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1、 作者简介 ： 李莲明 ， 生 ， 采气工程师 ， 所长 ； 年毕业于原西南石油学院采油工程专业 ， 年 月获西安石油大 学油气田开发工程硕士学位 ， 主要从事气田开发地质工艺研究工作 。 地址 ： （）陕西省榆林市西沙经济开发区第二采气 厂地质工艺研究所 。 电话 ： （） 。 Email ： llmcq petrochina com cn 小压差大温降工艺在榆林气田的应用 李莲明 余浩杰 王 冰 李晓芸 （中国石油长庆油田公司第二采气厂） 李莲明等 小压差大温降工艺在榆林气田的应用 天然气工业 ， ， （） ： 摘 要 直接节流膨胀制冷工艺是轻烃回收用低温分离方法中最常见的一种 ， 要求天
2、然气必须有较大的可利 用压能和压差 。 为了在低压气田 、 气井上应用直接节流膨胀制冷工艺 ， 首先采用动态模拟方法分析了小压差产生 大温降的原理 ， 采用节流阀小压差节流制冷 、 大面积换热预冷 ， 换热与节流所形成的温差差距相互推动 ， 最终能形 成稳定的低温 ， 从而获得大的温度降 。 小压差大温降工艺在长庆榆林气田上古生界气藏得到了应用并获得良好效 果 ， 为低压气田采用直接膨胀制冷工艺实施轻烃回收提供了现场试验依据 。 主题词 天然气 小压差 节流 大面积 换热 大温降 低温分离 榆林气田 晚古生代 气藏 一 、 工艺原理 小压差大温降工艺可概括为大面积换热预冷 、 小压差节流制冷
3、、低温分离工艺流程 。 来气经铝制 板翅式换热器换热 、 分离器分离 ， 再经节流阀节流制 冷 ， 最后与原料天然气进行换热 ， 依靠节流阀前后天 然气的小压差使来气换热后产生较大的温度降 。 图 表示了小压差产生大温降的工艺流程原 理 。 热气流 进出板翅式换热器前后的气流温度 （t热进和 t热出）相同 ， 经分离器分离 、节流阀小压差节 流后的气流 温度（t冷进）则将与温度为 t热进热气流 进行换热 ， 热气流 温度将被降低 ， 冷气流 的温度 则将增高 。 再经过第二次分离 、节流降温后气流温 度将比上一次更低 ， 如此反复积累直至得到大温降 ， 温降程度由换热器的负荷（换热面积）决定
4、。 理论上 讲 ， 只要换热器换热面积足够大 ， 小压差可以把气体 冷却到任意温度 。 图 小压差产生大温降原理示意图 二 、 可行性分析 换热器换热量的估算 采用文献所述方法估算换热器换热量 ： Q t热进 t 冷进 KF mc p mc p 式中 ： m， m分别表示热 、 冷流体的质量流量 ， kgs ； c p ， c p 分别表示热 、 冷流体的定压比热 ， Jkg ；K 表示换热器的总传热系数 ， kWm ；F表示换热 器的传热面积 ， m ；t热进，t冷进分别表示换热器热 、冷 流体进口温度 ， ； t热出， t冷出分别表示换热器热 、 冷流 体出口温度 ， 。 换热计算结果 假
5、设动态模拟前原料天然气的压力为 MPa、 温 度为 、 气量为 m d ， 节流阀前后压差 MPa。 经过板翅式换热器后 ， 由于未进行换热 ， 故天然 气直接进分离器分离后 ， 再由节流阀从 MPa 节流 到 MPa ， 节流后温度为 ， 即为换热气冷 气进口气流温度 。 因此第一步换热为 、 MPa 的热气流与 、 MPa 的冷气流之间换热 。 计算结果第一次换热后 ， 热气出口与冷气进口换热温 差为 ， 而节流温差为 。 经第一次换热后 ， 来气温度降为 ， 故天 第 卷第 期 天 然 气 工 业 加工利用与安全环保 然气直接进分离器分离 、节流阀节流后温度为 ， 即为换热气冷气进口气流
6、温度第二步换 热为 、 MPa 的热气流与 、 MPa 的 冷气流换热 。 计算结果第二次换热后 ， 热气出口与冷 气进口换热温差为 ， 节流温差为 。 重复以上步骤 ， 计算经过 次节流换热后温度 能达到稳定 ，热气出口 ，冷气进 口 ， 该小压差大温降换热温度降为 、 节流温度降为 。 由于节流温差大于换 热温差（指 t热出 t冷出） ， 使得节流后的温度不断下 降 ， 从而导致换热后的温度也逐渐下降 ， 直至换热温 降和节流温降相等时 ， 节流后和换热后的温度均达 到稳定 ， 从而达到稳定工况 ， 如图 所示 。 图 小压差大温降换热节流温差对比曲线图 以上动态模拟结果表明 ， 该小压差
7、大温降工艺 中 MPa 节流压差能形成约 的温度降 。 因 此 ， 利用小压差实现大温降是可行的 。 三 、 现场应用效果 小压差大温降工艺应用情况 长庆榆林上古气藏集输管网设计压力为 MPa ， 为了更好地实现低温气液分离和天然气脱烃 脱水 ， 采用了包括小压差大温降工艺的露点控制装 置 。 年 月开始在长庆榆林气田实验该套装 置 ， 集输管网的运行压力降至 MPa ， 实现了小压 差大温降低温分离脱水脱烃 ， 大大降低了工程投资 和运行能耗 。 工业试验共进行了节流压降分别为 MPa 的阶段试验 ， 几组典型状况的试验数据见表 。 在 MPa 压差的节流下 ， 节流温差为 ， 节流换热系数
8、平均达到 MPa（常规的节 流换热系数为 MPa） ， 经分离后液烃析量平均为 L m ， 能很好地脱除天然气中的凝析液 。 经济效果 与其他传统的低温分离脱烃脱水工艺相比较 ， 表 小压差产生大温降的试验数据表 进气量 （md） 进气压力 （MPa） 节流后压力 （MPa） 节流压差 （MPa） 进气温度 （ ） 换热后温度 （ ） 节流后温度 （ ） 换热温降 （ ） 来气温降 （ ） 弿 0 G. 弿 0GG a 0 弿 0G寣. 弿 寣. 小压差大温降工艺节省了氨制冷系统装置 、压缩制 冷装置等 ， 总投资只占 左右 。 此外还可降低动 力消耗和运行成本 。 榆林上古气藏采用小压差大温
9、 降工艺后已经节省费用 多万元 。 四 、 认识和结论 （）小压差大温降工艺的原理主要是节流温差 大于换热温差 ， 使得节流后的温度不断下降 ， 从而导 致换热后的温度也逐渐下降 。 动态模拟研究结果 ： MPa 的节流压差即可产生 左右的温度降 。 因此 ， 小压差大温降工艺在理论上是可行的 。 （）长庆榆林上古生界气藏进行小压差大温降 工艺现场试验 ， 在 MPa 节流压差下获得节 流温度降 、 换热温度降 ， 来气温度 降 ， 证实小压差大温降工艺具有现场实用 性 。 （）小压差大温降工艺方法操作简单 ， 可节省氨 制冷系统装置 、压缩制冷装置等 ， 显著降低工程投 资 、 运行费和维修成本 ， 具有较高的推广应用价值 。 参 考 文 献 赵启慈主编 热工学M 北京 ： 石油工业出版社 ， 李永 ， 诸林 ， 穆曙光 ， 等 天然气地面工程M 北京 ： 石油 工业出版社 ， （修改回稿日期 编辑 居维清） 加工利用与安全环保 天 然 气 工 业 年 月
