天然氣液烴回收流程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭俊杰，劉海艇，夏瑞杰，魏清亮(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

某平臺(tái)投產(chǎn)至今，隨著油氣田開發(fā)生產(chǎn)，天然氣系統(tǒng)有大量的液烴從天然氣中析出。天然氣系統(tǒng)各洗滌器脫出的液烴排放至閉排罐，一方面造成閉排離心泵氣蝕不易建立壓力，轉(zhuǎn)液困難，同時(shí)氣蝕還引起離心泵振動(dòng)噪音大、過流部件破損、設(shè)備性能下降，嚴(yán)重影響設(shè)備正常運(yùn)行[1-2]；另一方面，液烴隨原油輸送至下游終端，給下游終端處理廠的生產(chǎn)帶來了極大的安全隱患。由于該平臺(tái)ODP 設(shè)計(jì)沒有液烴回收流程，無法對其合理利用。此外液烴重組分氣體隨高溫放空氣至火炬燃燒，造成火炬黑煙嚴(yán)重[3-4]，污染環(huán)境。

隨著某天然氣終端的建成投用，該平臺(tái)已成為天然氣集輸中心，平臺(tái)天然氣系統(tǒng)的液烴量已大幅增多。為了合理利用平臺(tái)液烴資源，實(shí)現(xiàn)最大化利用能源價(jià)值，實(shí)現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)效益，故設(shè)計(jì)天然氣系統(tǒng)液烴回收流程。平臺(tái)前后分兩期進(jìn)行施工，根據(jù)兩期改造流程運(yùn)行壓力的不同，平臺(tái)把一期流程改造定為低壓液烴回收流程，二期流程改造定為高壓液烴回收流程。

1 低壓液烴回收流程設(shè)計(jì)應(yīng)用

1.1 流程設(shè)計(jì)原則

(1) 設(shè)計(jì)充分利用目前平臺(tái)已有流程，減少液烴回收流程改造的工作量，降低改造成本。

(2) 設(shè)計(jì)要滿足功能要求，回收的液烴經(jīng)過流程處理后要滿足外輸含水的要求，處理流程要有實(shí)效。

(3) 設(shè)計(jì)要嚴(yán)格遵守安全方面的要求，應(yīng)設(shè)有安全保護(hù)裝置和監(jiān)測裝置。

(4) 設(shè)計(jì)后的流程實(shí)際操作起來要方便安全，盡量降低操作人員的工作量，消除潛在的安全隱患，同時(shí)滿足現(xiàn)場場地的要求。

1.2 流程設(shè)計(jì)方案

平臺(tái)利用現(xiàn)有流程和設(shè)備資源對低壓液烴回收流程進(jìn)行了改造，低壓液烴回收流程是一套以集液管為主體的液烴回收系統(tǒng)，平臺(tái)低壓液烴排放容器包括有：低壓壓縮機(jī)二級洗滌器(300 kPa)、低壓壓縮機(jī)三級洗滌器(500 kPa)、中壓壓縮機(jī)一級洗滌器和中壓壓縮機(jī)入口洗滌器(1 600 kPa)。

低壓液烴回收系統(tǒng)由三組集液管組成，每組集液管的壓力體系都不同，分別是A 系列(操作壓力為300 kPa)、B 系列(操作壓力為500 kPa)、C 系列(操作壓力為1 600 kPa)。每組集液管由兩個(gè)混合室與一個(gè)油室組成。液烴從集液管第一個(gè)混合室進(jìn)入，經(jīng)過沉降分離，油相從頂部連通管線溢流至第二個(gè)混合室，進(jìn)一步沉降分離后油相再進(jìn)入油室，集液管混合室底水需手動(dòng)排放至閉排。油室收集到的液烴通過高壓隔膜泵增壓后輸送至天然氣外輸海管。

1.3 應(yīng)用效果

低壓液烴回收流程的成功投用既解決了閉排高壓和液烴無法處理存在的安全隱患，也合理利用了液烴資源，為平臺(tái)節(jié)能減排作出了很大貢獻(xiàn)。但也發(fā)現(xiàn)自進(jìn)入冬季后，液烴轉(zhuǎn)運(yùn)隔膜泵腔內(nèi)膜片由于溫度較低，膜片變硬變脆，損壞頻率增大，檢修過程中耗費(fèi)了大量的人力物力。

2 高壓液烴回收流程設(shè)計(jì)應(yīng)用

為了高效回收平臺(tái)高壓天然氣系統(tǒng)液烴資源，又設(shè)計(jì)一套以集液橫管為主體的液烴回收系統(tǒng)，通過壓差式將液烴轉(zhuǎn)運(yùn)至天然氣海管，全面優(yōu)化平臺(tái)天然氣液烴回收流程。

2.1 流程設(shè)計(jì)方案

此次高壓液烴回收改造涉及的高壓天然氣設(shè)備包括有：三臺(tái)中壓壓縮機(jī)二級洗滌器(3 200 kPa)、高壓燃料氣洗滌器(3 200 kPa)、燃料氣聚結(jié)分離器(3 200 kPa)、高壓天然氣分離器(6 000 kPa)、天然氣過濾分離器(6 000 kPa)、三甘醇脫水塔(6 000 kPa)、段塞流捕集器 (6 000 kPa)，這次設(shè)計(jì)的高壓液烴回收系統(tǒng)流程簡圖如圖1 所示。

圖1 高壓液烴回收流程示意圖

本方案充分利用已改造低壓液烴回收流程的C 系統(tǒng)，此體系為1 600 kPa 壓力體系，各天然氣高壓設(shè)備排液管線經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流降壓后再進(jìn)入低壓液烴回收C 系統(tǒng)，經(jīng)過二級沉降后溢流至第三根集液管，含水達(dá)到外輸標(biāo)準(zhǔn)；第三根集液管的液烴通過U 型彎原理進(jìn)入新增20 米24 寸水平管線，作為儲(chǔ)集管，待液位集滿之后關(guān)閉氣相平衡閥和入口液相連通閥，打開儲(chǔ)集管頂部補(bǔ)壓管線增壓后，通過壓差向某天然氣終端海管進(jìn)行轉(zhuǎn)液，從而達(dá)到高壓液烴回收利用的目的。

2.2 可行性分析與優(yōu)勢

(1) 設(shè)計(jì)充分利用目前平臺(tái)已建成的低壓液烴回收流程C系統(tǒng)，將高壓液烴排放至C 系統(tǒng)存儲(chǔ)時(shí)不會(huì)由于壓降問題造成液烴C3以下組分揮發(fā)。

(2) 為了增大緩沖能力，并且考慮到將來液烴增多的情況，集液橫管用20 米長24 寸的管線來進(jìn)行存儲(chǔ)，現(xiàn)場場地也符合要求。

(3) 此次高壓液烴回收改造新增管線和閥門都用的是D 磅級，與天然氣高壓系統(tǒng)磅級一致，減少了磅級變級后可能導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(4) 各高壓容器液烴排放管線尺寸與ODP 原設(shè)計(jì)排放管線尺寸是一致的，消除了因液烴排放管線尺寸不夠影響容器處理效果和正常運(yùn)行。

(5) 集液橫管按照管道來設(shè)計(jì)，不設(shè)計(jì)成壓力容器，降低了改造成本，集液橫管的液位可以通過低壓液烴回收C 系統(tǒng)第三根立管上的液位計(jì)進(jìn)行觀察。

(6) 集液橫管的液烴通過升壓壓入到某天然氣終端海管內(nèi)，沒有設(shè)計(jì)液烴輸送泵，消除了用液烴輸送泵時(shí)膜片損壞和汽蝕導(dǎo)致轉(zhuǎn)不出液的情況，同時(shí)低壓液烴回收系統(tǒng)的高壓液烴泵出口也可以轉(zhuǎn)入到天然氣外輸海管中。

(7) 各個(gè)高壓天然氣設(shè)備向液烴C 系統(tǒng)正常排液，集液橫管的底部入口閥門和頂部平衡管線閥門均與液烴C 系統(tǒng)連通，利用U 型管原理，C 系統(tǒng)的液烴在達(dá)到一定液位后會(huì)進(jìn)入到相應(yīng)的集液橫管。

(8) 根據(jù)液烴C 系統(tǒng)第三根集液管液位計(jì)讀數(shù)，確定水平管集滿之后，關(guān)閉集液橫管入口閥門及平衡閥門，此時(shí)液烴C系統(tǒng)仍然有足夠空間繼續(xù)收液，然后對橫管補(bǔ)壓后通過壓差壓入天然氣海管。

(9) 當(dāng)轉(zhuǎn)液完畢后，對橫管泄壓至閉排，壓力達(dá)到要求后再緩慢打開橫管的入口閥門和平衡閥門，恢復(fù)液烴正?；厥樟鞒獭?/p>

2.3 應(yīng)用效果

高壓液烴回收系統(tǒng)的投運(yùn)，成功實(shí)現(xiàn)了高壓液烴的回收。該流程使用壓差的方式進(jìn)行液烴轉(zhuǎn)運(yùn)，不僅實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益又消除了使用高壓隔膜泵轉(zhuǎn)液時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 評價(jià)與建議

平臺(tái)高低壓液烴回收流程已投用多年，到目前該回收系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，每日回收液烴產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可觀。由于天然氣液烴的回收外輸，減少了火炬燃燒排放。同時(shí)從放空天然氣組分分析報(bào)告里可知丙烷含量為3.06%，低于臨界值6%，消除了火炬黑煙問題[5]，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)。綜上說明平臺(tái)液烴回收流程改造取得成效明顯。

為了進(jìn)一步優(yōu)化液烴回收流程的應(yīng)用效果，建議：(1) 由于液烴轉(zhuǎn)運(yùn)出口未安裝流量計(jì)，因此每次轉(zhuǎn)液時(shí)無法直觀判斷轉(zhuǎn)出流量，通過容積法計(jì)算轉(zhuǎn)液量難免存在誤差，因此建議在轉(zhuǎn)液總管上安裝合適的流量計(jì)；(2) 液烴溫度的降低有助于烴和水的分離，為了進(jìn)一步降低液烴含水率，可通過冷卻器降低液烴的溫度。