天然气小压差换热器应用试验技术-.pdf

2 01 1 年 第5 卷 第 1 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y a n d Ec o n o my VO 1 ． 5． No． 1 F e b ． 2 0 1 1 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／j ． i s s n ． 2 0 9 5 1 1 3 2 ． 2 0 1 1 ． 0 1 ． 0 1 2 天 然 气 小 压 差 换 热 器 应 用 试 验 技 术 王明军黄予平石春平 中国石化华北分公 司，河南郑州4 5 0 0 0 6 摘 要 大牛地 气田集气站 中井 口压 力低 于 1 0 MP a 的 气井 占总生产井数 的 7 9 1 7％，且全站停 用水套炉后 生 产分 离器与旋流分 离器的温度差别不大 ，无法满足低 温脱 水分 离与外榆 气质的要 求。针对这一 问题 ，采取在 集气 站安装板 翅式换热 器以及进 行 小压 差外输脱 水试 验等措施 ，使换热 器设计 端面 温差达到 2 ～3℃ ，节流压差达到 c 1 ． 3 ～f 1 ． 6MP a ，换热效率高于 9 ％，并且旋 流分 离器温度 大大降低 ，满足 了低温分 离脱水的要求。 关键词 板翅式换热器小压差低温脱水温降换热效率 中图分类号T E 7 6 5 ． 1 文献标识码B 文章编号2 0 9 5 1 1 3 2 2 0 1 1 0 l 一 0 0 4 3 0 2 0 引言 对 于 大牛地 气 田来 说 ，开发前 期气 井压 力较 高 ，采用高压集气 和节流膨胀制冷脱水工艺充分利 用了地层能量 ，达到了节能降耗 的 目的。随着气井 压力逐年递减 ，当地层能量不能够满足节流膨 胀后 达到脱水所需 的温降时 ，气 田集气站停用水套 炉后 就无法 满足低 温脱水 分离 与外输 气质 的要求 。因 此 ，采用天然气小压差板翅 式换热器技术并且通过 适 当的工艺流程 ，对于既达到低温脱水 目的又节能 降耗具有重要意义。 l 板翅式换热器的工作原理及优点 板翅式换热器的工作原理就是天然气小压差低 温脱水工艺 ，即通过 1 个小压差节流使天然气产生一 个小温降 ，以此温降作为换 热器 的冷端温差 ，选取 足够大的换热器面积 ，使原料天然气在此冷端温差 下经换热产生足够大的温降 ，以满足天然气脱水 的 要求 ，其工艺流程见图 1 。 板翅式换热器的优点有 ① 效能高 。因翅 片对 流体 的扰动使构成热阻的边界层不断更 新 ，传热系 数一般为管壳式换热器 的3 倍 ；在小温差 1 ． 5 2 C 下 ，冷量 回收效 果较好 ，能 实现顺 流 、逆流 、错 流 、混合流等多种流型形式。② 紧凑 。因大部分热 量是经翅 片通过平板传递 ，其结构紧凑 、轻巧 ，对 图 1 小 压 差低 温 脱 水 工艺 流 程 示 意 图 防锈铝合金 、清洁介质具有广泛的实用性 ，设备单 位体积的传热面积可达 1 5 0 0 m ／m 以上 。③ 质量 轻。在传热面积相 同的条件下 ，质量约为管式换热 器的 1 ／5 。④ 坚 固。因板束为一整体构件 ，而且翅 片在两平板间起支撑作用 ，故可承受较高的工作压 力 ] 。 2 铝制板翅 式换热器 的应用及分析 2 ． 1 应用情况 选择 在大 牛地气 田集 气站 安装 此设 备进行 实 验。安装前 的具体情况为 ① 正 常生产期间 ，旋流 分离器基本没有凝析液分离 出来 ；② 集气站 日处理 天然气 1 7 ． 9 5 x 1 0 m ；生产井 2 4口，其 中井 口压力低 于 1 0 M P a 的有 l 9口，占总生产井数 的7 9 ． 1 7％；③ 在夏季生产期间 ，全站停用水套炉 ，一级分离 生产 分离器 温度基本在 1 0～2 0 12 ；二级分离 旋流分离 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 0 8 修订 日期 2 0 I I 一0 1 1 2 作者简介 I J ] 1 9 7 9 一 ．硕 f ， 1 帅 ．从 竹地 I ‘ 谴设 管 1 作E - m a i l 、 R t i g mi n g j m 8 1 2 6 一， r - 天然气技术与经济 ／ 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 卷 王明军 ，等天然气小压差换热器应用试验技术 第 1 期 器 温度基本在 91 4 C，无法满足低 温分离 、外输 气质的要求。 从 2 0 0 8 年 9 月 5日开始 ，集气站开始进行应用试 验 。在使用 阶段 ，换 热器正 常运 行 ，效果 较为 明 显。安装换热器后 ，二级分离 的温度大大降低 ，基 本在一 60 C，满足低温分离的要求 ，二级节流温差 大大增加 。 2 ． 2 同温度不同压差分析 集气站外输压力为 4 ． 0 MP a ，榆林地 区管线埋深 处冬季平均地温为 2～5 o C，夏季为 1 2～1 8 ℃ ，按照 极端气候条件考虑 ，输送温度取 0 c c。从保证管道正 常运行的角度考虑 ，在管道运行压力 为4 MP a 下热 气进 口温度保持在 1 0～1 5 ℃ ，选取二级节 流前后 5 个不 同压差 阶段 作对 比分 析 。得 出随着压 差 的增 大 ，旋 流分离器 的 日均排液 量增大 ，由最初 的 0 ． 2 m ／d 增大到 1 ． 3 m ／d ；换热效率也相应提高 ，由最 初 的8 5％提高到9 6 ％，在压差大于 0 ． 4 MP a 后 ，换热 效率稳居 9 0％以上 ，换热状况较好 。 考虑 到 现 场 实 际情 况 容器 的最 低 工 作 温度 为一 1 9 o C ，压差超过0 ． 6 MP a 时存在安全隐患 。因此 将一级 节流后混合温度控制在 1 0 C左右 、压差 0 ． 5 MP a 时应用效果最好 。同时通过计算低温脱水工 艺条件下 ，冷源温度每升高5 ℃左右 ，相当于节流前 的压力损失约 1 ． 0 MP a ，这对于小温差低温脱 水工艺 的影响是很大的。因此 ，工艺流程 中从原料气进 口 至外输天然气出 口之 间的所有管段和工艺设备均须 严格控制保冷质量 ，防止冷量散失 。 2 ． 3 换热后 同温度、不 同压差和起始压力工况下的 温降分析 根据数值模 拟计算 ，在集气站采用板翅式换热 器进行小温差低温脱水工艺流程 ，现场主要收集换 热效率 、预冷换热器乳化 规律 、调节方 法等数据 ， 试验效果见图 2 。可以看出，当换热后温度 、压差相 同时 ，起始压力越低 ，温降越 大 ；当换热后温度相 同，压差越大，温降越大。换热后不同温度、相同 压差和不 同起始压力工况下温降情况见图 3 。可以看 出 ，当节 流压差 相 同时 ，起 始温 度越 低 ，温降 越 大 ；起始压力越低 ，温降也越 大。换热器的工作温 度较低 ，且换热过程 中由于温降使部分组分发生相 44 ／ Na t u r a l Ga s T e c h n o l o g y a n d Ec o n o my 3． 0 3 ． 5 4． 0 4 ． 5 5 0 5 ． 5 起始 压力／ l P a 图2 节前压力 3～5 ．7 MP a 工况换热后 同温节流温降 曲线图 7 ．0 ＆ 5 u 6 ．0 遨5 ． 5 裴5 ． 0 4 ．5 4 ．0 3 ． 0 3 ． 5 4 ． 0 4 ． 5 5 ． 0 5 ． 5 起始压 力／ M P a 图 3 节前压力 3～ 5 ． 7 MP a 工况换热后 同压差节流温降 曲线图 变 ，在原料气流道 内有游离态水和凝析油存在 。因 此 ，换 热器原料气流道设计在保证抑制水合物晶核 形成和微 晶聚集 的最小动能控制范围条件下 ，还应 设计合理 的流速以避免乳化和起泡现象发生。 3 结束 语 在调研 国内外气 田建设情况 、仔细分析气 田基 本 条件 以及对主要工艺技术反复论证的情况下 ，研 究应用小压差节流制冷换热脱水工艺 ，取得 了显著 的效果 。利用板翅式换 热器 的优势是当二级节流的 压差为 0 ． 5 MP a 时 ，旋流分离器的温度 比安装换热器 前 降低 了2 0 ℃ ，在相 同的节流压差条件下 ，起 始压 力 和温度越低 ，温 降越 大。随着集气站压力 降低 ， 产气量也降低 ，换热器 的冷端温差减小 ，也会 达到 同样的效果 。 参考文献 [ 1 ]刘子兵． 低温分离工艺在榆林气田天然气集输中的应用 [ J ] ． 天然气工业 ，2 0 0 3 4 1 0 3 1 0 6 ． [ 2 ]王遇冬． 天然气处理原理与工艺[ M] ． 北京 石油工业出 版社 ，2 0 0 7 ． [ 3 ]胡杰． 天然气化工技术及利用[ M] ． 北京石油工业出版 社 ，2 0 0 7 ． 编辑 蒋龙 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ＼ 世赠螺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m