南翼山站与尖北站天然气脱水效果分析

张政

（川庆钻探工程有限公司重庆运输总公司,重庆401147）

1 概述

南翼山天然气回收站位于青海油田南翼山采油作业区，是我公司首个天然气场站，以回收油井伴生气为主，对伴生气进行脱水、脱烃，并向天然气管网外输干气。自2017 年10 月投产以来，运行相对平稳，日处理天然气6 万方，日产烃3.5 吨。

尖北天然气脱水站位于青海油田尖北采气作业区，是天然气净化站，将天然气脱水后外输至管网，初期日处理天然气12万方，后期增加到40 万方，日产水120 吨。

2 面临主要问题

南翼山站目前面临的主要问题是，在目前生产流程下，脱水效果影响后期的脱烃流程，不能实现连续生产。

尖北站目前面临的主要问题是，一是天然气中的游离水含有大量未与地层反应的压裂酸，PH 值在6-7，流程管道壁厚每周减少约0.06mm，以这样的腐蚀速度运行下去，在尖北临时站运行至合同期结束，设备面临报废风险；二是干气质量不合格，根据GB17820 对天然气输气的气质要求中“水露点在交接压力下，水露点应比输送条件下最低环境温度低5℃”而尖北区块最低气温为-30℃，尖北站的水露点在-33℃～-30℃，与国家标准有一定差距。

3 脱水效果分析

目前南翼山站采用两方案运行，一方案为天然气经过原来的旧管道经过压缩机进行增压，另一方案为取消压缩机，天然气利用自身压力经PE 管进入站内。

图1 南翼山站工艺流程简图

表1 南翼山站天然气成分表

查询天然气含水图表可得在3Mpa 的工艺流程压力下，20℃的冷后温度条件下，天然气中饱和水的含量为0.75kg/1000m3,在南翼山站的工艺流程中，日产5 万方天然气，其中的水量应当为5x10x0.75=37.5kg，南翼山天然气脱水塔每8小时倒塔一次，即每次脱水塔吸收的水量在15kg 以下，这个水量对于分子筛1 吨填料吸收应当完全吸收，流程中在线水露点仪测到的水露点在-45℃～-60℃，完全满足当地输气要求。而在实际运行过程中，发现在水露点出现下降后，制冷冰机会出现压差，即冰机管路由于水合物的形成，即经过脱水塔后的流程中还是存在少量的水，逐渐与天然气组分中的烃类结合，生成水合物。

南翼山天然气湿气组分复杂，从甲烷（C1）到庚烷（C7）组分均有存在（表1）。将其输入到PIPESIM 软件中，通过Phase Envelope 工具进行分析，在30bar 即3Mpa 的压力下，流程中的第一种水合物形成温度约为14℃，第二种水合物的形成温度为6℃（如图2 所示），在整个流程中温度最低点为冰机制冷处，冰机设定温度一般为-25℃～-32℃，气相中烃类及水在流程压力下不可避免地在流程中会形成水合物，通常抑制水合物的形成一般有两种：一是提高工艺流程温度，南翼山站采用深冷工艺进行脱烃，提高流程温度将与整个工艺流程背道而弛；若采用降温方式，在温度低于烃露点的条件下，烃类形成液体，随污水一同排出，影响整个站内烃产量。二是注入醇类对水合物进行抑制，以减少水合物形成的速度，此种解决方法需要在后端增加烃醇分离设备，防止醇类进入成品轻烃。

尖北站对天然气进行粗脱水，水露点控制要求较为宽松，在目前每天处理气量40 万方、每天来水120 吨的运行条件下，脱水能够基本保证管输要求，后端管线运行时偶尔有轻质油、重烃等出现，目前未出现影响管道运行的事件。

4 解决方案探讨

图2 PIPESIM 软件生成的天然气的包络曲线

图3 吸附阶段分子筛床层的变化情况

表2 常用吸附剂的性能参数[3]

对于南翼山站的生产不连续的问题，在不更换现有制冷设备的前提下，可从两个方面着手解决，一是提高脱水效果，考虑到后期使用新PE 管线运行，由于减少了增压环节，由于压力的降低，天然气来气中的含水会有一部分增加，可考虑增加脱水设备，进行2 次脱水，如在现有脱水设备前增加湿法脱水设备如三甘醇脱水，三甘醇脱水工艺适用于处理气量大，对水露点要求不高的天然气集输环节，脱水后的干天然气水露点低于-15℃[1]、在脱水塔中增加粗脱水填料，如硅胶（硅胶静态吸附容量在相对温度60%的条件下为33.3%，而分子筛4A 只有22%[2]，在塔顶增加粗脱水填料可以减轻分子筛的的负担，从而将吸附阶段分子筛床层的吸附转效点延后，减少进入冰机的水分，缓解冻堵问题。二是在流程中增加注醇工艺，降低水合物形成的温度，降低水合物形成的速度，以减少停机时间。三是预冷脱水脱烃，降低压缩机后端的一级预冷器操作温度、增加风冷管等措施，使水、烃、油混合物一同分离出来，再使用三相分离器从分离出来的混合物中回收轻烃，排放油、水，由于南翼山站的气体组分的水合物形成温度较低，故需要在预冷前进行注醇，防止预冷脱水过程形成冰堵。尖北站目前脱水运行基本饱和，计划对此脱水站进行扩容，在原有的基础上增加脱水橇，使整站处理能力达到60 万方/天，在试采合同期内保证产品气符合管输要求。

5 几种脱水吸附剂的介绍（表2）

目前主要的脱水吸附剂有硅胶、活性氧化铝、分子筛等。活性氧化铝再生时消耗的热量多，选择性差，易吸附重烃，呈碱性，不宜处理含酸性气体较多的天然气。硅胶吸附水蒸气的性能很好，且具有较高的化学和热力稳定性，但硅胶与液态水接触很易炸裂，产生粉尘，增加压降，降低有效湿容量。分子筛是一种人工合成沸石，是强极性吸附剂，对水有很大的亲和力，可以同时净化、干燥气体和液体。分子筛的热稳定性和化学稳定性高，且具有许多孔径均匀的微孔通道和排列整齐的空腔，故其比表面积大（800－1000m2／g），且只允许直径比其孔径小的分子进入微孔，使大小和形状不同的分子分开，起到选择性吸附的作用。

水是强极性分子，分子直径为2.7-3.1 埃米，比A 型分子筛微孔孔径小，因此，A 型分子筛是气体或液体脱水的优良吸附剂，气体露点可低于-100℃。石油裂解气脱水多用3A 分子筛，天然气脱水多用4A 或5A 分子筛。吸附选择性强，干燥后的气体含水量可达到0.1-10mg/L，具有高效吸附特性，分子筛在低水汽分压、高温、高气体流速等苛刻的条件下仍然保持较高的吸附水量，在高温下只有分子筛才是有效的脱水剂。使用寿命较长，不容易被液态水破坏[4]。

分子筛吸附脱水是目前青海各天然气场站普遍使用的净化方法，分子筛性能的好坏，直接影响输出干气质量，在脱水要求不高的条件下可选用硅胶，在要求苛刻的条件下，优先选用分子筛或在脱水塔内混合填充。

6 结论

我公司青海事业部的场站在脱水要求上各有差异，水气分离的效果主要由操作压力、操作温度、两方面因素决定，压力越高、温度越低水气分离效果越好，但在降温脱水时兼顾考虑防止水合物形成，防止烃类与水混合排出；脱水吸附效果主要由脱水塔中的吸附填料决定，硅胶吸水量大，但与液态水接触易炸裂，分子筛吸附效果较好，吸附容量相对较小，吸附塔填料应根据场站实际情况选用。