三相分离器在天然气处理厂的应用.pdf

第2 6 卷第6期 4 4 2 0 0 7年 l 2月 石 油化 工应 用 P E T R OC HEMI C AL I NOU S T RY AP P L I C A T I O N 三相分离器在天然气处理厂的应用 景军军， 江国旗 中国石油长庆油田分公司第二采气厂， 陕西榆林7 1 9 0 0 0 摘要 榆林气田经过几年的发展 ， 地面系统形成 了以“ 小站初步分离、 小压差大温降集中脱烃脱水、 含油含 甲醇污水集中处理” 三大工艺技术为主体的低温三级高效分离技术。其中三相分离器在天然气净化过程中起着举足轻重的作用。本文主要介绍三相 分离器的工作原理及在我厂的运行情况。 关键词 低温脱烃脱水； 三相分离； 结构； 原理； 应用 中图分类号 T E 6 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 5 2 8 5 2 0 0 7 0 6 0 0 4 4 0 6 1 天然气处理厂净化装置工艺简介 根据榆林气田工艺， 在管输过程中压力降低， 温度 降低会析出液体， 此时不能满足产品天然气 一 1 3 C 水 露点和烃露点要求， 需要进行天然气脱水脱油。2 0 0 5 年我厂新增了天然气净化装置； 天然气净化装置由两 套处理量分别为 3 0 01 0 m ／ d的脱油脱水装置 ； 两套 丙烷制冷循环装置； 一套处理量为 3 6 t ／ d的凝析油稳 定装置组成。见图1 。 图 1 天然气净化装置流程图 主要设备 气体过滤分离器、 板翅式换热器、 L D分 液器、 丙烷蒸发器、 三相分离器。 我厂采用的工艺为低温冷凝。低温冷凝法是在一 定的压力下， 将天然气冷却至较低的温度， 利用天然气 中各组分的挥发度不同； 使其部分组分冷凝为液体， 并 收稿 日期 2 0 0 71 0 2 0 经分离设备使之与天然气分离的过程。是天然气脱 水、 脱烃进行露点控制的主要方法。 主要工艺 原料天然气经定压、 计量进入过滤分离 器进行预处理； 除去天然气中的固体颗粒和携带的液 滴； 然后进入板式换热器与产品天然气换热， 经过换热 后天然气温度降至 一 l 5一一l 7 ℃左右 ； 再进人 L D分液 器分离， 脱液后的天然气进入丙烷蒸发器与低温丙烷 进行换热， 同时为了防止水化物的形成， 在换热器进口 线及本体和丙烷蒸发器入口处及本体注人甲醇。丙烷 由丙烷压缩机供给， 天然气经过丙烷蒸发器温度降至 一 2 3 一一 2 5 ℃后， 进入三相分离器对天然气、 凝析油、 含醇污水进行分离， 产品天然气经冷箱与原料气换热 后去配气站计量外输， 其中L D分液器分离出凝析液进 入三相分离器进行再分离， 从分离器分离出的含醇污 水进人污水处理装置； 凝析油进人凝析油稳定装置。 2 三相分离器的发展概况 从石油工业的发展过程来看， 分离技术是伴随石 油工业的发展而不断进步的。国内外分离技术主要集 中在重力分离、 离心分离和碰撞聚结分离三方面。在 2 0 世纪7 0 8 0 年代主要采用重力分离和碰撞聚结分 离。进人9 0年代后， 离心分离得到了快速发展。但是 重力分离和碰撞聚结分离 由于技术 比较成熟 ， 在 目前 维普资讯 景军军等 三相分离器在天然气处理厂的应用 4 5 图 2 我厂三相 分离器 的实际生产中仍然占主导地位。 在卧式重力分离设备方面， 最有代表性的是美国 的A P I 游离水分离， 其主要用于实现油、 水、 气的预分 离， 在工程中应用也最广泛 。目前 国际上流行 的是 在 1 9 7 8 年美国 C E n a t c o 公司游离水分离器的基础上， 开发出的 P e r f o r m a x填料式分离器。 而离心分离设备是在 2 O世纪 8 O年代才开始发 展， 进入9 O年代后才得到高速发展的。8 O 年代后发展 的旋流分离器， 其原理是物流以一定的速度沿切线方 向从侧面进人旋流器后， 按照旋流器的形状进行旋转 运动， 随着流体向底端运动， 逐渐缩小的直径增加了流 体的角速度和离心力， 在离心力的作用下发生相分离， 轻的颗粒或液体向圆柱的中心聚集并向旋流器的顶端 运动， 从顶端流出； 而重的颗粒和液体通过锥底流出。 据目前了解的资料， 离心分离设施可以分为水力旋流 器、 旋流分离器、 混合分离器， 液体分离器 4种。油水 分流水力旋流器以英国C O N O C O公司的V O R T O I L水 力旋流器最具有代表性。它具有结构简单， 体积小， 质 量轻、 没有运动部件， 分离效率高和处理时间短 仅为 几秒钟 等特点而得到很快的发展。离心式增加重力 可以大大提高相分离效率； 从而减小分离器的尺寸， 降 低设备投资。 3 三相分 离器应 用 经过一年多 的运行 ， 由于我厂按照公 司计划进行 天然气生产 ， 所 以三相分离器一直没有达到设计正常 负荷运行。在设计最小负荷运行的情况下完全可以按 照设计要求达到脱油脱水效果。见图 1 、 图2 ， 表 1 、 表 2 、 表 3 、 表 4 、 表 5 。 表 1 三相分离器运行参数 维普资讯 石油化工应用 2 0 0 7年 图3 小负荷运行时外输气温度、 水露点、 烃露点曲线图 图 4 1 、 2 三相分 离器 日产污水、 凝析油量曲线图 表2 三相分离器运行参数 维普资讯 景军军等三相分离器在天然气处理厂的应用 4 7 2 9 0 ． 1 3 5 7 2 ． 8 o 0 2 9 o ． 5 5 o 0 2 ． 9 0 o 2 9 o ． 3 4 o 0 2 ． 8 4 0 2 9 1 ． 1 l 2 2 2 ． 8 9 o 2 8 8 ． 1 l 0 3 2 ． 8 1 0 2 8 4 ． 8 8 4 8 2 ． 8 0 0 2 8 3 ． 9 8 3 4 2 ． 8 0 0 2 8 2 ． 9 1 4 4 2 ． 8 0 0 2 8 8 ． 5 5 9 6 2 ． 7 4 0 2 9 o ． 8 l 4 7 2 ． 8 9 o 2 9 0 ． 5 1 5 l 2 ． 9 2 l 2 9 3 ． 4 5 6 4 2 ． 6 8 2 2 9 3 ． 3 7 6 6 2 ． 7 3 l 2 9 3 ． 3 8 4 3 2 ． 6 5 4 2 9 2 ． 3 o 0 7 2 ． 6 0 2 2 8 8 ． 7 7 6 0 2 ． 6 8 5 2 8 1 ． 4 8 2 6 2 ． 6 6 2 2 8 2 ． 5 8 1 6 2 ． 9 2 0 2 8 3 ． 3 6 7 0 2 ． 4 0 0 2 8 1 ． 9 9 o 8 2 ． 6 0 o 2 8 2 ． 6 8 2 3 2 ． 3 8 0 2 6 o ． 2 7 7 0 2 ． 3 1 0 2 4 1 ． 8 8 3 2 2 ． 2 8 0 0 ． 7 40 4 ． 2 2 0 ． 7 2 0 4 ． 1 l 0 ． 7 2 0 4 ． 1 l 0 ． 7 6 o 4 ． 1 3 0 ． 7 6 o 4 ． 1 7 0 ． 7 5 0 4 ． o 9 0 ． 7 6 o 4 ． 1 2 0 ． 7 5 2 3 ． 9 0 0 ． 7 3 6 3 ． 9 6 0 ． 7 8 5 3 ． 9 9 0 ． 7 4 8 3 ． 9 2 0 ． 7 4 5 4 ． 0 7 0 ． 7 3 l 4 ． 0 8 0 ． 7 6 o 4 ． 0 8 0 ． 7 4 2 4 ． 1 8 0 ． 7 4 5 4 ． O 2 0 ． 7 o 6 4 ． 0 l 0 ． 7 8 4 4 ． 0 2 0 ． 7 3 l 4 ． 0 l 0 ． 7 4 8 4 ． 0 5 0 ． 7 2 0 4 ． 0 3 0 ． 5 3 0 3 ． 9 3 0 ． 3 8 0 3 ． 9 5 3 l 1 ． 1 2 2 l 3 ． 1 o 0 0 ． 8 2 0 4 ． 2 2 3 1 0 ． 2 3 0 0 3 ． 1 o 0 0 ． 7 6 o 4 ． 1 l 3 1 0 ． 3 1 O 0 3 ． 1 2 0 0 ． 7 6 o 4 ． 1 l 3 1 3 ． 2 3 4 3 3 ． 2 o 0 0 ． 8 0 0 4 ． 1 3 3 o 9 ． 1 l 2 6 3 ． O 9 o 0 ． 8 2 0 4 ． 1 7 3 0 5 ． 7 2 8 3 3 ． 0 0 O 0 ． 8 0 0 4 ． o 9 3 o 4 ． 8 6 6 l 3 ． 0 0 o 0 ． 8 2 0 4 ． 1 2 3 0 3 ． 6 7 3 l 3 ． o 7 0 0 ． 7 8 l 3 ． 9 o 3 0 5 ． 9 3 7 8 2 ． 9 8 l 0 ． 8 3 0 3 ． 9 6 3 0 8 ． 2 1 9 6 2 ． 9 6 0 0 ． 8 1 0 3 ． 9 9 3 o 6 ． 8 3 4 8 3 ． 0 5 l 0 ． 7 7 l 3 ． 9 2 3 l 1 ． 9 6 4 9 2 ． 8 9 4 0 ． 7 6 2 4 ． 0 7 3 l 1 ． 6 0 2 8 2 ． 7 8 l 0 ． 7 6 3 4 ． 0 8 3 2 1 ． 3 8 4 9 2 ． 8 6 4 0 ． J玎6 4 ． 0 8 3 1 0 ． 7 2 2 9 2 ． 7 5 6 0 ． 7 5 8 4 ． 1 4 3 1 0 ． 4 6 5 2 2 ． 9 40 0 ． 7 7 6 4 ． 0 2 3 0 2 ． J玎 3 8 2 ． 7 2 l 0 ． 7 3 6 4 ． 0 l 3 0 4 ． 1 3 7 6 2 ． 9 2 0 0 ． 7 8 4 4 ． 02 3 0 4 ． 8 3 5 0 2 ． 7 6 0 0 ． 7 5 8 4 ． 0 l 3 0 3 ． 2 1 5 2 2 ． 7 8 l 0 ． 7 6 2 4 ． 0 5 3 0 3 ． 5 5 2 5 2 ． 7 6 o 0 ． 7 6 o 4 ． 0 3 2 8 0 ． 9 2 9 8 2 ． 6 2 0 0 ． 6 8 l 3 ． 9 3 2 6 1 ． 9 8 0 l 2 ． 5 6 o 0 ． 5 7 0 3 ． 9 5 一 l 8 一 l 7 一 l 7 一 l 8 一 l 7 一 l 8 一 l 8 一 l 7 一 l 7 一 l 8 一l 8 一 l 7 一 l 7 一 l 7 一 l 8 一 l 7 一 l 7 一 l 7 一 l 8 一l 7 一 l 8 一 l 7 一 l 8 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 5 5 一d d d d d d 一 5 6 5 5 5 5 5 5 5 5 一d 一 5 一d 一 5 一d 一 5 5 ∞∞m H∞∞加 ∞∞ ∞ 跎鳃∞ 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 l 1_ 3 ∞∞m H∞∞∞ 嬲兜兜 ●兜∞ 3 3 3 3 3 3 3 3 3 d 3 l 1_ 3 勰●2 3 4 5 6 7 8 9 m n B H 。 “堪 加 3 3 3 3 3 3 3 3 3 维普资讯 4 8 石油化工应用 2 0 0 7年 从图3 、 图4可以看出 在小负荷运行的情况下， 当 处理量小的时候， 凝析油、 污水产量随之减小。天然气 的水露点； 烃露点都低于外输温度， 达到国家对外输天 然气的要求 。 这说明三相分离器在小负荷运行的情况下完全可 以达到设计要求。 我厂供气高峰期 l 、 2 三相分离器满负荷运行的 数据及曲线图。见图 5 。 图5 三相分离器设计 日处理量及实际日处理量曲线图 通过上面曲线可以看出 在两个月的供气高峰期器在满负荷运行的情况下也能满足脱油脱水要求。 1 三相分离器基本达到设计处理量； 2 三相分离器则 超过了设计处理量。从总的脱油脱水趋势可以看出 产汕产水量与 日产气量成正 比； 三相分离器初步设计 运行温度为 一 2 3～一 2 5 ℃， 在实际运行过程中， 实际温 度只达到 一1 6～一1 8 ％时就起到很好的分离作用 ； 外 输水露点； 烃露点均达到国家标准要求， 说明三相分离 5 经济效益 未建立天然气处理厂之前， 集气站工艺要求节流 后温度 ⋯ 8 1 8 C， 所 以需要站内注醇和节流前加热 温度要高。建立天然气处理厂之后。节流后温度提高 到 0～ 3 ℃， 这样就节约了大量甲醇和天然气的消耗。 维普资讯 景军军等 三相分离器在天然气处理厂的应用 4 9 图6 外输气温度、 水露点、 烃露点曲线图 图7 1 、 2 三相分离器日产污水、 凝析油量曲线图 1 ． 未建处理厂之前， 平均每个集气站仅仅站内注醇处理和脱油脱水的设计需求， 外输天然气也达到国家 消耗甲 醇量为1 ． 7 8 t ／ d ， 建立处理厂之后消耗甲醇量为要求。通过增加集中处理净化装置后， 我厂各集气站 0 ． 8 3 t／ d ， 全厂各集气站共节约 1 ． 7 8 0 ． 8 3 1 2 运行温度由原来的一 8一一 1 8 ℃提高到0 3 C， 注醇量 1 1 ． 4 U q ， 按市场价每吨甲醇3 2 0 0 元， 这样仅甲醇消耗方明显下降， 从而减小污水拉运、 处理回收成本； 大大减 面每年节约约3 2 0 0 1 1 ． 4 3 6 5 1 3 3 1 ． 5 2 0 0 万元， 而且少了加热炉对天然气的消耗； 同时也大大减轻了员工 没有计算甲醇运输过程所产生的费用。 的劳动强度。总之三相分离器在我厂天然气净化工艺 2 ．未建处理厂之前， 平均每个集气站加热炉消耗中的应用非常成功。 天然气1 0 3 3 m 。 ／ d ； 建立天然气处理厂后平均每个集 气站加热炉消耗天然气9 1 8 m 。 ／ d ； 全厂集气站每天节 约天然气 1 0 3 39 1 8 1 21 3 8 0 m 。 。每方天然气 按0 ． 8 元计算， 每年节约 0 ． 8 x 1 3 8 0 x 3 6 5 4 0 ． 2 9 6 0 万元 。 6 结论 从一年多的运行情况看 我厂所采用的两套三相 分离器净化装置在任何运行情况下均可以满足天然气 参考文献 [ 1 ] 李莲明， 等． 榆林气田小压差大温降分离3 - - 艺技术[ G] ． 2 0 0 3 ． 1 2 ． [ 2 ] 林存瑛． 天然气矿场集输 [ M] ． 北京 石油工业出版社， 1 9 9 7 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