学兔兔学兔兔 石 油 与 天 然 气 化 工 第44卷 第5期 CHEMICAL ENGINEERING OF OIL& GAS 三甘醇脱水装置运行普遍的问题分析及处理对策 李旭成 郑小林 肖军 郑 榕 杜诚 中国石油西南油气田公司川西北气矿 摘 要 在脱水装置的实际操作运行中发现，过高的地层水矿化度及化排剂不正确使用常常导致装 置出现运行故障甚至停车，影响生产的正常运行。主要论述了三甘醇脱水装置在运行过程中发生故障 的表现形式及普遍的问题，深入分析了出现一些明显的异常问题的原因并提出对应的处理对策及预防的方法，对三甘醇脱水 装置的稳定生产运行拥有非常良好的借鉴意义。 关键词 三甘醇 脱水 问题分析 处理对策 中图分类号：TE644 文献标志码：B DoI：10．3969／i．issn．1007—3426．2O15．05．004 Analysis and treatment measures on common operation problems of TEG dehydration device Li Xucheng，Zheng Xiaolin，Xiao Jun，Zheng Rong，Du Cheng (Northwestern Sichuan Gas D~trict，PetroChina Southwest 0 z& Gasfield Company。Jiangyou 621709，China) Abstract：The exorbitant salinity of formation water and the improper use of chemicals often have a severe effect on the operation of TEG dehydration unit．This paper mainly discussed the common problems and influencing factors of TEG dehydration unit，deeply analyzed the reasons of the device operation，put forward corresponding treatment and preventive measures，which might provide refer— ence for the steady operation of TEG dehydration equipment． Key words：triethyleneglycol，dehydration，problems analysis，treatment measures 近年来，随着天然气的开发慢慢的受到人们的重 开发区块地层水矿化度较高、过多使用化排剂等因素， 视，在天然气长输过程中，对天然气气质提出了更高的 造成循环管路发生堵塞和腐蚀，进而导致装置运行出 要求。若天然气中的饱和水含量过高，不仅会降低管 现故障，对集气站及气井的正常生产均造成一定的影 线输送能力，同时，由于输送压力和旁边的环境的变化， 响 。 形成的水合物和酸性物质还会对管道产生腐蚀，甚至 l 脱水装置工艺原理及工艺流程 造成用户燃气加热炉燃烧器熄火，存在严重的安全隐 患。因此，在外输天然气之前对其进行脱水显得很 1．1 工艺原理 必要 ]。 TEG是一种无色无臭有吸湿性的黏稠液体，其分 三甘醇(以下简称 TEG)天然气脱水装置因具有 子式为C H 0 ，物理特性如表1所示。TEG具有吸 吸湿性高、容易再生、占地面积小、设备布置紧凑、易于 水性强、高温条件下容易再生的特点，常用于天然气脱 搬迁安装、操作无需借助外力等优点，在国内得到普遍 水 。TEG脱水为物理过程，吸收了天然气中饱和水 应用_3 ]。然而，在实际运行过程中，该装置常常由于 蒸气的TEG富液进入重沸器后，在高温条件下蒸发 作者简介：李旭成(1989一)，男，四川中江人，2014年6月毕业于西南石油大学油气田开发专业，工学硕士，现任职于中国石油 西南油气田公司川西北气矿，主要是做现场采气工程工作。E—mail：．cn 学兔兔学兔兔 18 李旭成 等 三甘醇脱水装置运行普遍的问题分析及处理对策 表1 TEG物理特性 2 运行普遍的问题分析及处理对策 Table 1 Physical properties of TEG TEG脱水装置主要运行故障多出现在TEG再生 循环过程中，通过现场调研，归纳出各部件发生故障的 主要表现形式，如表2所示，其问题大多分布在在管路堵 塞、TEG发泡变质、TEG过度损耗以及U形管出现腐 水蒸气，又可得到质量分数大于98 的贫液Ⅲ。 蚀等方面。 1．2 脱水工艺流程 对常规TEG脱水而言，其工艺流程可分为 3部 表2 脱水装置故障 Table 2 Malfunctions of dehydration unit 分 引，如图1所示。 故障位置 表现形式 吸收塔 撇 脯 硼 大 出现大量盐结晶，泡罩升气管堵塞，影响气流通过率， 塔盘 塔壁变薄 闪蒸罐 蒺 节阀堵塞液位及压力快速流失’液位、压力 G 过滤器 显TE ~液三级过滤器差压持续高位，开启旁路无明 变化 液位计 计无法正常显示’拆除后发现其筒体内有盐结晶 U形管外壁依附有大量盐结晶体，部分出现腐蚀穿 图1 常规TEG脱水装置工艺流程图 重沸器 孔；汽提柱溢流孔发生盐结晶堵塞，重沸器、缓冲罐持 Figure 1 Process flow of conventional TEG dehydration unit 续处于低液位 (1)天然气脱水：经过滤分离器初分离后的天然 变送器 霉 嘉 大量盐结晶，数据传导失真，自动程控 气含饱和水，由吸收塔底部进入，在塔中与TEG贫液 板式换热器蓑斧萋 度超 板式换热器 进行逆流接触，天然气中的水蒸气被 TEG贫液吸收 后，从吸收塔顶部输出，并与进塔的TEG贫液进行换 精馏柱 警筌蓥 盅 量盐结晶堵塞通道，精馏柱温度偏高 热后外输 ]。 循环泵 泵压大幅度波动，功率下降，内部阀组磨损严重 (2)TEG再生：在吸收塔中与天然气接触后的 TEG管线各气动调节阀存在盐结晶堵塞，造成阀门 TEG富液从塔底流出，通过精馏柱一次换热后进入闪 气动调节阀 调节开度出现偏差；阀开关度失真，造成吸收塔液位 超高或超低报警 蒸罐，闪蒸出溶液中溶解的烃类组分后经过三级过滤 器过滤，过滤后的富液依次通过板式换热器、缓冲罐与 2．1 TEG循环管路盐结晶堵塞 TEG贫液进行热交换，最后经过富液精馏柱进入重沸 在TEG再生循环过程中，保持循环管路通畅尤 器进行提浓再生。此时，TEG富液变为贫液，提浓后 为重要，通过调研口 ]发现，某些脱水装置在运行一段 的贫液经过重沸器气提柱溢流口依次反向进入缓冲 时间后，会出现循环管路堵塞问题，尤其是在某些地层 罐、板式换热器进行换热，再通过 TEG循环泵增压进 入干气／贫液换热器与脱水干气进行换热后进入脱水 水矿化度较高(12 000 mg／L)的气田中。其原因在 塔顶部，完成TEG的循环再生过程_I。。。 于当分离器初次分离不彻底时，部分地层水会随着天 (3)辅助系统：最重要的包含从吸收塔出口外输气管 然气被带入脱水装置中，该部分地层水在与TEG接 线上引出的燃料气流程以及进行气动控制的仪表风系 触后进入 TEG循环系统，其中高矿化度地层水中的 统。 盐类(CaC1 、NaCI、MgC1 等)逐渐累积，并与TEG接 学兔兔学兔兔 石 油 与 天 然 气 化 工 第 44卷 第 5期 CHEMICAL ENGINEERING OF OIL& GAS 19 触后成为富含盐分的富液。随着该富液进入TEG再 溶液变质n 。 生系统，温度逐渐升高，富液中的水分虽然得以蒸发， 2．3 TEG溶液损耗 但富液中的盐分却不能随再生气蒸发出再生系统，仍 理论而言，处理1 m。天然气只需消耗 1．5 mg 残留在 TEG的贫液中，最终在贫液循环降温的过程 TEG。但通过现场分析发现，部分脱水站运行一段时 中析出盐结晶(结晶醇)，长时问累积后，就会逐渐造成 间后，其TEG消耗量明显地增加，分析其原因见下： 循环系统中各部位出现盐结晶堵塞故障，对循环泵的 (1)进入吸收塔的天然气流速过高，压差过大，高 运转产生磨损，进而影响其正常运行。通过现场实际 速流动的天然气会携带一部分TEG进人外输管道， 分析，部分采用化排生产的基本工艺的单井来气中混有大量 造成TEG损耗口 。 化排剂泡沫，是影响分离器分离效果的重要的因素。而 (2)吸收塔底部分离段积液较多，当积液超过 在循环管路中易发生堵塞的位置大多分布在在气提 TEG富液出口位置时，大量含水量超标的TEG富液 柱、精馏柱、板式换热器及气动调节阀阀座内，在脱水 进入精馏柱，使得精馏柱内突然产生大量水蒸气，高 装置的运行过程中需加强对上述部位的检查。 温、高流速蒸汽携带精馏柱内TEG富液进入灼烧炉 2．2 TEG溶液发泡及变质 燃烧，从烟囱喷出大量黑烟，造成TEG的浪费及环境 通过对装置排污阀定期排污，发现TEG溶液有 污染。 时会出现发泡变质的现象。当溶液颜色呈较深的黑褐 (3)换热后的TEG贫液人塔温度仍高于60℃， 色，并混有H S与芳香味混杂的难闻气味时，表明其 增大了TEG损失。 物化性质已发生改变，此时，脱水后的天然气水露点将 (4)装置在运行一段时间后，阀门等设备密封出 很难达到外输要求口 。通过一系列分析发现，出现这一现象 现问题，造成TEG漏失损耗。 的根本原因可能如下： 2．4 重沸器U形加热管发生腐蚀 (1)由于进入吸收塔之前的原料气气液分离效果 部分脱水装置在运行一段时间后，重沸器 U形加 不好，且吸收塔排液不及时，造成 TEG吸收塔液泛， 热管穿孔发生腐蚀，其原因与堵塞发泡现象类似，均因 大量液态水与TEG溶液混合，使其发泡乳化。 原料气中混有工艺井修井后残留的酸液等物质进入 (2)采用化排排水采气工艺生产的单井来气中， TEG再生系统和地层水矿化度过高，出现的盐结晶 会夹杂部分化排剂残留物。同时，在闪蒸分离过程中， 逐渐沉积，对U形管造成腐蚀。 若分离不彻底也会残留部分液态烃物质，这些化学物 3 处理解决措施 质与TEG溶液混合后会对其造成化学污染，从而发 生变质。 3．1 TEG循环管路盐结晶堵塞的处理解决措施 (3)由于燃料气分离器的分离效果不太理想，使 解决盐结晶堵塞问题的重点是控制进入脱水装 得TEG再生系统使用的气提气中会携带液态烃和其 置前天然气中高矿化度游离水的含量，其主要处理措 他杂质，这些杂质进入 TEG再生系统后，也会引起 施如下： TEG发泡变质l1 。 (1)尽可能降低单井来气温度，定期监测分离器 (4)部分原料气中的酸性物质(修井、洗井、酸化 疏水阀运行工况和来气中的泡沫含量，加强单井来气 压裂作业时注入气井内的酸液残留物)未分离干净，进 的就地分离工作。 入脱水装置，造成TEG贫液pH值过高。同时，含硫 (2)在单井到脱水站的输气支线上加装大型积液 天然气中的HzS溶解在TEG溶液中，生成无机酸酯， 包或分水器，加强输气支线的排水频率。 导致 TEG发生变质。 (3)在条件允许的情况下，可在输气支线)当重沸器温度过高时，持续高温会使得TEG 收发球装置，定期对管线进行清管作业，进一步将管道 发生热降解，发生脱水缩合反应，生成乙二醇、二甘醇、 中的水拦阻在脱水装置外。 甘醇同系物等有机杂质，混入TEG溶液中，因此导致 (4)合理控制进出站压差，避免压力波动造成输 学兔兔学兔兔 2O 李旭成 等 三甘醇脱水装置运行普遍的问题分析及处理对策 气管内积液大量突进，预防因段塞流而造成的液泛。 液位、定时排液，防止液位过高导致TEG富液含水量 3．2 TEG溶液发泡及变质的处理解决措施 超标；严控TEG贫液的进塔温度，防止温度过高 针对TEG发泡变质这一问题，其控制的关键在 造成TEG损失。除此之外，应定期对脱水装置进行 检维修，确保设备完好，杜绝因设备问题导致的TEG 于原料气洁净度，尤其是对含硫井以及采用化排工艺 “跑、冒、漏、滴”。 生产的单井来气的处理。其主要处理解决措施包括： (1)加强进入脱水塔前的原料气的预处理，在条 3．4 防止重沸器U形加热管腐蚀的措施 件允许的情况下，在进入分离器之前再加装一套消泡 防止重沸器U形加热管腐蚀的措施最重要的包含： 效果更为理想的固体消泡装置口 ，使进站原料气通过 (1)控制监测 TEG溶液 pH值，通过定期调节 二次消泡，进一步减少其中混有的泡沫，增强分离器的 TEG溶液pH值，降低溶液的腐蚀性。 分离效果，以减少进入脱水装置中原料气所混有的泡 (2)定期检测TEG中氯化钠含量，避免TEG系 排剂化学成分和水蒸气。目前，在川I北九龙山气田的 统出现盐结晶现象。若发现盘管和U形管出现腐蚀 集输气站中，新观脱水站已在分离器前加装了一套固 穿孔，需立即停运装置，更换腐蚀穿孔部件。 体消泡装置(见图2)，对原料气中的泡沫进行二次消 4 结论及建议 泡处理。该装置占地面积小，日常操作维护简便。在 (1)在脱水装置运行过程中，产生的问题主要包 经过二次处理后发现，原料气中泡沫大量减少，原料气 括管路堵塞、TEG发泡变质、TEG过度损耗及重沸器 洁净度有显著提高。 U形管腐蚀。 (2)定期清洗塔盘，检查捕雾网是否破损。 (2)在脱水站运行过程中，加强对脱水前原料气 (3)若发现TEG发泡严重，可以适当考虑加注三 的预处理特别的重要，对于含硫气井来气，应加强对原料 辛基焙酸脂和焙酸三丁脂，有效抑制TEG的发泡倾 气中酸性物质的分离，严控酸性物质进入脱水装 向。 置的量；对于采用化排生产的基本工艺的气井来气，若发现消 (4)严控重沸器运行温度在204℃以内，避 泡效果不好，在条件允许的情况下，可在原料气进入分 免TEG因超温发生降解变质。 离器前加装1套消泡装置进行二次消泡，以减少进入 (5)严格对吸收塔运行参数进行监测，控制进入 脱水装置的高矿化度游离水和机械杂质的含量。 吸收塔的天然气流速，杜绝脱水塔超负荷运行。 (3)在脱水装置运行过程中，应对运行参数进行 (6)定期检测TEG的pH值，必要时加入三乙醇 严格的监测和控制，定时检测监控 TEG溶液的氯化 胺，严控TEG溶液pH值在7～7．5之间rj 。 钠含量和pH值，以确保装置的稳定运行。 阀 (4)定期对脱水装置进行停运检修，回收TEG， 用清水循环加热清洗整个 TEG循环系统，消除设备 装 运行中也许会出现的隐患。 参 考 文 献 [1]金忠臣，杨川东，张守良，等．采气工程[M]．北京：石油工业出版 社 ，2004， 排污口 [2]金祥哲，张宁生，吴新民，等．污染物对三甘醇脱水性和发泡性影 图2 立式固体消泡装置结构示意图 响的研究[J]．天然气工业，2005，25(10)：97—98． Figure 2 Structure of vertical solid defoaming device [3]李明，温冬云．新型板式换热器在三甘醇脱水装置中的应用[J]． 石油与天然气化工，2004，33(6)：419-423． 3．3 降低TEG溶液损耗的措施 [4]罗国民．三甘醇脱水在高酸性气田集输站中的应用分析[J]．石油 与天然气化工，2Ol3，42(6)：57卜577． 在脱水装置运行过程中，为减少不必要的TEG [5]李龙，田建峰，张耀刚．撬装天然气脱水装置运行中普遍的问题分析 损耗，需时刻监测脱水装置的运作状况，控制其进气速 及对策[J]．石油化学工业应用，2007，26(3)：40—42． 度、TEG循环泵泵速等参数。注意检查吸收塔分离段 (下转第27页) 学兔兔学兔兔 石 油 与 天 然 气 化 工 第 44卷 第 5期 CHEMICAL ENGINEERING OF OIL＆GAS 27 高溶液进塔温度，溶液发泡现象有所减缓，差压液位有 供热方式，增设了气气换热器、贫液增压泵、贫液过滤 回升趋势。故控制进装置压力及脱硫反应温度对溶液 器及安全可靠的自控仪表系统等，选用了新型原料气 发泡现象有所改进L8]。 过滤分离器，溶液再生系统全部采取不锈钢材质，投运 4．2．2 闪蒸气初期无法正常投运且带液较多 1年多以来，解决了脱硫塔发泡严重、MDEA循环泵 装置投产初期闪蒸气投运后，燃料气罐持续超压， 频繁刺漏、机械过滤器过液不畅等一系列运行难题，装 闪蒸气无法正常投运，必须将闪蒸气放空，造成资源浪 置整体运作情况良好，全年溶液消耗、动力支出均控制 费。打开燃料气罐去酸气焚烧支路阀门，将闪蒸气供 在指标范围内，外输商品气气质指标满足GB 17820— 给尾气焚烧炉做燃料气，使闪蒸气量与消耗量达到平 2012天然气》中规定的二类气气质要求。 衡，调整后燃料气罐投运正常。 参 考 文 献 此外，脱水单元重沸器初期运行不稳定，存在频繁 [1]王剑，喻泽汉，罗斌，等．阿姆河第一天然气处理厂投产运行评价 熄火现象。其根本原因是闪蒸气带水严重，通过加强 [J]．石油与天然气化工．2011，40(增刊1)：18—21． 燃料气罐及燃料气管线的排水，并在燃料气罐出口增 [2]夏勇，钟伟，张超，等．天然气脱硫脱碳装置优化改造运行效果分 析[J3．石油与天然气化工，2013，42(4)：353—360． 设捕雾网，情况有所改善，为完全解决该问题，将于 [33邱斌，颜萍，李婷婷．綦江分厂天然气净化装置运行总结与问题探 2015年增加1套干燥设备。 讨[J3．石油与天然气化工，2014，43(1)：24—28． 4．2．3 脱硫闪蒸塔增设中压远控放空 [41王遇冬．天然气处理原理与工艺[M]．北京：中国石化出版社， 设计脱硫闪蒸塔放空管线阀门为手动开关，在生 2O11． 产运行过程中，当装置出现不正常的情况时，闪蒸气量波动 [5]王世建，冉文付，陈奉华．天然气净化装置低负荷运行节能措施探 讨[J]．石油与天然气化工，2013，42(5)：447—456． 较大，需及时进行放空，但需要现场操作人员手动开关 IS]李明，温冬云．新型板式换热器在三甘醇脱水装置中的应用EJ]． 阀门，工作量较大，且应急响应时问过长，并存在一定 石油与天然气化工，2004，33(6)：419-423． 的安全风

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