1、ISSN 1008-9446CN13-1265/TE承 德 石 油 高 等 专 科 学 校 学 报Journal of Chengde Petroleum College第 25 卷第 1 期，2023 年 2 月Vol 25，No 1，Feb 2023大牛地气田处理站三股流换热器堵塞原因分析及治理对策范进争(中石化华北油气分公司石油工程技术研究院，河南郑州450006)摘要:大牛地气田处理站三股流换热器频繁堵塞影响了站场的正常运行。针对换热器堵塞原因开展溯源，分析表明:来气净化不充分，杂质伴随天然气进入换热器狭窄导致了换热器堵塞。以三股流换热器为研究对象，现场应用了五种措施进行防堵解堵，应用
2、结果表明:优化过滤器和增加预分离措施并未提高天然气净化效果;吹扫、清洗换热器不能从根本上解决换热器堵塞问题;更换换热器类型可以有效解决装置堵塞问题。关键词:换热器堵塞;吹扫解堵;压差;含硫中图分类号:TE977文献标志码:B文章编号:1008-9446(2023)01-0013-04Cause Analysis and Countermeasures of Three-streamHeat Exchanger Blocking in Daniudi Gas PlantFAN Jin-zheng(esearch Institute of Petroleum Engineering，Sinopec
3、 North China Oil Gas Branch，Zhengzhou 450006，Henan，China)Abstract:Frequent blocking of three-flow heat exchanger has affected the normal operation of Dani-udi Gas Plant Studies are made to explore the causes of blocking，and the analysis shows that theimpurity following natural gas enters the heat ex
4、changer and leads to poor behavior of filter separatorTaking three-flow heat exchanger as the research object，five measures are applied to prevent and re-lieve the blockage Application results show that:Optimizing the filter and adding preseparationmeasures can t improve the purification effect of n
5、atural gas，purging and cleaning can t fundamen-tally solve the problem of heat exchanger blockage，while changing the type of heat exchanger can ef-fectively solve the blocking problemKey words:heat exchanger blocking;purging to relieve blockage;differential pressure;sulfur-con-taining基金项目:国家科技重大专项(低
6、丰度致密低渗油气藏开发关键技术):2016ZX05048收稿日期:2021-12-07第一作者简介:范进争(1986-)，男，河南孟州人，助理研究员，硕士，从事气田集输技术管理工作，E-mail:fan-jinzheng2007163 com。大牛地气田天然气处理站是集天然气脱水、液化石油气和轻烃回收、天然气增压外输为一体的综合性站场。2017 年 6 月大牛地气田对处理站上游集输干线进行清管作业过程中，处理站内三列三股流换热器突然发生堵塞，造成脱水脱烃装置紧急停车。进入 2018 年以来，三股流换热器堵塞次数增多，且堵塞周期变短，严重影响了处理站的正常生产运行。通过对反吹出的杂质进行化验分析
7、，初步确定了杂质来源，并提出了对应的治理措施。1概况1 1低温分离工艺流程大牛地气田天然气处理站脱水单元采用丙烷制冷工艺对天然气进行深度脱水。低温分离工艺流程DOI:10.13377/ki.jcpc.2023.01.009承德石油高等专科学校学报2023 年第 25 卷第 1 期见图 1。进入脱水脱烃装置的干线来气首先注入水合物抑制剂甲醇，再进入天然气三股流换热器，回收轻油吸收塔顶气相和塔底液相的冷量，对原料气进行预冷，随后原料气经丙烷蒸发器冷却至 25，然后再进入轻油吸收塔进行分离。低温分离后的天然气通过天然气三股流换热器复热到 5 15 后，进入增压单元压缩机入口。轻油吸收塔分离出的凝液(
8、25)经过三股流换热器换热至 5 0，然后进入凝液分离器，分离出的油相去分馏装置进行轻烃回收，水相去污水储罐，气相经过尾气压缩机增压后返回脱水脱烃装置原料气进口。三股流换热器为板翅式换热器，内部流体通道由封条、隔板、翅片组成，见图 2。热相通道 82 层，冷相通道 60层，凝液通道 25 层。翅片采用平直型带孔翅片，保证流体均匀分布。换热器内部三相层层交错，通过隔板进行热量交换。板翅式换热器具有比表面积大、换热效率高、占地少、压能损失小等优点，可最大程度利用半成品气和低温凝液的冷量对干线来气进行预冷，从而可以降低丙烷压缩机制冷能耗。同时由于复杂的内部结构，导致其抗堵塞能力差，对腐蚀介质适应性差
9、。1 2换热器堵塞情况2017 年 6 月，在对上游三条输气干线进行清管作业过程中，处理站三股流换热器突然出现堵塞，原料气进出换热器压差急剧升高，并超过设计最大值 100 kPa，造成处理站脱水脱烃装置紧急停车。随后通过氮气反吹扫方式对换热器进行解堵，处理站恢复生产。2018 年5 月以来，三股流换热器频繁堵塞(原料气通道压差从30 kPa 升至540 kPa)，截至目前已停产治理49 次，平均23 天进行一次解堵作业。2021 年上半年，解堵4 次，平均37 天一次。三股流换热器压差变化情况见图 3。41范进争:大牛地气田处理站三股流换热器堵塞原因分析及治理对策1 3堵塞影响1)增大上游管网
10、压力。处理站脱水脱烃单元进出站压差由 0 07 MPa 增加到 0 54 MPa，导致上游集气站压缩机报警停机。2)换热效率下降。三股流换热器效率 1 由 92%降至 71%。造成脱水系统制冷温度上升约 0 84，影响轻烃回收 0 73 t/d。3)作业费用高。堵塞后换热器吹扫解堵作业49 次，共影响副产品回收5 777 t。氮气吹扫施工及材料费用约 500 万元。4)安全风险大。吹扫解堵工作量较大，涉及直接作业环节，作业安全风险大。2堵塞原因分析2 1堵塞物来源对三股流换热器吹扫出来的杂质送检化验，杂质的主要成分为 FeS 和 FeCO3，化验结果见表 1。根据化验结果，分析堵塞物来源如下:
11、1)2018 年以来，大牛地气田大部分集气站进入了单站增压开采阶段，井口压力降低，天然气中饱和水含量增加，而集气站脱水深度不足导致天然气在通过管网输送过程中会产生游离水2。2)根据近期处理站进口气样分析报告可知，原料气中 CO2平均体积分数由 1 28%上升至 2 16%，见表 2。经计算 CO2分压约0 06 MPa(当分压大于 0 021 MPa 时就可能发生腐蚀)，在现有的湿气输送环境中更容易产生 CO2腐蚀，产生固体腐蚀物3。3)2018 年 7 月后，气田含硫气井开井数由 6 口逐步增加到 18 口。含硫气井逐步开发，在采气过程中可能对井筒、采气管道造成腐蚀，形成一些腐蚀物4。表 1
12、换热器吹扫出杂质化验分析结果成分质量分数/%实验仪器FeS41 9Fe2O311 7FeCO344 1扫描电镜-能谱仪，XDCaO1 1MnO1 2表 2送检气样二氧化碳含量样日期样品信息气体体积分数/%取样位置样品编号二氧化碳2018-08-06处理站2018T04591 3562018-12-04处理站181100011 432019-01-08处理站190100031 0382019-02-19处理站YS190200021 3292019-03-11处理站YS190300092 1852019-04-12处理站YS190400172 2292019-05-11处理站YS190500022
13、 1492019-06-07处理站YS190600082 0882 2堵塞原因分析2 2 1中游集输系统处理效率低是造成三股流换热器堵塞的必要条件处理站现有过滤分离器存在滤芯和过滤分离器端口密封不严的问题，不能完全过滤分离固体杂质，51承德石油高等专科学校学报2023 年第 25 卷第 1 期导致杂质突破最后一道拦截防线进入三股流换热器。上游集输干线清管间隔周期长，集输管网内聚集的杂质增多，随天然气带入三股流换热器内部的杂质增多，加剧了换热器堵塞频率。2 2 2三股流换热器的自身结构是造成堵塞的必然结果三股流换热器主换热翅片过流通道为 1 5 mm 1 5 mm，过流通道较小(要求杂质颗粒小于
14、 5 m)，在油相环境下，易发生堵塞，为主要堵塞区域。3治理对策及实施效果3 1优化过滤分离器针对滤芯端头处密封不严的问题，改造滤芯密封圈，加强滤芯端头密封。处理站过滤分离器更换滤芯频次由以往的半年 1 次调整为根据实际情况进行随时更换。2020 年上半年滤芯更换 3 次，较正常增加 2 次，费用增加 7 8 万。滤芯更换前后三股流换热器压差上涨速率无明显变化，未能有效解决三股流换热器前端分离器过滤效果差的问题。3 2吹扫解堵20202021 年开展吹扫解堵作业5 25 次，711 管线吹扫 6 次，影响副产品产量 3 098 t。平均维持天数 23 d。吹扫后基础压差平均为 241 kPa，
15、呈上升趋势，效果逐渐变差。3 3增加预分离设施在处理站过滤分离器之前增设 1 台重力分离器(2 600 10 400 mm)，对集输干线来气进行预分离，除去游离水及绝大部分固体杂质，同时可用于清管积液的捕集和缓存。分离器设入口分离挡板、TP板、捕雾丝网，可分离出 5 m 以上液滴。改造完成后，三股流换热器压差上涨速率为 2 85 kPa/d，与改造前相比，速率下降 3 05 kPa/d;新增重力分离器每天产液约 3 5 m3。凝液含有较多固体杂质，起到了一定的分离液固杂质的效果。3 4清洗作业2019 年采取两次化学药剂清洗，主要是在三股流换热器内部加注含螯合组分的化学药剂，与翅片内的附着杂质
16、进行化学反应，清洗后效果未达到预期的目的。3 5更换换热器2021-08-01 2021-08-08 开展三股流换热器施工改造工作，将第一列板翅式换热器更换为绕管式换热器，目前运行差压 82 94、201 77、190 29 kPa，较改造前分别下降 462、373、358 kPa。换热器效率82%，较改造前提高 11 个百分点。4建议为控制换热器进出口压差，提出以下建议:1)站场内分离器选用机械强度高、耐油、耐腐蚀的滤芯及过滤网，并及时更换。2)加强对集气干线的清管作业。3)建议针对全湿气输送条件下，气质变化以及含硫气井开发可能造成的腐蚀风险进行分析，并开展管道内壁腐蚀检测与分析。参考文献:1 秦正龙，陈国建 换热器热效率的表达和应用 J 化工时刊，2016，30(7):13-16 2 高飞，王玉斌 换热器检修工序及质量控制 J 聚酯工业，2020(5):62-64 3 贾逸群，刘人铜，李施放，等 油气管道二氧化碳腐蚀研究 J 云南化工，2019，46(2):177-178 4 孟玲玉 浅析 CO2腐蚀和 H2S 腐蚀的影响因素 J 云南化工，2018，45(7):84-86 5 陶