储气库乙二醇再生系统研究与应用

2021-06-16尹凯占中国石油大港油田集团天津储气库分公司天津300270

化工管理 2021年12期

尹凯占(中国石油大港油田集团天津储气库分公司，天津 300270)

0 引言

乙二醇再生系统在化工装置中广泛运用，工艺成熟。理想的乙二醇系统运行是在保证露点装置有效防冻的同时，实现物料的进出平衡。但在储气库采气生产中，因不能提供一种平稳的工况，给乙二醇系统的平稳运行带来较多的困难。

文章以板876储气库露点装置乙二醇再生系统为例来进行说明。在甲醇与贫乙二醇混注甘醇雾化器，低温分离器内混有大量甲醇，甲醇的存在，不紧拉低了乙二醇富液比重也影响醇烃分离，同时低沸点的甲醇进入再生釜，易形成泛液现象造成乙二醇携带损失，该问题极大制约了储气库的优化运行。乙二醇再生系统优化运行的研究和应用，不仅可节省甲醇、乙二醇等物料消耗，同时对我国其它储气库的生产运行管理具有一定的借鉴作用。

1 工艺流程简介

板876储气库建设投产于2002年3月10日，采用J—T阀节流膨胀制冷工艺进行天然气脱水处理。通过节流降压控制适当的温度，从而获得水烃露点均满足外输要求的天然气。但是在经过J—T阀节流制冷后，天然气的温度急剧下降(可达-18 ℃)，为了防止含有饱和水的天然气随温度的降低而形成水合物，在天然气预冷前须注入水合物抑制剂，储气库选用乙二醇作为抑制剂循环利用。

图1为板876储气库露点装置乙二醇再生系统流程示意图。从三相低温分离器(V-G1003)水相收集得富乙二醇压力为5.2 MPa，经过导热油加热温度为5 ℃。由调节阀(LV-G1166)来实现液位控制，流经篮式过滤器(F-1)后去再生塔(T-G2001)上部的回流冷却器(H)做冷源，换热至28 ℃后进入再生塔下部的贫富液换热罐(V-G2001)加热至70 ℃，目的是汽化乳化轻烃，同时易于水分蒸发。

从V-G2001出来的72 ℃的乙二醇直接到闪蒸器(V-G2002)中闪蒸，闪蒸压力为0.2 MPa。这时，流体温度高于该压力下的沸点，流体在闪蒸分离器中迅速沸腾汽化，从而达到物料蒸发的目的。除去烃后的富乙二醇在液位调节阀(LV-G2012)的控制下，使液位保持在200 mm处，余下的富乙二醇直接进入再生塔(T-G2001)进行再生。

乙二醇再生塔(T-G2001)为填料式精馏塔，乙二醇再生塔从中部进料，由一个方环型槽式分配器使富乙二醇均匀进料，下降时与上升的气体逆向接触，使气相中的部分贫乙二醇被洗下，富乙二醇中的水分相应被提出。富乙二醇落入再生釜(H-G2001)后，由热媒炉加热器加热到115 ℃，使富乙二醇中大部分水汽化，并携带部分贫乙二醇上升，在提馏段填料中与进料逆向接触而被吸收。蒸汽继续上升，在精馏段填料中与冷却回流接触，温度逐渐下降，升至冷却器(H)时部分气体被冷却，整个温度达到92 ℃，冷却后的液体作为回流(大部分为贫乙二醇)沉降，重新与上升的蒸汽接触吸收其携带的贫乙二醇，与进料一起返回到再生釜(H-G2001)，顶部水蒸汽则排入闭式排放罐。

H-G2001中的贫乙二醇经过溢流板连通管流到下部贫富液换热罐(V-G2001) 中，此时贫乙二醇浓度为 65%以上，流经贫液冷却器(E-G2001)由96 ℃降至38 ℃，经P-G2001A/B抽出升压至6.2 MPa，从甘醇雾化器(W-G1001)注入天然气中，注入的贫乙二醇在雾化吸水后与天然气一起到低温分离器(V-G1003)，沉降到底部后与烃在分离。为防止低温下醇烃不能有效分层，设立了加热调节阀(TV-06223)，经加热分层后重新做为富乙二醇去再生。这样，就形成了循环使用过程。

图1 板876储气库露点装置乙二醇再生系统流程示意图

2 乙二醇再生系统研究与应用

2.1 控制思路

为保证乙二醇系统持续稳定运行，结合以往运行经验，整个运行期间我们坚持以保证贫乙二醇浓度为基础，根据气量凝析水量配产泵量，整个采气期我们根据贫、富乙二醇浓度变化调整再生温度以保证防冻效果为目的，通过调整实现进出料平衡。

2.2 采气前准备

2020年采气前，站内组织学习统一认识，制定每日贫、富乙二醇浓度检测制度，同时根据乙二醇溶液冰点图(如图2所示)，选定贫乙二醇体积浓度65%为控制基础，使乙二醇始终保持在非结晶区。

图2 乙二醇溶液冰点图

如图2所示绘制了更为精确详细的乙二醇浓度与冰点关系曲线图(如图3所示)，为浓度检测分析工作奠定了良好的基础。

图3 乙二醇浓度与冰点关系曲线图

2.3 改变注醇方式

2019年之前采气我站采取甲醇、乙二醇混注方式运行，低温分离器内混有大量甲醇。甲醇的存在，一方面拉低了富乙二醇比重影响醇烃分离，另一方面低沸点的甲醇进入再生釜，易形成泛液现象造成乙二醇携带损失。所以2020年我们改为单注贫乙二醇，同时为防止再生釜蒸发量过大造成携带，参照乙二醇浓度沸点对应表(如表1所示)，选定了相对较低的115 ℃为再生初始温度[1]。

2.4 再生釜温度控制原则

再生釜温度是决定水汽的蒸发量和控制系统物料进出平衡的主要参数。在系统整个运行控制中为保证下游防冻效果，我们坚持以65%的贫乙二醇浓度为控制基础，根据每日贫、富乙二醇浓度变化情况及时对再生釜温度进行调整，通过再生釜温度的调整使贫、富乙二醇浓度保持稳定，从而实现系统进出料平衡。运行期间，再生釜温度根据工况控制在115～125 ℃之间，贫乙二醇浓度始终保持在65%以上，富乙二醇浓度稳定在45%～60%之间。

表1 乙二醇浓度沸点对应表(数据来源ASHRAE手册(2005)版)

2.5 乙二醇泵量及时合理调整

根据采气量及凝析水量配产泵量，贫乙二醇的注入量取决于制冷系统内凝析水量，而凝析水量由气量、进出站压差及温降决定。采气初期制冷系统凝析水量变化不明显，传统的气醇配比每百万方天然气注入80升贫乙二醇可满足防冻要求。但运行期间，由于进站温度不断上升、进站压力不断下降，在同等出站压力和露点温度下，致使凝析水量大幅增加，传统的配比方式已不能满足防冻要求。当进站温度升至20 ℃以上、进站压力由6.2 MPa下降至5.8 MPa时，管壳换热器压差出现缓慢上涨趋势，乙二醇防冻效果开始减弱，150万方气量下我们逐步将泵量由37.5%提升至55%以保证防冻效果，即每百万方天然气注入量由80升提至117.3升[2]。

2.6 液位控制合理设定

乙二醇再生系统液位控制主要包括低温分离器、闪蒸分离器及再生釜三部分，合理的液位设定不仅有利于系统稳定，同时可在一定程度上降低乙二醇的附加损失。

2.6.1 低温分离器液位设定

低温分离器水相一次堰板为1 000 mm、二次堰板760 mm、油相堰板800 mm，通过换算可得当水相远传液位高于60%时会出现水翻油现象，同时结合实际运行情况，当气量提产或J-T阀切换操作时，分离器液位波动最高可上涨10%左右，为避免分离器出现富乙二醇附加损失，我们将低温分离器液位控制在45%以下。

2.6.2 闪蒸分离器液位设定

闪蒸分离器原理就是让高压高温流体经过减压，使其沸点降低，再进入闪蒸分离器，这时，流体温度高于该压力下的沸点。流体在闪蒸分离器中迅速沸腾气化，从而达到物料蒸发的目的。运行期间，分离器留出充足空间有效分离低沸点烃化物，因此将闪蒸分离器液位控制在30%～40%之间[3]。

2.6.3 再生釜液位设定

再生釜溢流板为550 mm、液位计总长600 mm，液位计底部距离罐底100 mm，通过换算可得当液位高于75%时，溢流板两侧连通。出现连通情况时，会造成部分未充分蒸馏提纯的富乙二醇直接进入贫富液换热罐通过注醇泵直接进入下游管道，无法保证其防冻效果。同时考虑补充乙二醇时再生釜需持续进料，为保证贫富液换热罐内留有足够空间，我们将液位控制在40%～45%之间。

2.7 乙二醇再生系统独立运行

乙二醇再生系统于2020年12月5日投用，2021年2月7日停运，累计运行64天。运行期间，采用贫乙二醇单注甘醇雾化器，替代以往贫乙二醇与甲醇混注运行方式。根据板876储气库气藏井流物较少，进站温度较低的特点，将再生釜温度控制在115～125 ℃之间，贫乙二醇始终保持在65%以上，富乙二醇浓度稳定在45%～60%之间(如图4所示)，通过合理的贫乙二醇与天然气量的配比，保证了良好的防冻效果。采气期间，未出现一次冻堵情况，顺利实现了历年首次全程独立运行[4]。