油田伴生气脱水工艺改造

大庆油田采油九厂

油田伴生气脱水工艺改造

王春芳大庆油田采油九厂

循环换热工艺构想是充分利用现有干燥设备，增加1套换热器，从而实现降温处理和升温外输。使用循环换热工艺可达到以下效果：将冷源或热源产生的温差进一步扩大，将四合一设备分离出来的高温天然气有效降温，从而提高天然气的干燥效果，消除因使用合一设备带来的不利影响。通过工艺计算分析认为，循环换热工艺有效解决了伴生气进入加热炉前析出液问题，该工艺在伴生气处理上是可行的。

合一设备；循环换热；伴生气；干燥

1 工艺技术现状

为充分利用天然气资源，大庆油田采油九厂大多数站场均采用油田伴生气作为油田燃料气，然而伴生气中轻烃和水分含量较高，直接用于燃烧效果不理想，容易出现局部温度过高及燃烧不完全等现象，因此油田伴生气在使用前都设有除油和干燥流程。

首先，除油器对分离器分出的油田伴生气进一步分离，将油田气中的大颗粒液滴及轻油分离出来，以净化天然气；其次，天然气除油后需进一步除去其中多余水分。目前采油九厂伴生气主要有光杆干燥器和自冷闪结气水分离器两种，集气站则采用三甘醇脱水装置。

合一设备的推广应用，简化了站内工艺流程，但由于掺水或外输需求，合一设备（三合一、四合一）内介质温度较高，使分离出的伴生气温度较高，携带轻烃和水蒸气量较大。当气体进入除油器和干燥器后，由于温度过高，轻烃和水蒸气依然为气相，不能形成小液滴而沉降分离出来，以致除油、干燥效果不佳，影响燃烧效果；同时，处理后的天然气经过一定长度的管线到达加热炉，由于沿程温度降低，不断有轻烃和水分析出，需要定期采用排水器防水，以防冬季出现冻堵。

天然气干燥的方式较多，当同时要去除气体中的水分和轻烃的时候，低温法是最直接、最有效的一种。因此，开展了采用循环换热工艺以改善油田伴生气脱水效果的构想。

图1 循环换热工艺改造构想

2 总体思路

循环换热工艺是充分利用现有干燥设备，增加1套换热器，利用除油器和干燥气的自然散热产生的温差（ΔT1=t2-t3）及经换热器前后循环产生的较大温差（ΔT2=t1-t3），从而实现降温处理和升温外输。循环换热工艺改造构想见图1。其过程是让伴生气进行换热，从而降低处理前伴生气温度t2，而来气温度t1的降低必然导致处理后气体温度t3的进一步降低，处理后气体温度t3的降低又导致来气温度t1的又一次降低，直到各处温度达到平衡。

3 可行性分析

假设整个过程绝热，ΔT1=t2-t3固定不变，换热器效率为100%，那么经过换热器换热后的待处理气体温度可以无限降低。而实际上由于t2的降低，处理设备与周围环境的温差变小，而且交换的热量也相应减小，也就是ΔT1=t2-t3在不断减小，换热器也不可能实现完全换热，这样必然会出现一个平衡点，使各点温度趋于平衡，而在平衡状态下的待处理气体温度t2决定了本构想的处理效果。结合生产实际情况，可以进行模拟计算，从而预测本构想的可行性。

由于凝液量相对于湿气质量来说量很小，对温度的影响相对较低，因此为了便于计算，凝液带走的热量不进入计算范畴，而把处理设备的散热(to)看成是一个与周围空气形成的一个换热器B进行计算。已知t1=70℃，t0=30℃，换热器A效率为80%，在未加装换热器A之前，t2=t1=70℃，t3=t4=40℃。

3.1 平均温差的计算

式中ΔT冷为冷端温差，对于换热器A来说，ΔT冷=t2-t3，对于换热器B来说，ΔT冷=t3-t0；ΔT热为热端温差，对于换热器A来说，ΔT热=t1-t4，对于换热器B来说，ΔT热=t2-t0。

一些高效的换热器，如翘板式换热器，在换热器平均温差大于0.5℃时，即可进行有效换热，因此对于新增的换热器取ΔT=0.5℃，可得到

换热器A

换热器B

3.2 传热量的计算

式中Q为换热器热负荷（kJ/h）；K为换热器传热系数（kJ/（m2·h·℃））；F为换热器传热面积（m2）；ΔT为换热器平均温差（℃）。

式（4）中Q既是换热器热负荷，也是天然气换热降温所失去的热量。

式中Q为天然气降温失去的热量（kJ/h）；Cp为天然气定压比热容（kJ/（kg·℃））；G为质量流速（kg/h）；ΔT′为天然气换热前后温差（℃）。

对于换热器B来说，在增加换热器A前

在增加换热器A后

由（7）、（8）可得

对于换热器A来说

即

由式（2）、（9）、（10）求解得可见，循环换热工艺可将四合一设备分离出来的70℃天然气降至35℃进行干燥处理，可提高天然气的干燥效果，处理后天然气经热交换后温度升至61℃，有效解决了伴生气进入加热炉前析出液问题，该工艺在伴生气处理上是可行的。

4 认识及技术延伸

通过计算验证，使用循环换热工艺可达到以下效果：①循环换热工艺可将冷源或热源产生的温差进一步扩大，而不增加能源消耗，该工艺在伴生气处理上是可行的；②可将四合一设备分离出来的高温天然气有效降温，从而将提高天然气的干燥效果，消除了因使用合一设备带来的不利影响；③在环境温度降低的情况下，除油器和干燥气的自然散热产生的温差加大，从而使换热后的温度更低，更有助于提高天然气的干燥效果；④处理后天然气经复热后外输，在输送至加热设备前，即使温度再一次降低，只要温度不低于处理温度，管线中不会再有液体析出，有效解决了伴生气进入加热炉前析出液问题；⑤在有冷源或热源的情况下，就可采用循环换热工艺来进一步扩大温差，该工艺也可应用于天然气深度处理、原油加热改质等方面。

（栏目主持 张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.037