1、2022 年 第 12 期 化学工程与装备 2022 年 12 月 Chemical Engineering&Equipment 105 含硫气田地面集输工艺含硫气田地面集输工艺 王凤英（大庆油田设计院有限公司，黑龙江 大庆 163000）摘摘 要要：含硫气田具有强腐蚀、强毒性、易冻堵和硫沉积等特点，尤其是随着国家安全环保力度的加大，要求集输工艺过程做到安全、可靠、绿色、高效。本文对含硫气田集输工艺相关技术进行系统的分析和探讨，为含硫气田的开发建设提供一定的借鉴和指导。关键词：关键词：含硫气田；集输工艺；安全可靠；开发建设 随着含硫气田的开发建设，地面集输工艺技术也在不断发展和完善。含硫气田集
2、输工艺技术主要包括：原料气的输送、水合物的防止、缓蚀剂加注、天然气脱水和硫沉积及预防等主要工艺技术环节。1 1 原料气的输送原料气的输送 原料气的输送存在气液混输和气液分输两种方式：气液分输是在井场设气液分离器，气井采出物分离为气相和液相，气相采用管道输送，液相可另设管道输送，也可采用罐车拉运至气田污水处理厂集中处理。气液混输在井场不设气液分离器，管道系统中产生的水和凝液，由天然气直接夹带至下游站场，需要进行定期清管。同时湿气混输系统应进行段塞流分析，末站分离器应能够承受段塞流的冲击。两种输送方式的选择，需要根据区块井位部署、管道设计参数，经工况分析计算得出。例如：某气田区块部署气井6 口，采
3、用多井集气工艺，利用 HYSYS 对管道气液混输工况进行模拟计算。在正常配产情况下，管道持液量均较低，最大不超过 2.5m3，不会形成段塞流。在清管工况下，管道末点排液量略高于管道持液量，不会形成大的段塞流，不会对下游生产设施造成影响。若采用气液分输需在单井设置一台气液分离器、气田水罐，另设液体输送管道或拉运设施，投资远高于气液混输，生产运行管理投入的人力物力较高。因此，该区块单井至集气站管道适合采用气液混输方式。2 2 水合物的防止水合物的防止 天然气中硫化氢的存在将加速水合物的形成，显著提高水合物形成温度，且硫化氢含量越高、井口压力越高，水合物形成温度越高。2.1 井场水合物的防治 为了防
4、止高压天然气在节流和输送过程中形成水合物，采取防止水合物形成的措施，通常有加热和注醇两种方法。加热法即根据井口节流方式，在井口节流阀后对井口流体进行加热、节流至输送压力，保证原料气管输后进站温度高于水合物形成温度 35。注醇方法是向天然气中注醇，降低气体的露点防止水合物生成。图图 1 1 不同压力的水合物形成温度（国内某含硫气田）不同压力的水合物形成温度（国内某含硫气田）通常情况下，井口不采取任何措施直接节流，仅靠加注甲醇防冻的方式，甲醇消耗量大，运行费用较高。某区块部署气井 7 口，产气量 300104m3/d，初期开井压力 60MPa，经计算，井口装置不采取措施直接节流，节流后温度低至-7
5、.3，注醇量预计为 0.15m3/104m3，每年防冻剂消耗量为15000 m3。经对比，注醇工艺的投资+5 年运费现值远远高于加热工艺。表表 1 1 防冻工艺方案对比表防冻工艺方案对比表 项目名称 加热工艺 注醇工艺 工程量 1、加热炉 7 套 2、燃料气管道 26.02km 加注橇 7 套 年消耗量 燃料气消耗量 474104m3/a 防冻剂消耗量 15000 m3/a 投资+5 年运行费用现值 3068 万元 27185 万元 DOI:10.19566/35-1285/tq.2022.12.051106 王凤英：含硫气田地面集输工艺 目前大部分气田井场采用燃气式水套加热炉实现对原料气进行
6、加热，达到防止水合物形成的目的。水套加热炉在常压运行，炉内水为循环使用，被加热介质受热充分且均匀，加热曲线平缓，出口处物料质量较高，其加热效率高、使用寿命长、维护简便等优良特性使其成为油气集输过程中首选加热设备。2.2 集输管道水合物的防治 在投产初期，地面井筒内天然气温度几乎与外界环境温度相同，而井口天然气压力较高，从理论上讲，井筒里一段长度内的气体及节流阀后的气体已进入水合物形成区域。为防止井筒内天然气生成水合物，通过向井筒内注入醇抑制剂，同时利用加热炉提供的热量，可解决井口节流阀与高压调节阀形成冻堵问题。在工程中一般在井口及分离器出口管道上设置水合物抑制剂加注口，在开井低温工况下可使用药
7、剂加注橇加注醇抑制剂防止形成水合物。图图 2 2 井场工艺流程示意图井场工艺流程示意图 3 3 缓蚀剂加注缓蚀剂加注 含硫气田地面集输系统内可能产生的腐蚀有电化学腐蚀、硫化物应力开裂（SSC）以及氢诱发裂纹（HIC）。目前SSC、HIC 主要通过选材和制作工艺来解决，电化学腐蚀主要通过加注缓蚀剂来解决。缓蚀剂加注主要有连续加注、预涂膜+连续加注缓蚀剂、批量加注等方式。3.1 井口缓蚀剂加注 站内井口缓蚀剂加注系统设置在二级节流阀之后，主要功能是保护站内设备和管线，采用连续式加注缓蚀剂工艺，即将缓蚀剂以雾状喷入管道内，使缓蚀剂雾滴均匀分散在气流中，并吸附在管道、设备内壁，起到防腐效果。3.2 集
8、输管线缓蚀剂加注 线路上采用连续加注缓蚀剂和缓蚀剂预膜相结合的方式，防止线路腐蚀，并根据投产之后的实际运行情况，合理的调整缓蚀剂加注方案。在采气管线和集气干线投入运行以前，需要在管线的内壁涂抹一层缓蚀剂，尽量防止酸性天然气与管线的直接接触，使管线在一开始时就得到充分的保护。由于地形等因素的影响，处于低凹部位的管线内部可能积液，导致该处的腐蚀加剧，因此，需要定期采取清管措施来清除积液，然后再利用清管发送装置推动清管器及缓蚀剂对管线内管壁进行成膜处理，保证管线内壁始终被缓蚀剂膜所覆盖，利用发送装置与出站截断阀之间的管线作为缓蚀剂注入空间。图图 3 3 管线缓蚀剂加注示意图管线缓蚀剂加注示意图 王凤
9、英：含硫气田地面集输工艺 107 4 4 天然气脱水工艺天然气脱水工艺 对含硫湿气进行脱水处理，是解决腐蚀以及水合物的有效方法，尤其是需要长距离输送的工况。目前天然气脱水工艺主要有低温分离、固体吸附和溶剂吸收三类方法。4.1 低温法 低温法也称冷凝分离法，目前多用于含有重烃的天然气同时脱烃脱水，使其水、烃露点符合商品天然气质量指标，即通常所谓的天然气露点控制，常用的有冷剂制冷脱水、JT阀制冷脱水。该方法主要用于中、深冷及浅冷工艺，充分回收天然气混烃，适用于气质较富的天然气。4.2 固体吸附 固体吸附法是利用干燥剂大的内表面积，使气体中的极性水分子被干燥剂内孔吸附而从天然气中除去的方法。常用的干
10、燥剂有分子筛、硅胶等。该类方法中分子筛脱水应用最广泛，技术成熟可靠，脱水后干气含水量可低至 1ppm，露点低至-100。这类方法适用于深度脱水，不仅可以满足管输对天然气的露点要求，而且适应下游深冷法回收液化石油气和轻油的轻烃回收装置的要求，当制冷温度更低时，还可以回收乙烷。4.3 溶剂吸收 溶剂吸收法是利用脱水剂的良好吸水性能，通过在吸收塔内进行气液传质脱除天然气中的水分。脱水剂中甘醇类化合物应用最为广泛，其中尤以三甘醇(TEG)作吸收剂最佳，该方法是目前天然气工业中普遍采用的脱水方法。采用三甘醇脱水后的干天然气水露点可低于-5，可以满足管输对天然气的水露点要求，工艺成熟可靠。根据含硫气田原料
11、气性质，可采用的脱水工艺有 JT 阀制冷、三甘醇脱水、分子筛脱水三种工艺，各种脱水对比见表 3。表表 2 2 脱水工脱水工艺方案比较艺方案比较 脱水工艺 三甘醇脱水法 JT 阀+乙二醇脱水法 分子筛脱水法 优点 1、投资及运行费用低 2、操作温度下溶剂稳定，吸湿性高，露点降高；3、容易再生成 99%(w)以上的浓度；4、蒸气压低，气相携带损失小 1、操作简单；2、投资及运行费用较低；3、气量变化适应性较好；4、技术成熟、装置安全可靠 1、脱水后干气中水含量可低于 1ppm，水露点可低至-100；2、对进料气体温度、压力、流量变化不敏感；3、无严重腐蚀方面的问题 缺点 1、存在轻质油时，会有一定
12、程度的发泡倾向，需加入消泡剂；1、设备较多，占地面积稍大；2、其设备投资和操作费用较高；3、外输压力低，需要增压，消耗大；1、其设备投资和操作费用高；2、气体压降大；3、吸附剂易破碎；4、再生耗热量高；5、再生气气量较大，压力较低；6、不能脱除天然气中含有的重烃 7、原料气中重烃含量高时，分子筛易受污染，寿命缩短 5 5 硫沉积及预防硫沉积及预防 硫沉积一般发生在压力、温度急剧变化的地方，如：井口高压调节阀后、气液分离器排污管线、过滤器、脱水装置以及采集输管道，造成设备和管道的堵塞和腐蚀，存在较大的安全隐患。目前硫沉积的处理方法主要有化学反应法、加热溶化法和溶剂溶解法。化学反应法是指向硫沉积的
13、气井或管道加入可以和硫反应的物质，反应物分散或溶解后被气流带出，美国菲利浦斯石油公司和佩特罗莱脱(Petrolite)公司曾进行此方面的研究；加热熔化法是用蒸汽循环、热溶剂循环方法，工业上应用较少；溶剂溶解法应用物理、化学溶剂将单质硫溶解，并随气流进入下游站场进行分离、回收，其中化学溶剂溶解能力较强，在工业上应用最多的是注入硫溶剂。但针对已形成的硫沉积进行处理的相关措施仍无法避免硫沉积形成的危害，有专家提出，采用适当的清管操作可避免元素硫大量析出，另外通过合理设计降压设备、选用合适阀门结构、采用多级节流以及优选三甘醇脱水等改进工艺措施来预防硫沉积。参考文献参考文献 1 赵平.川东北高含硫气田集输工艺设计与优化J.广州石化,2014(8):141-143.2 张仁勇,杜磊,等.酸性气田集输管道缓蚀剂预膜技术J.全面腐蚀控制,2015(4):83-86.3 刘明,王毅.高含硫气田集输管线腐蚀因素分析,管道技术与设备J.2011(4).4 毕新忠,赵华,等.高含硫气田集输系统安全控制技术研究J.林业劳动安全,2015(1):21-25.5 蒋洪,张哲.高含硫气田集输系统硫的沉积及预防J.油气田地面工程,2012(8):1-3.