超音速气液分离器天然气脱水工艺改进浅析

2014-08-12梁斌智

河南科技 2014年2期

梁斌智

（西安石油大学机械工程学院，陕西西安 710065）

1 绪论

天然气作为重要的化石能源，以其热值高，清洁无污染的特点，在国民经济中扮演着越来越重要的角色。国家《能源发展“十二五”规划》显示：2015年中国天然气产量将达1 565 亿立方米，占一次能源消费总量的7.5%[1]。加快天然气装备开发研究具有重要意义。

从气田采出的天然气常伴生饱和水，含饱和水的天然气进入管线和处理设备后会增加管线输送的动力消耗，降低输气量；天然气中的CO2和H2S 溶于游离水中会形成酸，腐蚀管路和设备；水与天然气形成的水合物结晶局部积累降低输气量，影响平稳供气。需要利用有效方法将天然气中的水分分离出来，该过程就是天然气的分离或气体干燥过程[2]。

2 超音速气液分离器基本工作原理

超音速气液分离技术是一种高效、节能、环保、低成本的新型气液分离技术，该技术的核心设备是超音速分离器。超音速气液分离器利用拉瓦尔喷管，使气流在流过变截面流道时将气流压力能转化为动能，加速到超音速，同时发生热交换作用，使气体的温度迅速下降，通过机械旋流作用，从而达到气液低温分离目的。

图1 超音速分离器简图

3 超音速分离器的工艺流程

超音速分离器的工作条件是高速低温气流，首先对分离产物进行相应的粗处理，以达到分离器的预订工作条件，即需要一定的工艺辅助分离器的工作。图2 是一种天然气超音速分离器的工艺简图。

图2 超音速气液分离工艺简图

从气田井口采出的气体先进入分离器1，进行粗分离，除去夹杂的固体颗粒等较易分离的物质，然后进入超音速分离器，在超音速分离器中经加速、膨胀、节流、旋流、扩压等过程，露点较低的饱和水和液烃被分离出来，经过分离器2 进行再分离之后进入其他的工艺，脱水干燥的干气进入主管道进行后续处理。

4 工艺改进建议

从超音速分离器的基本原理可知，超音速分离器依靠气流压力能转化为动能进行节流膨胀降温，气流压力的大小对超音速分离器分离效果影响明显。实际生产中，由于井上来流与下游工艺参数并不是一成不变的，而这对超音速分离器的效率具有很大影响。因此必须在超音速分离装置前端设置自动调节装置，以稳定来流压力，确保分离器能够高效工作。国内引进的首台超音速分离装置于2011年6月在塔里木油田牙哈作业区凝析气厂成功投产，日处理量达到360×104m3。该装置运转良好，满足设计要求。但是在实际使用中发现由于气流压力波动导致分离效率不够稳定，改进方法是将超音速分离装置与J-T 阀并联，通过J-T 阀的自动控制来实现自动控制来流压力[3]。

由于超音速分离器本身无自动部件，为稳定来流压力，需加装可便于自动控制的阀门来实现。常用的自动控制执行器阀门理论上均可承担此任务。所选用的电磁阀应尽量满足耐腐蚀耐高压等要求。在自动控制系统中设定超音速设计工况压力为稳定值，最大压力波动为上下限设定电磁阀工作区间，即可初步实现自动稳压的作用。图3 所示为改进后的工艺。