天然气液烃回收流程的设计与应用

郭俊杰，刘海艇，夏瑞杰，魏清亮(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

某平台投产至今，随着油气田开发生产，天然气系统有大量的液烃从天然气中析出。天然气系统各洗涤器脱出的液烃排放至闭排罐，一方面造成闭排离心泵气蚀不易建立压力，转液困难，同时气蚀还引起离心泵振动噪音大、过流部件破损、设备性能下降，严重影响设备正常运行[1-2]；另一方面，液烃随原油输送至下游终端，给下游终端处理厂的生产带来了极大的安全隐患。由于该平台ODP 设计没有液烃回收流程，无法对其合理利用。此外液烃重组分气体随高温放空气至火炬燃烧，造成火炬黑烟严重[3-4]，污染环境。

随着某天然气终端的建成投用，该平台已成为天然气集输中心，平台天然气系统的液烃量已大幅增多。为了合理利用平台液烃资源，实现最大化利用能源价值，实现最大经济效益，故设计天然气系统液烃回收流程。平台前后分两期进行施工，根据两期改造流程运行压力的不同，平台把一期流程改造定为低压液烃回收流程，二期流程改造定为高压液烃回收流程。

1 低压液烃回收流程设计应用

1.1 流程设计原则

(1) 设计充分利用目前平台已有流程，减少液烃回收流程改造的工作量，降低改造成本。

(2) 设计要满足功能要求，回收的液烃经过流程处理后要满足外输含水的要求，处理流程要有实效。

(3) 设计要严格遵守安全方面的要求，应设有安全保护装置和监测装置。

(4) 设计后的流程实际操作起来要方便安全，尽量降低操作人员的工作量，消除潜在的安全隐患，同时满足现场场地的要求。

1.2 流程设计方案

平台利用现有流程和设备资源对低压液烃回收流程进行了改造，低压液烃回收流程是一套以集液管为主体的液烃回收系统，平台低压液烃排放容器包括有：低压压缩机二级洗涤器(300 kPa)、低压压缩机三级洗涤器(500 kPa)、中压压缩机一级洗涤器和中压压缩机入口洗涤器(1 600 kPa)。

低压液烃回收系统由三组集液管组成，每组集液管的压力体系都不同，分别是A 系列(操作压力为300 kPa)、B 系列(操作压力为500 kPa)、C 系列(操作压力为1 600 kPa)。每组集液管由两个混合室与一个油室组成。液烃从集液管第一个混合室进入，经过沉降分离，油相从顶部连通管线溢流至第二个混合室，进一步沉降分离后油相再进入油室，集液管混合室底水需手动排放至闭排。油室收集到的液烃通过高压隔膜泵增压后输送至天然气外输海管。

1.3 应用效果

低压液烃回收流程的成功投用既解决了闭排高压和液烃无法处理存在的安全隐患，也合理利用了液烃资源，为平台节能减排作出了很大贡献。但也发现自进入冬季后，液烃转运隔膜泵腔内膜片由于温度较低，膜片变硬变脆，损坏频率增大，检修过程中耗费了大量的人力物力。

2 高压液烃回收流程设计应用

为了高效回收平台高压天然气系统液烃资源，又设计一套以集液横管为主体的液烃回收系统，通过压差式将液烃转运至天然气海管，全面优化平台天然气液烃回收流程。

2.1 流程设计方案

此次高压液烃回收改造涉及的高压天然气设备包括有：三台中压压缩机二级洗涤器(3 200 kPa)、高压燃料气洗涤器(3 200 kPa)、燃料气聚结分离器(3 200 kPa)、高压天然气分离器(6 000 kPa)、天然气过滤分离器(6 000 kPa)、三甘醇脱水塔(6 000 kPa)、段塞流捕集器 (6 000 kPa)，这次设计的高压液烃回收系统流程简图如图1 所示。

图1 高压液烃回收流程示意图

本方案充分利用已改造低压液烃回收流程的C 系统，此体系为1 600 kPa 压力体系，各天然气高压设备排液管线经调节阀节流降压后再进入低压液烃回收C 系统，经过二级沉降后溢流至第三根集液管，含水达到外输标准；第三根集液管的液烃通过U 型弯原理进入新增20 米24 寸水平管线，作为储集管，待液位集满之后关闭气相平衡阀和入口液相连通阀，打开储集管顶部补压管线增压后，通过压差向某天然气终端海管进行转液，从而达到高压液烃回收利用的目的。

2.2 可行性分析与优势

(1) 设计充分利用目前平台已建成的低压液烃回收流程C系统，将高压液烃排放至C 系统存储时不会由于压降问题造成液烃C3以下组分挥发。

(2) 为了增大缓冲能力，并且考虑到将来液烃增多的情况，集液横管用20 米长24 寸的管线来进行存储，现场场地也符合要求。

(3) 此次高压液烃回收改造新增管线和阀门都用的是D 磅级，与天然气高压系统磅级一致，减少了磅级变级后可能导致的安全风险。

(4) 各高压容器液烃排放管线尺寸与ODP 原设计排放管线尺寸是一致的，消除了因液烃排放管线尺寸不够影响容器处理效果和正常运行。

(5) 集液横管按照管道来设计，不设计成压力容器，降低了改造成本，集液横管的液位可以通过低压液烃回收C 系统第三根立管上的液位计进行观察。

(6) 集液横管的液烃通过升压压入到某天然气终端海管内，没有设计液烃输送泵，消除了用液烃输送泵时膜片损坏和汽蚀导致转不出液的情况，同时低压液烃回收系统的高压液烃泵出口也可以转入到天然气外输海管中。

(7) 各个高压天然气设备向液烃C 系统正常排液，集液横管的底部入口阀门和顶部平衡管线阀门均与液烃C 系统连通，利用U 型管原理，C 系统的液烃在达到一定液位后会进入到相应的集液横管。

(8) 根据液烃C 系统第三根集液管液位计读数，确定水平管集满之后，关闭集液横管入口阀门及平衡阀门，此时液烃C系统仍然有足够空间继续收液，然后对横管补压后通过压差压入天然气海管。

(9) 当转液完毕后，对横管泄压至闭排，压力达到要求后再缓慢打开横管的入口阀门和平衡阀门，恢复液烃正常回收流程。

2.3 应用效果

高压液烃回收系统的投运，成功实现了高压液烃的回收。该流程使用压差的方式进行液烃转运，不仅实现了经济效益又消除了使用高压隔膜泵转液时的安全风险。

3 评价与建议

平台高低压液烃回收流程已投用多年，到目前该回收系统运行稳定，每日回收液烃产生的经济效益可观。由于天然气液烃的回收外输，减少了火炬燃烧排放。同时从放空天然气组分分析报告里可知丙烷含量为3.06%，低于临界值6%，消除了火炬黑烟问题[5]，实现了节能减排的目标。综上说明平台液烃回收流程改造取得成效明显。

为了进一步优化液烃回收流程的应用效果，建议：(1) 由于液烃转运出口未安装流量计，因此每次转液时无法直观判断转出流量，通过容积法计算转液量难免存在误差，因此建议在转液总管上安装合适的流量计；(2) 液烃温度的降低有助于烃和水的分离，为了进一步降低液烃含水率，可通过冷却器降低液烃的温度。