影响三甘醇脱水撬脱水效果的 因素及优化

张超 刘蕊祎 闫国清 贺凯峰 白云飞 赵倩茹

摘要：三甘醇脱水撬是常用的天然气脱水设备，但在实际运行过程中由于各种因素的影响，常会出现天然气水露点不合格的情况，本文重点从天然气进吸收塔的压力、温度、重沸器的温度、泵的循环量、三甘醇性质这些方面对天然气脱水效果进行分析，并提出相应的优化建议。

关键词：天然气脱水;三甘醇;脱水撬;水露点;重沸器

1 概述

由于采出天然气中含有饱和水汽，在管输过程中会造成管道积液，降低输送能力及热值，加速天然气中的硫化氢和二氧化碳对钢材的腐蚀，并且有可能会形成水合物冻堵，引起管道、阀门冻堵，影响平稳供气。为此，必须在天然气外输前脱除其中的水分，目前三甘醇溶剂吸收法是气田集输与净化厂主要使用的天然气脱水方法。三甘醇脱水是一个物理过程，利用三甘醇的亲水性，在吸收塔内天然气中的水份被三甘醇吸收，降低了天然气中含水量。吸收了水份的三甘醇进入再生系統加热，除去吸收的水份成为贫三甘醇而得到循环利用。

2 影响天然气脱水效果的因素及优化

2.1天然气进吸收塔温度

在压力一定的情况下，随着天然气进入吸收塔温度的升高，天然气的含水量在增加，进而增大了脱水撬的运行负荷，甚至造成脱水撬脱水效果不达标。另一方面，天然气进塔温度也并非越低越好，过低的温度有可能会导致设备管线内形成水合物，所以天然气进塔温度要高于水合物的形成温度，此外，低温会导致甘醇变稠，溶液起泡增多，致使吸收塔塔板效率降低，温度低于20℃时，甘醇溶液会和天然气中的液态烃形成乳化液。

2.2天然气进塔压力

从压力对水露点的影响中可看出（表2-1），天然气压力增大时其含水量下降，反之压力越低，吸收塔要脱除的天然气水含量就越大，吸收塔负荷也会增大，因此，要选择合适的天然气进塔压力，既保证脱水后能满足产品气的水露点要求，又要不对设备造成损害。但在实际运行中天然气压力与集气站系统压力一致，调节空间非常有限。

2.2重沸器温度

三甘醇重沸器采用常压火管加热再生工艺，通过火管加热三甘醇富液至200℃左右来蒸发掉其中的水分，达到再生目的。通过现场试验测定了重沸器再生温度与贫液浓度的关系，当重沸器的温度升至192℃后，三甘醇贫液浓度基本保持在99.6%左右，且三甘醇的热分解温度为206.5℃。建议重沸器温度最优设置值为192～200℃。

2.3泵的循环量

为了保证三甘醇和天然气充分接触，脱1 kg水所需三甘醇量为25～60L，在此区间，三甘醇循环量的变化对脱水深度的影响不大。

---所需三甘醇量，m3

---天然气量，104m3

---每立方米天然气含水量，以5.5Mpa压力下水露点为14℃时的含水量计算，取值0.3g/m3

---脱1kg水所需三甘醇量，取值60L

以**储气库210×104m3国产天然气脱水撬为例，分别计算处理量为105万、210万时，其所需三甘醇量。

①当天然气量为105?104m3时，所需三甘醇量为0.7875m3

②当天然气量为210?104m3时，所需三甘醇量为1.575m3

其三柱塞容积式循环泵，最大循环量是5.0m3/h，泵最大频率为50HZ，最小频率为20HZ。容积式循环泵的循环量直接取决于其容积大小和泵的频率，因此，在理论上20HZ对应的理论流量就是2.0 m3/h，泵的效率为65%～85%，按照80%计算，也可以提供1.6 m3/h，这样的流量完全可以满足我们的生产需要。

三甘醇泵的循环量并非越大越好，如果循环量过大，导致三甘醇在重沸器中停留时间太短而未能充分再生，进而导致贫三甘醇浓度不够高，反而使天然气的脱水效果下降。三甘醇循环量过大会引起三甘醇发泡，影响降低其吸水性。

2.4三甘醇的性质

三甘醇与天然气接触时，天然气中的酸性组分（H2S、CO2等）进入溶液，导致三甘醇溶液PH值有自然降低的趋势。装置运行时三甘醇的PH值应在7.2～8之间。PH低于7时，三甘醇会对设备产生腐蚀，并会加速三甘醇在高温下的分解。三甘醇变质主要表现为热降解和氧化、发泡、PH降低、淤渣。引起三甘醇变质的因素很多，主要为无机盐、重烃、高温、酸性气体。

（1）无机盐含量的影响

天然气所带水汽中的无机盐，在天然气脱水时进入三甘醇溶液中。三甘醇再生时，无机盐会滞留在三甘醇中。随着三甘醇循环次数的增多，无机盐在三甘醇中的浓度会越来越大。某些无机盐（CaCl2、NaCl、MgCl2等 ）易与三甘醇发生反应产生结晶醇，影响三甘醇的吸水性能。同时三甘醇中无机盐较多时，在再生过程中会在重沸器的火管上沉积，逐渐形成盐垢。这些盐垢不但会加速设备的腐蚀而且会引起局部的温度升高导致三甘醇降解。

（2）天然气中重烃的影响

天然气所含的重烃，在脱水过程中会进入三甘醇溶液。这些重烃除一部分会随水蒸气排出外，其余仍会滞留在三甘醇溶液中，随着三甘醇循环次数的增多，三甘醇中的重烃含量增大，会引起三甘醇发泡，增大了三甘醇脱水过程中的损失。

（3）温度的影响

三甘醇再生需要在较高的温度下进行。但在三甘醇再生过程中由于温度控制不好，常常造成三甘醇在高温下分解和在某些杂质的催化下变质。研究发现，在温度为190℃左右，再生三甘醇的颜色不会发生明显变化，当温度达到210℃左右，三甘醇颜色明显发生变化，颜色加深。高温加热的次数越多颜色越深。这说明，温度对三甘醇的性质存在明显影响，再生温度越高影响就越大。

（4）酸性气体浓度的影响

三甘醇富液中含有的酸性气体主要包括硫化氢、二氧化碳。这些气体在富液中含量浓度较大时，会对设备和管道造成较大的腐蚀;同时这些酸性气体还会与三甘醇发生酯化发应，使三甘醇变质，而且三甘醇溶液的变质速率随气体中的H2S含量的升高而增加。三甘醇富液中酸性气体对设备及管道的腐蚀产物，在三甘醇再生过程中会对三甘醇的变质起到促进作用。

3 结论与建议

在保证不生成水化物的前提下，尽量降低天然气进塔温度，温度控制在20～30℃。根据现场实际气量及泵的效率合理调控三甘醇循环泵的频率，不能盲目提高。合理调控重沸器的温度，不能盲目提高，防止高温造成三甘醇的热分解，建议温度控制在192～200℃;针对引起三甘醇变质的原因，首先还是要加强天然气过滤系统和三甘醇过滤系统的检查，及时清洗或更换滤芯，确保过滤系统的良好运行。其次，定期检测三甘醇PH 值，当溶液PH值降低至7.2时，应向三甘醇溶液中注入碱性物质，以提高溶液的PH值。生产中可以加入一乙醇胺、三乙醇胺、硼砂、疏基苯丙噻唑钠等弱碱物质来调整三甘醇的PH值。