迪那2气田天然气处理工艺优化研究.pdf

4 82 石油与天然气化工 CHE MI C AL ENGI NEERI NG OF OI L ＆ GAS 2 O 1 3 迪那 2气 田天然气处理工艺优化研究 谭建 华 陈青海 李 静 王书 国 中 国石 油塔 里 木 油田公 司天然 气事 张 效 东 业 部 摘 要 迪 那 2凝析 气 田天 然气 处理采 用 J T 阀 乙二 醇 抑 制 剂低 温冷 冻 分 离 工 艺 ， 设 计 单 套 处理 量 4 0 0 1 0 m。 ／ d 、 制冷 温度 一2 O℃ ， 投产 后 进站 温度 由设 计 的 4 5℃升 至 6 5℃ ， 乙二 醇 加 注 量不 能满足 设计 制 冷 温 度 的要 求 ， 低 温 分 离器频 繁 发 生 冻堵 ， 单 套 处 理 能 力 限制 在 2 0 0 1 0 m。 ／ d 、 制 冷温度 一1 5。 C。利 用 HYS YS软件 对脱 水脱 烃 装 置进 行模 拟 优 化 ， 确 定 天 然 气饱 和 水 增 加是造成装置冻堵的原因， 制定 了装置适宜运行参数表， 避免装置发生冻堵， 提 出了分水器改造建 议 ， 实施后 脱 水脱 烃 装置 达到 设计 参数 ， 大幅度提 高 了液化 气和 轻烃 产量 ， 减 少 了 乙二 醇损耗 ， 并提 出 了凝 析 气先 空冷再 分 离的标 准气 处理 工艺 。 关键 词 迪 那HYS YS 凝 析 气 脱 水 分水 器 中图分 类号 TE 6 4 4 文献标 志 码 A D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 3 4 2 6 ． 2 0 1 3 ． 0 5 ． 0 0 9 Op t i m i z a t i o n s t u d y o f na t u r a l g a s p r o c e s s u n i t i n Di na 2 g a s f i e l d T a n J i a n h u a，Ch e n Qi n g h a i ，L i J i n g，Wa n g S h u g u o，Zh a n g Xi a o d o n g Na t u r a l G a s De p a r t me n t o f T a r i m O i z f i e l d C o mp a n y， Ko r l a 8 4 1 0 0 0 ，Xi i a n g， C h i n a Ab s t r a c t J T v a l v e e t h y l e n e g l y c o l l o w t e mp e r a t u r e f r e e z i n g s e p a r a t i n g p r o c e s s wa s a d o p t e d t o s e pa r a t e wa t e r a nd hy dr o c a r b o n o f na t ur a l ga s，a nd pr e v e n t hy dr a t e f o r m a t i on by e t hy l e n e gl y c o l i n Di n a 2 g a s f i e l d ．Th e d e s i g n c a p a c i t y o f a s i n g l e s e t i s 4 0 0 1 0 m。 ／ d a n d t h e d e s i g n r e f r i g e r a t i o n t e m p e r a t u r e i S 一 2 O 。 C． W he n t he pl a nt s t a r t e d pr o duc t i o n， t he f e e d g a s t e m pe r a t ur e r a i s e d f r o m 45 C t o 6 5 。C． Th e e t hy l e ne gl y c o l d os a g e wa s t oo s ma l l t o pr e v e n t t he hy d r a t e f o r m a t i on un de r t he de s i gn r e f r i ge r a t i o n t e mpe r a t ur e，a nd t he hy dr a t e f o r me d i n t he LT s e pa r a t o r { r e q u e n t l y ．Th e p r o c e s s c a p a c i t y wa s r e s t r i c t e d t o 2 0 0 1 0 m。 ／ d ，a n d t h e r e f r i g e r a t i o n t e mp e r a t ur e wa s 1 5 。 C． I n t hi s pa p e r ，t he s i m ul a t i o n a nd o pt i mi z a t i o n o f t he de hy dr a t i o n a n d d e a l k yl a t i o n u ni t wa s s t u di e d bv HYSYS s of t wa r e ．The i nc r e a s i n g s a t ur a t e d wa t e r of f e e d ga s r e s ul t e d i n t h e h y d r a t e f o r ma t i o n ．Th e a p p r o p r i a t e p a r a me t e r s t a b l e wa s s e t o u t ，wh i c h h e l p e d t o p r e v e n t h yd r a t e f o r m a t i on．The p r oc e s s c a p a c i t y o f de hy dr a t i on u ni t m e e t s t he r e q ui r e m e n t of d e s i gn p a r a me t e r a f t e r t he i ns t a l l a t i o n o f wa t e r s e p a r a t o r ． The y i e l d o f LPG a n d l i gh t h y dr o c a r b on a r e i m pr o ve d s i gn i f i c a nt l y whi l e t he l o s s o f e t hyl e ne gl y c o l wa s d e c r e a s e d． The s t a nd a r d g a s pr o c e s s wa s D r op os e d f or c o nd e ns a t e g a s，whi c h f l ow i nt o a i r c o ol e r f i r s t t he n b y wa t e r s e pa r a t or ． Ke y wo r ds Di n a，H YSYS，c o nd e ns a t e g a s，de h yd r a t e，wa t e r s e pa r a t or 迪那 2凝析气田天然气处理采用 J T阀乙二 醇 抑制 剂低 温冷 冻 分 离 工艺 ，J T 阀制 冷 温度 和低 温分离器分离效果直接决定外输气 品质和液化气 、 轻烃产量。迪那投产 以后进站温度由设计 的 4 5℃ 作者简介 谭建华 1 9 8 1 一 ， 男 ， 工 程师 。2 0 0 6年毕业于天津 大学 ， 获工 学硕 士学位 ， 现在 塔里木 油 田天然气 事业部 迪那 作业区工作 ， 从 事油气 田地面处理工艺研究 。地址 8 4 1 O 新疆库 尔勒塔里 木油 田分公 司天然气 事业部 。E - ma i l t a n j h t l m p e t r o c h i n a ． c o rn． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 2卷 第 5 期 谭建华 等 迪 那 2气 田天然气处理工艺优化研究 4 8 3 升 至 6 5℃ ， 导 致低 温 分 离 器频 繁 发 生 冻 堵 ， 外 输 天 然 气 烃水 露 点在 0℃以上 ， 装 置 乙二醇 损耗 加剧 ， 液 化气 、 轻烃产 量大 幅度 下降 ， 必 须尽快解 决这一 问 题 。水合物是造成装置 冻堵 的主要原 因， 可以通过 查 图法、 模 型计算 来计 算 天然气 水 合物 的形 成温 度Ⅲ。 目前 ， 各油气处理现场一般凭借 经验进行参 数 优 化 ， 而 HYS YS软 件 可 以实 现 石 油 化 工 各 单 元 过程 的模 拟计 算 ， 为 参 数 优 化 和 技 术 改 造 提 供 理论 计 算 依据 口 ] 。本 文利 用 HYS YS软 件建 立迪 那 2 气 田脱 水装 置模 型 ， 通 过 HYS YS水 合 物 形 成 温 度 预 测等功能 ， 分析装置发生冻堵的原 因， 对运行参数进 行优 化 ， 并 提 出切实 可行 的改 造建议 ， 以期彻底 解决 迪那 进站 温度 超高 对 装 置 处 理量 限制 的问题 ， 并 探 索建立针对高压凝析气的标准处理工艺 。 l 冻堵原 因分析 1 ． 1 建 立模 型 首先 建立 脱水装 置 HYS Y S模 型 ， 如 图 1 所 示 。 凝析 气 经段塞 流捕 集 器 初 步 分离 后 ， 气 相 去 气 液 分 离器 、 空 冷器 、 加 注乙二 醇 、 预 冷 、 J T 阀 节流 制 冷 进 入低 温分 离 器 L T s e p a r a t o r ， 进 一 步 回收 冷 量 之 后外 输 ， 利用 b a l a n c e 模 块计 算外 输气 水露 点 。 图1 脱水装置H Y S Y S 模型 F i g． 1 HYSYS mo del o f d eh y dr at i o n u nit 1 ． 2 原料气饱和水含量变化 加 ， 6 5 C时为 4 5℃时的两倍多。值得注意的是， 现 为 分析 不 同进 站 温 度 下原 料 气 含 水 变化 ， 在进 厂凝 析气 中添加 过量 水 ， 改变 进 厂气及 水 温度 ， 原料 气 物料 2 水 含 量 即 为 对 应 温 度 下 饱 和 水 含 量 ， 采 用 这 一方 法模 拟计 算 天然 气饱 和水 含量 与 常规 的插 图法 数据 基 本 一 致l 3 ] ， 但 数 据 更 为 精 确 。图 2是 不 同进站温度下原料气饱 和水含量变化 曲线 ， 可以看 出 随 着 进 站温 度 升 高 ， 原料 气 中饱 和水 含 量 急 剧增 ＼ 原料 气进站 温度 ／ ℃ 图2 不同进站温度下原料气饱和水含量曲线 Fi g ． 2 Cur v e o f s a t u r a t e d wat er c on t en t of f e ed ga s at dif f er en t t e mp er at ur e 有气 液分 离器 液相 流 量 为 零 ， 无 法将 饱 和水 进行 有 效分 离 。 1 ． 3水 合物 形成 温度 的模 拟 通过 模拟 计算 可 以得 到低 温分 离器 水合 物形成 温度 与原 料气 进站 温 度 、 处 理 量及 乙二 醇 加 注量 关 系 ， 分别如图 3 、 4 、 5所示 。由图 3 ～图 5可以看出， ＼ 蠼 口 恤 爱 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 原料气进站温度 ／ ℃ 图3 低温分离器水合物形成温度与原料气 进站温度关系曲线 F i g． 3 Re l a t ion be t wee n hy d r a t e f or ma t ion t emp e r a t u r e Of L T s e pa r a t or a nd f ee d gas t e mp er a t u r e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油与天然气化工 CHEMI CAL ENGI NEERI NG OF OI L ＆ GAS 随着 进站 温度 升 高 ， 低 温 分 离 器 水 合 物形 成 温度 显 著升 高 。 4 5℃时 为 一2 1℃ ， 而 6 5℃时 为 一1 O ． 8。C。 按照 油气 集输 规 范 要求 ， 油 气 集 输 温 度 必 须 比水合 物形 成 温度 高 3。C以上 l 4 ] ， 为避免 发 生冻堵 ， 必须适 当降低 处 理 量 、 提 高 乙二 醇 加 注 量 或 者 J T 阀 制冷 温度 ， 从 而使 液烃 产量 受 到影 响 。 2O o o 3 u 、{ o 4 o O O 5 0 o o 6 O O 0 7 0 OO 进站气处理量／ k g h - 1 图4 低温分离器水合物形成温度与原料气处理量关系曲线 F i g． 4 Relat i o n b e t we en hy d r a t e f o r mat i o n t empe r a t u r e o f L T s ep ar at or a n d f ee d g as f l o w ＼ 蜞 如 妥 霹 上 乙二醇加 注量／ k g h - 图5 低 温分离器水合物形成温度与 乙二醇加 注量 关系曲线 Fig． 5 Relat i on b etw e en h y dr at e f o r mat i on t emp er a t u r e of L T s ep ar at or an d e t h y l en e gl y c o l f low 表 1 不 同进 站温 度下的模拟计算结果 Ta bl e 1 Si mul a t i o n r es u l t s of d i ffer en t f ee d g as t emp er a t u r e 举 4 5 1 5 6． 9 5 0 1 97 55 245 ． 4 6 O 3O 2． 8 65 37 O． 5 2 1 ．1 1 8 ．6 1 5． 9 1 3． 3 1 0． 8 1 3 66 l 71 6 2 13 5 2 6 32 3 21 6 表 1列出了不同工况下的模拟计算结果 ， 6 5 C 时要 达 到设计 制 冷 温 度 一2 O C所 需 的 乙二 醇 加 注 量 为 3 2 1 6 k g ／ h ， 而设 计 乙二醇 加 注泵 排量 为 1 3 0 4 I ／ h ， 最 大排 量 8 0 ， 无 法 满 足 设 计 制 冷 温 度 一2 O ℃的要 求 ， 按 照 设计参 数 运行 必然 发生 冻堵 。 2 运行参数 优化 从 前 面计算 结 果可 以看 出 ， 在 现 有操 作条 件下 ， 为 避免 装置 发生 冻堵 ， 必 须适 当降低 处理量 、 提高 乙 二 醇加 注量 或制 冷温 度 。HYS YS软 件 添加 AD J调 节模块可以 自动计算装置处理量、 乙二醇加注量和 适宜制冷温度 ， 并进行实时参数优化 。通 过大量模 拟计 算 并与 实 际对 比 ， 制 定 了装置 适宜 操作 参 数表 ， 确定 了进站 温度 、 处 理量 、 乙二 醇加 注 量和 J T 阀制 冷 温度 最佳 匹配 关 系 ， 如 表 2所 示 。实施 后 装 置 再 未发 生 冻堵 ， 装 置总处 理 量提 高至 9 0 0 1 0 m。 ／ d 。 表 2不 同工况下 的装 置适 宜操作参数 Ta bl e 2 Ap pr op r iat e op er a t i o n p ar a me t er s u n d er di ffe r en t c on di t i o n s C 一 kg 一 h I 5 O 55 6 o 65 65 11 27 1 l 27 1 l 27 ll 27 9 85 34 9 28 O 22 6 1 8 5 22 8 2 O 2 O 2 O 2 O 18 1 7 l 8 1 8 l 8 l 5 3分水器技术 改造 3 ． 1分水 器 改造 的提 出 现 有 设 计 工艺 中 ， 段 塞 流 捕 集 器后 端 设 置 气 液 分 离器 ， 凝 析气 先经 段塞 流捕 集 器初 步分 离 ， 然后进 入 气液 分 离器再 一 次 分 离 ， 主要 目的是 防 止 原 料 气 中含蜡造成空冷器管束堵塞 ， 影响换热效率 。但对 凝 析气 来说 ， 根 据 相 似 相 溶 原 理 ， 经 初 步分 离 后 ， 蜡 主要 存在 于凝 析 油 中 ， 原料 气 基本不 含 蜡 ， 且 含 水全 部为 饱 和水 ， 在不 发生 温 降情 况下 ， 气液 分离 器 无法 将其分离， 这点从 HY S YS模拟计算时气液分离器 液相 出 口流 量一 直 为 零 ， 以及 实 际 运行 气 液 分离 器 液位一直没有发生任何 变化均 可以得到验证 ， 气液 分离 器 没有 达到设 计 预期 分离 效果 。 为 彻底 解决 进站 温度 超 高对装 置 处理 量 限制 问 题 ， 必须在原料气进脱水脱烃装置前将 其饱 和水含 量降低至设计值 ， 综合考虑各种因素 ， 提出了在空冷 器后新增分水器的建议并进行了模拟计算 。 6 8 n v 2 6 8 nu 2 4 6 一一 ＼ 如苌 要上 _ f 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 2卷 第 5期 谭 建华 等迪那 2气 田天然气处 理工 艺优 化研 究 4 8 5 进 图6 空冷器后新增分水器H Y S Y S 模型 Fi g ． 6 HYSYS mo de l of i n s t al led wa 把f s ep a r a t or a f t er a i r c oo l er 3 ． 2 分 水 器改 造 的模 拟计 算 空 冷 器后 新 增 分 水 器 的 改造 模 型 如 图 6所示 ， 模拟计算结果列 于表 3中。从 计算结果可以看出， 空冷 器新 增 分水 器 可 以将 天 然 气 含水 有 效 分 离 ， 确 保脱水脱烃装置按照设计参数运行。 表 3 空冷 器后新增分水器模 拟计 算结果 Table 3 Simu l at ion r es u l t s of ins t al l e d wat er s ep ar a t or a f t er ai r c o ol er 4效果评估 4 ． 1 彻 底解 决 迪那 2气 田进 站 温度 超设 计 问题 表 4列 出了不同阶段装置运行参数对 比， 可以 看 出分 水 器 改 造 后 ， 脱 水 脱 烃 装 置 达 到 4 0 0 1 0 m。 ／ d 、 一2 O℃的设 计 参数 ， 彻 底 解 决 了迪 那 2凝 析 气 田进 站温度 超 高 对处 理 量 限 制 问题 ， 气 田达 到 设 计产能 ， 并且通过参数优化 ， 提高了液化气和轻烃产 量 ， 降低了乙二醇损耗 ， 2 0 1 0年迪那 2增 产液化气 7 0 0 0 t ， 轻烃 9 0 0 0 t ， 折合消耗 乙二醇 0 ． 1 5 k g ／ l O m。 气 ， 低 于设 计 的 0 ． 2 5 k g ／ l O m。 气 。 表 4 不 同阶段装 置运行参数对 比 Ta b l e 4 Co mp a r i s o n o f o p e r a t io n p a r a me t e r s a t diff er e n t s t a g e s L V - 2 2 1 3 图7 高压凝析气标准气处理流程示意图 F i g． 7 St a nd ar d p r o ce s s f l o w f o r s t an d ar d ga s o f h i g h p r e s su r e c on d en s a t e ga s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油与天然气化工 CHEMI CAL ENGI NE ERI NG OF OI L GAS 4 ． 2建立 高压 凝析 气标 准气 处 理工 艺 通过迪那 2气 田天然气处理工艺的优化 ， 并结 合 实际 运行 经验 ， 提 出 了适 应 性 更 强 的 高 压凝 析气 标准气处理工艺 ， 如图 7所示。高压凝析气经段塞 流 捕集 器初 步分 离 后 ， 气 相 先 经 空 冷 器 冷 却再 去气 液 分 离 器 进 一 步 分 离 ， 然 后 经 注 乙 二 醇 、 预 冷 、 J T 阀节 流 制 冷 、 低 温分 离 、 冷 量 回收 之后 外 输 。其 中 ， 凝 析气 先空 冷再 分离 的 工艺在 塔 里木 乃至 全 国都是 一 个新 的突 破 ， 已经 成 为凝析 气 田标 准化 设计 。 5 结 论 通 过迪 那 2气 田天 然 气 处理 工 艺 的 优 化研 究 ， 取 得 以下认 识 1 随着 进 站 温 度 升 高 ， 原 料 气 饱 和水 含量 增 加 ， 空冷器前气液分离器无法将饱和水分离 ， 导致乙 二 醇加 注量 不 足 ， 脱 水脱 烃 装置 发生 冻堵 。 2 通过 HYS YS软 件 模 拟 计 算 ， 实 现 参 数 优 化 ， 并 提 出分 水 器 改 造 建 议 ， 将 天 然 气 含 水 有 效 分 离 ， 装 置达 到设 计处 理 能力 。 3 建 立 了凝 析气 先 空冷 再分 离 的标 准气 处 理 工 艺 ， 成为 凝析 气 田标 准化设 计 。 参 考 文 献 [ 1 ]坎贝尔 J M．天然气 预处 理与加 工[ M] ．北 京 石油工 业 出版 社 ， 1 9 9 1 ． [ 2 ]李士 富．油气 处理 工艺 及 计算 [ M] ．北 京 中 国石化 出 版社 ， 2 O 1 0 ． [ 3 ]李士伦．天然气工程 [ M] ． 2版．北京 石油工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ]中国石油天然气集团公司．GB 5 0 3 5 0 2 0 0 5油 田油气集输设计 规范I s ] ． 北京 中国计划 出版社 ， 2 0 0 5 ． 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 2 5 ； 修回日期 2 0 1 3 0 8 1 2 ； 编辑 康 莉 Ce d i g a z 全球 天然气存储 能力到 2 0 3 0年将上升 4 8 C e d i g a z 公 司于 2 0 1 3年 7月 1 5日发 布 第五 版 地下储 气库参考报告 ， 预 计全球 天然气存储 能力将 从 2 O 1 3年初 的 3 7 7 O1 0 r r l 。增 加 至 2 0 3 0年 初 的 5 5 7 0 ～6 3 1 0 1 0 m。 。这 期 间将 需要 持 续 的投 资 总计 1 2 0 0亿 欧元 。根 据 C e d i g a z的分 析 ， 存 储 占 全球 天 然气 需 求的 比例 将从 2 0 1 3年 的 1 1 ． 3 增 加 至 2 0 3 0年 的 1 1 ． 6 ～1 3 ． 1 。 新 的存 储 市场 亚洲 和 中 东 到 2 0 3 0年将 占新 增 能 力的 6 O 左 右 。预 期 强 劲 的增 长 ， 将 出现在 快 速发 展 的新 兴 天 然 气 市场 ， 尤其 是 中国。根 据 该报 告 ， 中国的 重点投 资将 是 创 建 大量 的存 储 能 力及 峰 值 产能 ， 以应对 不 断上 升 的 进 口及 不 断 增 长 的城 市 和 电 力需 求 。一 些 存 储 项 目主要 与 以 下 几 点 相 维 系 1 季节性和高峰的平衡 需求； 2 优化主要的长距 离输 气管道 ； 3 供 应 的安 全性 。 在 成 熟 市场 美 国、 欧 洲大部 分 和独联 体 ， 存储 能力 的增 长是 有 限的 ， 其 重 点是提 高峰 值 产 能 ， 而不 是存 储 数量 。在 开发 和 开 放 的 市 场 上 ， 燃 气行 业 已 经发生了巨大的变化， 除了其传统的运营功能外 ， 在 很 大 程度 上将 影 响存 储 活动 ， 存 储 活动 将 越 来 越 多 地 实施新 的功 能 。新 的存储 需求与 交 易活动 的发 展 相 维 系 ， 并且在 发 电领 域 ， 天 然气利 用将 作 为 间歇性 可再生能源的备份。这 两种趋 势有利 于灵活存储 盐穴 。 欧洲进 口依 存度 不 断增 加 ， 供 应 安 全 性 也 在 欧洲 成为额 外 存储 需 求的主要 驱 动 力 。 C e d i g a z 认 为 ， 来 自其 他 来源 灵活 性的 竞争 迫使 存储 行 业要 开发技 术 ， 以满足 市场 对其 性 能 、 灵 活性 和 经济 效率 的 需求 。近年 来 ， 趋势 是扩展 现 有 能 力 、 改进 效 率和 性能 ， 以及 开 发 有 更 大灵 活性 的 存储 能 力 特 大溶 洞 。 自 2 0 1 0年 以 来 ， 存 储 能 力 已增 加 超 过 3 5 0 1 0 I n 。 ， 主要 源 于 欧洲增 加近 1 4 0 1 0 m。 。 全球 建 设 中有 9 5个项 目， 将增加操作 能力 6 8 0 1 0 。m。 。 其 中大多数将在 2 0 2 0 ～2 0 2 5年 完成 。也有 1 4 1个 已确 定的 项 目处 于不 同的规 划 阶段 。如 果全 面 完成 这 些 项 目， 将会 再增 加 8 5 01 0 m。的操 作 能力 。 钱 伯 章 摘 自 OG J ，2 0 1 3 ． 7 ． 1 6 h t t p ／ ／ www． o g j ．c o rn／ a r t i c l e s ／ 2 0 1 3 ／ 0 7 ／ c e d i g a z g l o b a l ～ g a s s t o r a g e c a p a c i t y t o r i s e 一 4 8 一 b y 一 2 0 3 0 ． h t m1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m