者简介：晏传益（1989，8—），男，汉族，四川彭州人，本科，助理工程师，研究方向：输油气设备。

姚愿（1993，3—），男，汉族，四川江油人，本科，技术员，研究方向：输油气设备。

截至2017年底，中国累计探明常规天然气地质储量13.01万亿m ³，剩余可采储量5.2万亿m ³。

烃水露点为管输天然气的重要指标，高低对管道输送有较大影响，因此
如何控制露点在气田处理工艺中成为最主要的内容[1]。

目前，国内大量天然气处理站场已处于气田开发中后期，地面集输工艺已不能满足烃露点、水露点控制要求，需对其进行适应性改造[2]。

本文以克75低温处理站为目标站场，进行工艺改造分析。

克75低温集气处理站位于克拉玛依东南约18km处，该站建于1993年，经多年开发，地面工艺已不能满足气藏开发后期地层压力衰减的需要。

新疆油田公司采气一厂于2009年对该站进行了适应性改造，总体流程改为进站增压、注乙二醇防冻、J-T阀节流制冷，低温分离脱水脱烃工艺。

改造后装置处理规模40×104Nm 3/d，目前实际处理量
约16×104Nm 3
/d。

克75天然气处理站2010年9月改造完成并投运，2011年夏季检测外输气水露点时，出现不合格现象。

《输气管道工程设计规范》(GB 50251-2003)中的规定，水露点应比输送条件下最低环境温度低5℃；烃露点应低于最低环境温度。

据此，外输气水露点应＜-5℃，烃露点应＜0℃。

从检测数
据分析，克75天然气处理站外输气气质不能满足此要求。

1 烃水露点控制现状
克75集气处理站气处理工艺流程简述：单井来的高压气压力1.1~3.2MPa、温度20℃，节流至1.0~3.0MPa，单井来的低压气压力0.6~2.8M Pa、温度10℃，节流至0.6~1.0MPa，分别进入高低压集气管汇，进入高低压生产分离器进行油气分离，单井计量采用轮井分离计量工艺。

分出的气经过流量计计量后，进入压缩机增压至6MPa，与克82潜力区来的高压气汇合，在压力6MPa、温度30℃条件下注入乙二醇，进入气-气换热器换热到2.0℃后，经过J-T阀节流降压到2.5MPa，温度-17℃，然后进入低温分离器进行分离，分出的天然气经过气-气换热器与原料气复热后，在压力2.15MPa，温度15℃条件下计量、调压外输。

2 外输天然气烃水露点不合格原因
2.1 环境温度高影响节点参数控制
天然气经压缩机增压后，温度升高，而空冷器冷却天然气的能力有限，导致气-气换热器壳程的天然气进口温度随环境温度而改变（夏季≥40℃，冬季20℃～30℃），夏
图1 水冷换热工艺流程图
工 业 技 术
季时天然气经空冷后温度为33℃～38℃，节流前温度达13℃～16℃（工艺要求-5℃～10℃），难以达到低温分离的要求。

2.2 低温分离器入口液体发泡
正常生产中，外输孔板流量计处能排出泡沫状液体；检修期间，气-气换热器管程排出大量轻烃与乙二醇混合后发泡的液体，压缩机出口管线、气-气换热器壳层有发泡油质（天然气在压缩过程中，凝析油发泡，分离器无法完全分离，从而进入后端）。

根据以上情况，凝析油和乙二
序号名称单位
数量
投资（万元）
(1)工艺部分29.53
①天然气-水换热器座1②阀门套
5
(2)给排水部分105.37
①逆流机械通风冷却塔座1②循环水泵台
2
③成套加药装置(3)
土建部分36.96
循环水泵房及加药间14.7 m×6.0 m×5.1 m 座
1
(4)仪表部分11.39(5)电气部分40.49(6)
暖通部分8.9工程费用
232.64表1 方案一主要工程量
表2 方案二主要工程量序号名称
单位
数量
投资（万元）
(1)工艺部分
182.34
①天然气-丙烷换热器座1②丙烷制冷系统（制冷量 150 kW）套1③阀门套
6
④其他(2)给排水部分 1.43(3)土建部分
24.75
①丙烷压缩机房9.0 m×6.0 m×5.1 m 座
1
②其他(4)仪表部分17.45(5)电气部分89.44(6)
暖通部分 6.73工程费用
322.14
图2 丙烷前置外冷原理流程图
图3 丙烷外冷后置原理流程图
醇发泡是影响低温分离器分离效果的原因之一。

3 天然气处理工艺改造方案优选
通过分析，高低压集气、J-T阀节流制冷、注乙二醇防冻的低温的分离工艺虽适合克75集气站的高低压进料情况，但由于压缩机后没有设置冷却装置，导致其外输天然气烃水露点不合格。

因此，针对夏季压缩机排温高，造成节流温度达不到要求的问题，提出增加水冷换热器对压缩机后天然气冷却、丙烷外冷前置工艺、丙烷外冷后置三种工艺方案进行对比论证。

3.1 方案一：水冷冷却
在压缩机空冷器出口管线增加水冷换热器，当夏季气温高，空冷器天然气出口温度超过26℃时，启用冷却水循环系统冷却天然气。

夏季流程简述如下：高、低压气井来气分别进入高低压集气管汇，进入高低压生产分离器进行油气分离，分出的气经过流量计计量后，进入压缩机增压至6MPa，经空冷器预冷后，进新建水冷换热器换热至20℃~26℃后，进压缩机出口分离器进行气液分离，分离后的天然气进注入乙二醇，进入气-气换热器换热到
5℃~8℃后，经过J-T阀节流降压到2.25MPa，温度-12℃~-15℃，然后进入低温分离器进行分离，分出的天然气经过
气-气换热器与原料气复热后，在压力2.15MPa，温度6℃条件下计量、调压外输，HYSYS模拟工艺流程图如图1所示，方案一主要工程量如表1所示。

3.2 方案二：压缩机出口天然气丙烷外冷
在压缩机空冷器出口管线增加丙烷换热器，当夏季气温高，空冷器天然气出口温度超过26℃时，启用丙烷外冷系统冷却天然气。

夏季流程简述如下：
高、低压气井来气分别进入高低压集气管汇，进入高低压生产分离器进行油气分离，分出的气经过流量计计量后，进入压缩机增压至6MPa，经空冷器预冷后，进新建丙烷换热器与丙烷外冷系统来低温丙烷气体换热至20℃~26℃后，进压缩机出口分离器进行气液分离，分离后的天然气进注入乙二醇，进入气-气换热器换热到5℃~8℃后，经过J-T阀节流降压到2.25MPa，温度 -12℃~-15℃，然后进入低温分离器进行分离，分出的天
方案一
方案二方案三
优点
采用水冷，冷却介质安全可靠。

充分利用水德蒸发潜热冷却工质，投资及能耗较低可通过调节冷剂循环量准确控制冷却温度。

设备撬装化，占地面积小J-T阀后制冷，所需冷量较少。

工程费用、能耗、运行费用较方案二低缺点(1)冷却水塔易受风沙影响(2)冬季需将水池中水排尽(1)冷剂为易燃易爆介质(2)投资、能耗、运行费用最高
(3)设备维护较复杂(1)冷剂为易燃易爆介质(2)投资、能耗、运行费用较高
(3)设备维护较复杂工程费用232.64
322.14301.05
电耗 4.14×104 kW·h 36×104 kW·h 19.8×104 kW·h 耗水2160 m 3----维护费用
2 万元
12 万元
8 万元
表3 方案三主要工程量
表4 三种改造方案对比
序号名称
单位
数量
投资(万元)(1)工艺部分
162.25
①天然气-丙烷换热器座1②丙烷制冷系统(制冷量100 kW)套1③阀门套
6
④其他(2)给排水部分 1.43(3)土建部分
24.75
①丙烷压缩机房9.0m×6.0 m×5.1 m 座
1
②其他(4)仪表部分17.45(5)电气部分88.44(6)
暖通部分 6.73工程费用
301.05
(下转107页)
然气经过气-气换热器与原料气复热后，在压力2.15Mpa，温度6℃条件下计量、调压外输，HYSYS模拟工艺流程图如图2所示，方案二主要工程量如表2所示。

3.3 方案三：J-T阀后丙烷外冷
在J-T阀后天然气管线增加丙烷换热器，当夏季气温高，J-T阀节流后温度高于-10℃时，启用丙烷外冷系统冷却天然气。

夏季流程简述如下：
天然气经压缩机增压至6M Pa，经空冷器预冷后，40℃~50℃进压缩机出口分离器进行气液分离，分离后的天然气进注入乙二醇，进入气-气换热器换热到15℃~20℃后，经过J-T阀节流降压到2.25M Pa，温度-7℃~0℃，进新建丙烷换热器与丙烷外冷系统来低温丙烷气体换热至-15℃后，进入低温分离器进行分离，分出的天然气经过气-气换热器与原料气复热后，在压力2.15MPa，温度9℃条件下计量、调压外输，HYSYS模拟工艺流程图如图3所示，方案三主要工程量如表3所示。

3.4 方案对比
从技术上分析，三个方案均可行。

以下从工程投资、操作维护、运行成本进行对比分析，方案比选如表4所示。

根据表4三种改造方案对比结果，可见三种方案都可以满足烃水露点控制要求，总体来说方案一的工程费用、耗电量和维护费用最低，所以推荐采用方案一对集气站进行工艺改造。

4 结论
这也让新型陶瓷材料在汽车零部件产品设计与生产中呈现出了广阔的空间与良好的前景。

1.5 纳米材料在汽车零部件产品中的应用
在汽车产品生产中，纳米材料与以及纳米技术的得到了日益广泛的应用，如在汽车产品的发动机、轮胎、防护漆、装饰件等部件中，纳米材料的应用达到了100种以上。

由于大部分纳米材料都呈现出较高的强度与交清的质量，因此，在车身与车架部分应用纳米材料，将能够有效推动汽车产品适应高强度的要求与轻量化的趋势。

另外，纳米技术也可以被应用于智能催化剂领域，从而有效降低贵金属催化剂使用量、提升催化转换器的净化性能。

当前，依托于纳米技术所研制出的新材料主要包括以下几种：一是纳米油漆。

在喷涂纳米油漆的基础上，车身能够形成致密网状结构，因此，相对于普通油漆而言，纳米油漆不仅具有较高的亮度，而且呈现出更好的防刮痕性能；二是纳米塑料。

纳米塑料在物理性能方面展现出明显优势，如更高的耐热性与强度、更小的比重、良好的光泽度与透明度等。

基于纳米技术所生产的一些材料，在耐磨性方面有卓越的变现。

另外，纳米塑料具备可回收的特点，这也是纳米塑料呈现出极大市场发展潜力的重要原因之一；三是纳米润滑剂。

在汽车机械部件当中，腐蚀、疲劳、磨损是导致汽车机械部件运行效率甚至失效的重要原因，而纳米润滑在汽车零部件产品中的使用，能够有效降低机械磨损现象，这对于保护汽车机械部件的金属表
(上接105页)
面、提升汽车机械部件的使用寿命具有重要意义。

另外，基于纳米技术的新型材料还包括纳米汽油、纳米橡胶等，其中，纳米汽油能够让汽车油耗更低，而纳米橡胶则具有更强的抗老化性能力等优势
2 结语
在汽车零部件产品设计与生产过程中，新型材料的研发与应用，是提升汽车零部件产品性能、推动汽车零部件产品适应汽车行业发展趋势的关键，为此，汽车零部件产品设计与生产工作者，需要重视高性能磁性材料、摩擦材料、催化材料、陶瓷材料、纳米材料的研发与应用。

当然，当前能够应用于汽车零部件产品生产以及在汽车零部件产品中呈现出良好应用前景的新型材料并不止于此，但是毫无疑问的是，这些新型材料，将成为汽车公益发展中的重要助力。

参考文献
[1] 郭容,刘咸超,杨越.新材料在模具设计和汽车制造工艺中的应用[J].南方农机,2018,49(1):140-141.
[2] 任婷婷,周广洲,丁闰.新型汽车内饰材料的应用研究[J].山东工业技术,2017(21):40-64.
[3] 周贺祥.汽车用新材料的应用进展[J ].化工新型材料,2016,44(2):41-42,45.
[4] 佚名.汽车轻量化材料迎接新挑战[J].玻璃钢/复合材料,2014(1):118-119.
通过对克75集气站烃水露点控制流程的分析，主要结论如下。

（1）天然气经压缩机增压后，温度升高，而空冷器冷却天然气的能力有限，导致气-气换热器壳程的天然气进口温度随环境温度而改变，夏季时天然气经空冷后温度为33℃～38℃，不能满足低温分离的要求；气-气换热器管程排出大量轻烃与乙二醇混合后发泡的液体，凝析油和乙二醇发泡是影响低温分离器分离效果的原因之一。

（2）针对处理后的天然气不能满足烃水露点要求，本文提出提出增加水冷换热器对压缩机后天然气冷却、丙烷外冷前置工艺、丙烷外冷后置三种方案，并通过HYSYS模拟，论证了三种方案的可行性。

同时，通过对三种改造方案进行对比，可知采用方案一工程费用、耗电量和维护费用最低，所以推荐采用增加水冷换热器对压缩机后天然气进行冷却。

参考文献
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[2] 曹洪贵,蒋洪,陶玉林,等.克拉美丽气田天然气烃水露点控制工艺改造[J].石油与天然气化工,2013,42(4):336-342.。