基于 TRIZ理论对降低天然气脱水橇三甘醇损耗量探究

基于 TRIZ理论对降低天然气脱水橇三甘醇损耗量探究

杨玲 1，孟亚莉 2，潘柯辰 3

1.未央湖长庆油田第一采气厂，西安 750006； 2.长庆油田分公司第二采油厂员工培训站，甘肃 庆阳 744100； 3.西京学院，西安 710123

Research on Reducing TEG Loss of Natural Gas Dehydration Skid Based on TRIZ Theory

YANG Ling1, MEGN Ya-li2, PAN Ke-chen3

(The First Gas Production Plant of Weiyang Lake Changqing Oilfield, Xi’an 750006; 2.Staff Training Station of the Second Oil Production Plant of Changqing Oilfield Branch, Qingyang 744100; 3. Xijing University, Xi’an 710123)

摘要：脱水撬是集气站天然气生产中的重要设备，其运行状况直接影响集气站外输天然气露点。目前靖边气田主要采用从美国、加拿大引进的天然气脱水撬用于集气站的深度脱水，脱水撬可有效脱除天然气中的大部分水份，防止管道内壁腐蚀，提高管线输送效率。但是，随着气井压力降低、原料气气质、地层水水质的增加，部分脱水撬出现了三甘醇循环管路结晶盐堵塞及翻塔等问题，造成三甘醇大量损失，增大了天然气的开采成本，并给生产组织带来一定困难。

The dehydration skid is an important equipment in the production of natural gas in the gas gathering station, and its operation status directly affects the dew point of the natural gas transported outside the gas gathering station. At present, the Jingbian Gas Field mainly uses natural gas dehydration skids imported from the United States and Canada for the deep dehydration of gas gathering stations. The dehydration skids can effectively remove most of the water in the natural gas, prevent corrosion of pipeline inner walls, and improve pipeline transmission efficiency. However, with the decrease of gas well pressure, the quality of raw material gas and the increase of formation water and water quality, some problems such as the blockage of crystal salt in the triethylene glycol circulation pipeline and the tower turning appeared in some dehydration skids, which caused a large amount of losses of triethylene glycol, increased the cost of natural gas extraction, and brought certain difficulties to the production organization.

关键词：脱水橇；输送效率；结晶盐；翻塔

dewatering skid; conveying efficiency; crystallization salt; tower turning

TE644

1 问题的提出

1.1 待解决问题背景

从地下开采的天然气一般都携带一定量水分，天然气的水露点值都高于规定的指标（低于沿途环境温度5~15℃）。如果携带水分的天然气在高压或低温时，就会有液相水凝结。液相水对处理装置以及输气管线有如下危害：①限制管线内天然气流速，降低输气量；②与CO2、H2S等酸性组分混合生成具有腐蚀性的酸；③与小分子气体及混合物在高压或0℃以上生成水合物。因此集气站在输送前必须对天然气脱水处理。

随着开采规模的不断扩大，由于原料气气质及地层水水质等方面变化的原因，逐渐暴露出个别脱水撬结晶盐堵塞三甘醇循环管路及翻塔等问题，造成脱水撬三甘醇大量损。

1.2 发明问题初始形势分析

1.2.1 当前系统的功能及组成

（1）吸收塔采用板式泡罩塔，塔体设计压力为8.0MPa，设计温度为-29～65℃，内设8层塔盘，每层塔盘有均匀分布的泡罩，泡罩的作用是使天然气在塔盘上分成细小的气流并与三甘醇充分接触。每层有降液管，三甘醇通过降液管进入下层塔盘。塔顶有捕雾丝网，防止天然气将三甘醇从吸收塔顶部带入外输管线，塔底设有三甘醇贫液与分离液换热盘管，防止冬季分离液结冰，同时也可降低三甘醇贫液进入吸收塔的温度。

（2）闪蒸罐操作压力为0.28-0.62MPa，主要用于分离三甘醇富液中的液态烃和气态烃，溶液在罐内停留时间为10min。闪蒸出的气态烃通过顶部Fisher630R调压后，进入放空火炬。闪蒸罐设有三甘醇液位控制回路，由2680-268T液位控制器构成。三甘醇富液在罐内通过液位控制器保持一定的液位，从闪蒸罐底部流出进入过滤器。

1.2.2 当前系统的工作原理

三甘醇在脱水撬内具体工作流程为：湿天然气经集气站两相分离器分离后，在温度为15～25℃，压力5.00MPa左右的条件下进入吸收塔底部，进行再次气液分离。然后自下而上与由塔顶进入的贫三甘醇逆流接触，天然气中部分饱和水被三甘醇吸收，脱水后的天然气与塔顶贫液盘管即进塔前贫液进行换热后进入外输。三甘醇富液从吸收塔流出后，经三甘醇泵，在富液精馏柱顶部换热后进入闪蒸罐，在闪蒸罐内闪蒸出溶解在溶液中的烃类，闪蒸后的三甘醇进入缓冲罐内与贫液再次换热，然后进入滤布过滤器和活性炭过滤器，过滤掉溶液中的杂质和降解产物，过滤后的三甘醇进入富液精馏柱，然后进入重沸器提浓再生，重沸器的温度一般控制在190～202℃之间，再生后的三甘醇贫液进入缓冲罐，经泵送经干气贫液换热器后进入吸收塔顶部，与自下而上的天然气充分接触，贫液转化为富液。

1.2.3 存在的主要问题

（1）三甘醇循环管路结晶盐堵塞原因

（2）脱水撬翻塔的原因

（3）脱水撬进塔速度快

1.2.4 问题解决目标

问题解决目标为降低三甘醇在吸收塔中的损耗量。

1.2.5 限制条件

天然气气质较脏，吸收塔空间较小。

1.2.6 问题分析

详细列出目前解决的方案或类似产品的解决方案或已有专利，并分析存在问题：

（1）天然气进塔速度过快；

（2）系统超负荷运行；

（3）吸收塔塔顶捕雾丝网破损。

2 分析工具

2 .1 系统分析—九屏图

图1 九屏图A

提出技术方案：

方案1：防止脱水撬管路堵塞。

方案2：合理的设置运行参数。

2.2 系统完备性进化法则

图2 系统完备性图

提出技术方案

方案3：集气站增加消泡流程。

方案4：清洗吸收塔，每年利用检修时机，拆卸每层塔盘堵头用清水灌对每层塔盘由上至下逐层进行清洗，以确保塔盘及降液管干净、通畅。

3 运用TRIZ工具解决问题

3.1 技术矛盾

3.1.1 原问题技术矛盾的表述

TC-1

TC-2

如果A+：降低三甘醇损耗量

那么B+：减少天然气内地层水含量 MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM

如果A-：增大三甘醇损耗量

那么C+：工艺设备增加

但是C-：工艺设备减少

但是B-：增加天然气内地层水含量

确定要解决的技术矛盾为 TC-（1），它发生在（ 减少天然气内地层水含量）与（工艺设备减少 ）之间，发生在（天然气脱水过程）的时候。

3.1.2 问题模型——对应的39个通用工程参数

改善的参数： 物质损耗 23

恶化的参数： 物质的量 26

3.1.3 解决方案模型

对应查看阿奇舒勒矛盾矩阵表得到参考创新原理为：6，3，10，24

提出技术方案：

方案5：一物多用法：在吸收塔塔盘上刷一层胶，只要三甘醇内水量含到一定程度，胶自己能够吸附一部分水量，使贫三甘醇浓度更高，脱水效果更好。

方案6：局部质量改善：将储液管的体积增大，并在储液管进口处增加过滤网以提高三甘醇的浓度。

方案7：预先反作用法：进气管线更改为螺旋管线，降低气流速度，达到减少三甘醇的损失量。

方案8：中介原理：在捕雾丝网中增加防腐蚀材料，防止捕雾丝网腐蚀穿孔、破损。

3.2 物理矛盾

3.2.1 确定物理矛盾

（ 三甘醇损耗量大 ）应该（ 增加工艺设备），以满足（ 降低三甘醇的损耗量 ）要求；

（ 三甘醇损耗量小 ）应该（减少工艺设备 ），以满足（ 降低天然气生产成本 ）要求。

3.2.2 拟采用分离原理

空间分离原理提出技术方案：建立两根管线，一个里面承装富液三甘醇，另一个里面承装贫液三甘醇使二者分开。

方案9：时间分离原理提出技术方案：调整吸收塔液位控制盒，使含有地层水的天然气和贫三甘醇不能同时进入吸收塔。

方案10：条件分离原理提出技术方案：给含有水的三甘醇加入化学剂，使贫液三甘醇与富液三甘醇分离。

方案11：整体与部分分离原理提出技术方案：含有地层水的天然气。

3.3 技术方案整理与评价

天然气工业常用的脱水方法有膨胀冷却法、加压冷却法、固体吸附剂吸附法、溶剂吸收法等。目前世界上天然气脱水应用最多的方法是溶剂吸收法中的甘醇法，但是三甘醇脱水中，三甘醇的损失量较大，成本较高。超音速脱水技术，将成为天然气脱水技术的发展趋势。

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