相國寺儲氣庫除油器運行效果分析

李雪源，雷 達，冷海默，禹貴成，劉真志，尹 浩

(中石油西南油氣田分公司儲氣庫管理處 重慶 401121)

0 引 言

相國寺儲氣庫功能定位為中衛(wèi)至貴陽季節(jié)調(diào)峰、事故應急、戰(zhàn)略應急供氣及川渝地區(qū)季節(jié)調(diào)峰、事故應急供氣。儲氣庫壓縮機主要作用于注氣和應急大氣量采氣，在壓縮機后端出口天然氣中，夾帶著的潤滑油蒸汽，注入地下會污染地層，降低其滲透率，造成注入壓力逐漸增高，為減少地層污染必須將這些油蒸汽脫除[1]。為確保除油效果，需要對除油器進行運行效果檢驗分析，并做好除油器監(jiān)控管理，以確保儲氣庫安全平穩(wěn)運行。

1 基本情況介紹

1.1 相國寺儲氣庫除油器運行現(xiàn)狀

相國寺儲氣庫共有8臺4 000 kW的電驅(qū)往復式壓縮機，注氣規(guī)模為81～1380×104m3/d，運行壓力13.2～28 MPa，后置除油器為加拿大PROPAK產(chǎn)品，尺寸Φ457 mmID×2 921 mm；使用設計溫度不超過70 ℃；設計壓力35 945 kPa。運行時間由9 413～13 528 h不等。單個除油器日處理量達160～190×104m3/d，每臺壓縮機組日耗油量44 L，而在生產(chǎn)運行期間排污量與潤滑油消耗量存在很大的差值，經(jīng)過估算從2013年投運至今大約46噸潤滑油進入下游管網(wǎng)和注采井。又因注氣流程中無“清管器收發(fā)裝置”等清理管線內(nèi)污物的設備和條件，如長期以往必將對地層的滲透率，井筒輸送能力，脫水工藝和注氣管網(wǎng)的輸送效率造成影響。現(xiàn)已在集注站注氣球閥和注采站井口裝置中發(fā)現(xiàn)大量潤滑油。

1.2 除油器工作原理

由圖1、圖2可知，壓縮天然氣從除油器罐體中部進入，內(nèi)進外出經(jīng)過6組過濾濾芯后，從上方孔排出。過濾濾芯濾層材料為聚酯纖維，在氣體流動穿過過程中將0.1 μm的極小油霧聚結成較大油珠，沉降到下部筒體，由排污閥排出。

圖1 除油器結構示意圖

圖2 除油器內(nèi)部過濾濾芯固定位置

2 除油器運行效果分析

2.1 除油效果監(jiān)測評估

進除油器前端天然氣中潤滑油含量的濃度一般在每立方米二十毫克以下，由于天然氣組成成分復雜，無法通過直接測定的方法來定量檢測，需要預先對天然氣進行油分取樣，隨后對油分樣本使用紅外分光光度法等方法進行計算，從而得到天然氣的油含量[2]。

為了更精確檢測現(xiàn)場天然氣含油量，保證取樣安全有效，采用兩級減壓后進行天然氣取樣，實時記錄取樣管線流速及流量，同時為避免管壁內(nèi)依附的潤滑油進入取樣管線影響取樣準確性，取樣管應插入管道中部；取樣管下方安裝進氣開關、一級減壓閥、二級減壓閥、放空閥、取樣濾膜與流量計。在除油器出口管道以同樣方式安裝取樣實驗裝置。

除油器前端減壓取樣實驗方案如圖3所示，經(jīng)過壓縮機組增壓后的高壓天然氣進入主管道，主管道出口端與除油器連接，取樣管安裝于主管道中部,如圖4所示。

在除油器前后兩端以相同方式安裝油分取樣裝置并同時采集，使用相同方法測定并對比除油器前后端高壓天然氣的油含量，以此來評估除油器的除油效果。圖5是除油器前后端取樣點安裝圖。

圖3 減壓取樣實驗方案

圖4 取樣管取樣位置(管道中部)

圖5 除油器前后端取樣點

根據(jù)上述測試流程，相關測試在下述工況條件下進行檢測，表1為檢測工況，表2為檢測結果。圖6為除油器進出口含油檢測結果對比圖。

表1 除油器含油檢測工況統(tǒng)計表

表2 除油器含油檢測結果統(tǒng)計表

注：1 ppm=0.001‰

圖6 除油器進出口含油檢測結果對比圖

從上述中可以得出：除油器在該測試工況運行條件下，除油器除油效率較低，通過除油器后的壓縮天然氣含油量較高，最小值為7.7 ppm，最高值為12.1 ppm，遠超除油器技術協(xié)議規(guī)定的4 ppm，檢測結果表明除油器出口端含油量超設計指標2～3倍。相國寺儲氣庫單臺壓縮機組每天消耗潤滑油44 L，增壓處理氣量160×104m3，通過計算每方天然氣含油量為12.0 ppm，與檢測結果比較接近，檢測結果可靠。

2.2 原因分析

2.2.1 除油器濾芯表觀濾速分析

現(xiàn)除油器內(nèi)部僅設置一級除油濾芯，濾芯總內(nèi)表面積約為1.4 m2，聚結濾芯表觀濾速約為0.078 2 m/s。超過標準表觀濾速最大值0.06 m/s，從而造成濾芯聚結功能降低，過濾效果不能達到設計指標，超高表觀濾速還會將濾芯下部集油帶出，形成二次夾帶。

2.2.2 濾芯過濾效果分析

2017年單臺除油器日處理氣量為190×104m3/d，7月初在對各個除油器內(nèi)部檢查中發(fā)現(xiàn)，濾芯外層濾網(wǎng)破損，如圖7所示。除油器內(nèi)部光滑無雜質(zhì)，不存在因雜質(zhì)引起濾芯破損。2014～2016年除油器日處理氣量較低時，濾芯外層濾網(wǎng)無損壞。

圖7 濾芯外層濾網(wǎng)破損

7月20日，對4號機組和7號機組部分未損壞的濾芯進行離線密封面檢測，端面密封情況如圖8、圖9所示。在濾芯端面未發(fā)現(xiàn)串漏現(xiàn)象，在濾芯裝卸過程中也未發(fā)現(xiàn)松動跡象。

圖8 4號機組端面密封情況

圖9 7號機組端面密封情況

綜合上述情況分析：濾芯外層濾網(wǎng)破損是因為除油器處理量大，天然氣流速過快，造成濾芯上部外層濾網(wǎng)沖破損壞；除油器濾芯端面密封效果完好。

3 結論及建議

通過對設備運行狀態(tài)和效果分析，得出以下結論及建議：

1)除油器運行效果不能滿足設計要求的主要原因是過濾濾芯表觀濾速過高導致除油效果不佳，聚結功能差。

2)建議開展濾芯國產(chǎn)化試驗研究，研制新型濾芯，用不同尺寸、材料進行實驗分析。在濾芯固定位置添加扶正器，避免因密封不嚴短路情況。

3)建議在集注站注氣管線前端或者注采站撬裝上加裝除油器，提升除油效率。

4)建議對除油器內(nèi)部結構優(yōu)化，在進氣口設置導氣預濾結構，使氣流均勻分布減緩速率。