压缩天然气标签片
李波
[摘 要]天然气是一种比较宝贵的资源，可以在工业和城市中作为优质燃料或原料使用，而且，相比较与其他能源，天然气还有易清洁、高效、环保的明显优势。油气集输工程主要是指油气田地面工程的主体工程，也是石油与天然气生产过程中的一个重要环节，集输的任务是收集自地下开采出的原油、天然气或其混合物，并进行分离、转运、外输。
[关键词]天然气 压缩 回收
中图分类号：TE82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0011-01
一、引言
原油和天然气统称为石油。原油只是以液态形式天然形成的比较重的烃类组分，而天然气指的是以气态形式存在的比较轻的烃类组分。来自气井的天然气叫气井气，来自油井从原油中分离出来的天然气叫伴生气。天然气是一种烃类气体的混合物，其中也含有水和其他杂质，主要是由碳、氢、硫、氮、氧及微量元素组成的，以碳、氢为主，碳约占65%～80%，氢约占12%～20%，各种地区生产的天然气组成是不同的，甚至同一储层中不同的两口井产出的天然气组成也是不同的，而且，随着油田开采的程度不同，同一口井产出的天然气组成也会发生变化。天然气中含有的烃主要是甲烷，同时含有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷、庚烷等更重的气体。
二、天然气轻烃回收工艺中的冷凝分离法
天然气冷凝分离所需要的冷量由独立设置的冷冻系统提供。系统所提供冷量的大小与被分离的原料气无直接关系，故又可称为直接冷凝法。根据被分离气体的压力、组分及分离的要求，选择不同的冷冻介质。制冷循环可以是单级也可以是多级串联。常用的制冷介质有氨、氟里昂、丙烷或乙烷等。在我国，丙烷制冷工艺应用于轻烃回收装置还不到10年时间，但山于其制冷系数较大，制冷温度为（-35～-30℃），丙烷制冷剂可由轻烃回收装置自行生产，无刺激性气味，因此近儿年来，该项技术迅速推广，我国新建的外冷工艺天然气轻烃回收装置基本都采用丙烷制冷工艺，一些原设计为氨制冷工艺的老装置也在改造成丙烷制冷工艺。
为了最大限度地从天然气中回收轻烃，要求的温度更低，单一的制冷法一般难以达到，即便有时膨胀机制冷能达到温度，但由于出口带液问题，对富气仍是不适用的，这时往往采用混合制冷法，即冷冻循环的多级化和混合冷剂制冷以及膨胀机加外冷的方式来实现。目前，轻烃回收工艺上应用最多的是外加冷剂循环制冷作为辅助冷源，膨胀制冷作为主冷源，并采取逐级冷冻和逐级分离出凝液的工艺措施来降低冷量消耗和提高冷冻深度，以达到较高的冷凝率，回收原料气中绝大部分丙烷组份，达到回收目的。这种方法具有许多优点：1）有两个冷源，因此运转适应性较大，即使外加制冷系統发生故障，装置也能在保持较低收率情况下继续运行。2）混合制冷法中的外加制冷系统比外加冷源法要简单、容量小；外加冷源解决高沸点较重烃类冷凝问题，膨胀制取的冷量用在较低温度位。3）此种流程组合即可提高乙烷、丙烷收率，又可大大减少装置的能耗。
三、天然气凝液回收
从天然气中回收液烃的目的是：①使商品气符合质量指标；②满足管输气质量要求；③最大程度地回收凝液，或直接作为产品或进一步分离为有关产品。
为了符合商品天然气质量指标，需将从井口采出和从矿场分离器分出的天然气进行处理，即：①脱水以满足商品气的水露点指标。当天然气需经压缩方可达到管输压力时，通常先将压缩后的气体冷却并分出游离水后，再用甘醇脱水法等脱除其余水分。这样，可以降低甘醇脱水的负荷及成本。②如果天然气含有H2S、CO2时，则需脱除这些酸性组分。③当商品气有烃露点指标时，还需脱凝液（即脱油）或回收NGL。此时，如果天然气中可以冷凝回收的烃类很少，则只需适度回收NGL以控制其烃露点即可；如果天然气中氮气等不可燃组分含量较多，则应保留一定量的乙烷及较重烃类（必要时还需脱氮）以符合商品气的热值指标；如果可以冷凝回收的烃类成为液体产品比其作为商品气中的组分具有更好经济效益时，则应在符合商品气最低热值的前提下，最大程度地回收NGL。因此，NGL的回收程度不仅取决于天然气组成，还取决于商品气热值、烃露点指标等因素。
对于海上或内陆边远地区生产的天然气来讲，为了满足管输气质量要求，有时需就地预处理，然后再经过管道输送至天然气处理厂进一步处理。如果天然气在管输中析出凝液，将会带来以下问题：①当压降相同时，两相流动所需管线直径比单相流动要大。②当两相流流体到达目的地时，必须设置液塞捕集器以保护下游设备。
为了防止管输中析出液烃，可考虑采取以下方法：
①适度回收NGL，使天然气烃露点满足管输要求，以保证天然气在输送时为单相流动即可，此法通常称之为露点控制。
②将天然气压缩至临界冷凝压力以上冷却后再用管道输送，从而防止在管输中形成两相流，即所谓密相输送。此法所需管线直径较小，但管壁较厚，而且压缩能耗很高。
③采用两相流动输送天然气。以上三种方法中，前两种方法投资及运行费用都较高，故应对其进行综合比较后从中选择最为经济合理的一种方法。
四、天然气压缩制冷
天然气压缩制冷是一种相变制冷，也就是利用液体变为气体时吸热效应进行制冷。压缩制冷回路中主要设备有蒸发器、节流阀、冷凝器、压缩机。
工作时，系统内的制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物体（油田气）的热量而汽化，使被冷却物体（油田气）得到冷却。而后制冷剂蒸汽进入压缩机，由压缩机将其压力升高到冷凝器的温度下可以使制冷剂变成饱和液体时的压力。从冷凝器出来的制冷剂的饱和液体经节流阀降压后进入蒸发器，这样制冷剂在这个封闭系统中经过汽化、压缩、冷凝、节流四个过程，完成一个循环。其中蒸发器完成了使被冷却物体温度降低的作用，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用，制冷剂经压缩在冷凝器中变为饱和液体后，节流阀起到使制冷剂降压、降温的作用。
参考文献
[1] 石宝巧.中国石油天然气资源[M].北京：石油工业出版社，2009.
[2] 李士伦.天然气工程[M].北京：石油工业出版社，2010.
[3] 孙璞.天然气管网优化技术研究及软件开发[D].西南石油学院，2014.
