油田伴生氣脫水工藝改造

大慶油田采油九廠

油田伴生氣脫水工藝改造

王春芳大慶油田采油九廠

循環換熱工藝構想是充分利用現有干燥設備，增加1套換熱器，從而實現降溫處理和升溫外輸。使用循環換熱工藝可達到以下效果：將冷源或熱源產生的溫差進一步擴大，將四合一設備分離出來的高溫天然氣有效降溫，從而提高天然氣的干燥效果，消除因使用合一設備帶來的不利影響。通過工藝計算分析認為，循環換熱工藝有效解決了伴生氣進入加熱爐前析出液問題，該工藝在伴生氣處理上是可行的。

合一設備；循環換熱；伴生氣；干燥

1 工藝技術現狀

為充分利用天然氣資源，大慶油田采油九廠大多數站場均采用油田伴生氣作為油田燃料氣，然而伴生氣中輕烴和水分含量較高，直接用于燃燒效果不理想，容易出現局部溫度過高及燃燒不完全等現象，因此油田伴生氣在使用前都設有除油和干燥流程。

首先，除油器對分離器分出的油田伴生氣進一步分離，將油田氣中的大顆粒液滴及輕油分離出來，以凈化天然氣；其次，天然氣除油后需進一步除去其中多余水分。目前采油九廠伴生氣主要有光桿干燥器和自冷閃結氣水分離器兩種，集氣站則采用三甘醇脫水裝置。

合一設備的推廣應用，簡化了站內工藝流程，但由于摻水或外輸需求，合一設備（三合一、四合一）內介質溫度較高，使分離出的伴生氣溫度較高，攜帶輕烴和水蒸氣量較大。當氣體進入除油器和干燥器后，由于溫度過高，輕烴和水蒸氣依然為氣相，不能形成小液滴而沉降分離出來，以致除油、干燥效果不佳，影響燃燒效果；同時，處理后的天然氣經過一定長度的管線到達加熱爐，由于沿程溫度降低，不斷有輕烴和水分析出，需要定期采用排水器防水，以防冬季出現凍堵。

天然氣干燥的方式較多，當同時要去除氣體中的水分和輕烴的時候，低溫法是最直接、最有效的一種。因此，開展了采用循環換熱工藝以改善油田伴生氣脫水效果的構想。

圖1 循環換熱工藝改造構想

2 總體思路

循環換熱工藝是充分利用現有干燥設備，增加1套換熱器，利用除油器和干燥氣的自然散熱產生的溫差（ΔT1=t2-t3）及經換熱器前后循環產生的較大溫差（ΔT2=t1-t3），從而實現降溫處理和升溫外輸。循環換熱工藝改造構想見圖1。其過程是讓伴生氣進行換熱，從而降低處理前伴生氣溫度t2，而來氣溫度t1的降低必然導致處理后氣體溫度t3的進一步降低，處理后氣體溫度t3的降低又導致來氣溫度t1的又一次降低，直到各處溫度達到平衡。

3 可行性分析

假設整個過程絕熱，ΔT1=t2-t3固定不變，換熱器效率為100%，那么經過換熱器換熱后的待處理氣體溫度可以無限降低。而實際上由于t2的降低，處理設備與周圍環境的溫差變小，而且交換的熱量也相應減小，也就是ΔT1=t2-t3在不斷減小，換熱器也不可能實現完全換熱，這樣必然會出現一個平衡點，使各點溫度趨于平衡，而在平衡狀態下的待處理氣體溫度t2決定了本構想的處理效果。結合生產實際情況，可以進行模擬計算，從而預測本構想的可行性。

由于凝液量相對于濕氣質量來說量很小，對溫度的影響相對較低，因此為了便于計算，凝液帶走的熱量不進入計算范疇，而把處理設備的散熱(to)看成是一個與周圍空氣形成的一個換熱器B進行計算。已知t1=70℃，t0=30℃，換熱器A效率為80%，在未加裝換熱器A之前，t2=t1=70℃，t3=t4=40℃。

3.1 平均溫差的計算

式中ΔT冷為冷端溫差，對于換熱器A來說，ΔT冷=t2-t3，對于換熱器B來說，ΔT冷=t3-t0；ΔT熱為熱端溫差，對于換熱器A來說，ΔT熱=t1-t4，對于換熱器B來說，ΔT熱=t2-t0。

一些高效的換熱器，如翹板式換熱器，在換熱器平均溫差大于0.5℃時，即可進行有效換熱，因此對于新增的換熱器取ΔT=0.5℃，可得到

換熱器A

換熱器B

3.2 傳熱量的計算

式中Q為換熱器熱負荷（kJ/h）；K為換熱器傳熱系數（kJ/（m2·h·℃））；F為換熱器傳熱面積（m2）；ΔT為換熱器平均溫差（℃）。

式（4）中Q既是換熱器熱負荷，也是天然氣換熱降溫所失去的熱量。

式中Q為天然氣降溫失去的熱量（kJ/h）；Cp為天然氣定壓比熱容（kJ/（kg·℃））；G為質量流速（kg/h）；ΔT′為天然氣換熱前后溫差（℃）。

對于換熱器B來說，在增加換熱器A前

在增加換熱器A后

由（7）、（8）可得

對于換熱器A來說

即

由式（2）、（9）、（10）求解得可見，循環換熱工藝可將四合一設備分離出來的70℃天然氣降至35℃進行干燥處理，可提高天然氣的干燥效果，處理后天然氣經熱交換后溫度升至61℃，有效解決了伴生氣進入加熱爐前析出液問題，該工藝在伴生氣處理上是可行的。

4 認識及技術延伸

通過計算驗證，使用循環換熱工藝可達到以下效果：①循環換熱工藝可將冷源或熱源產生的溫差進一步擴大，而不增加能源消耗，該工藝在伴生氣處理上是可行的；②可將四合一設備分離出來的高溫天然氣有效降溫，從而將提高天然氣的干燥效果，消除了因使用合一設備帶來的不利影響；③在環境溫度降低的情況下，除油器和干燥氣的自然散熱產生的溫差加大，從而使換熱后的溫度更低，更有助于提高天然氣的干燥效果；④處理后天然氣經復熱后外輸，在輸送至加熱設備前，即使溫度再一次降低，只要溫度不低于處理溫度，管線中不會再有液體析出，有效解決了伴生氣進入加熱爐前析出液問題；⑤在有冷源或熱源的情況下，就可采用循環換熱工藝來進一步擴大溫差，該工藝也可應用于天然氣深度處理、原油加熱改質等方面。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.037