高文辉(中海石油深海开发有限公司，广东 珠海 519000)

1 脱水系统工艺流程介绍

某天然气处理装置中脱水系统设计处理能力为33×108m3/a，设置两台分子筛干燥器，主要是利用球型4A分子筛填料去除脱碳单元出口天然气中的水分，以保证天然气在进入下游制冷单元时的水露点满足设计要求(≤1 mg/L)，天然气在深冷单元降温后不会发生冻堵。脱水单元分子筛再生(12 h置换一次，再生时间6 h，冷吹时间5.5 h，补时等待0.5 h)则是通过等压加热的方法再生出分子筛所吸附的水分[1]。再生气经再生气压缩机增压，再经再生气换热器、再生气加热器加热到290 ℃进分子筛干燥器，将分子筛吸附的水分带出。再生气加热采用导热油，该天然气处理装置设有4台导热油炉，三用一备，出炉设计温度是330 ℃。

2 脱水系统再生效果异常描述

该天然气处理装置自投产以来，脱水系统运行状况良好，出口水露点均能满足设计要求。在投产第四年运行过程中发现，分子筛再生出口温度达不到工艺设计要求，设计分子筛干燥器再生入口温度290 ℃，进出口温差<10 ℃，实际脱水单元分子筛的再生入口只能达到280 ℃，出口温度只能达到270 ℃，再生时间远超工艺设计的6 h。脱水系统分子筛再生温度下降，由280 ℃下降至270 ℃左右，并仍有缓慢下降的趋势。再生温度不达标导致分子筛再生不合格，分子筛出口水露点不合格，进而导致天然气处理量下降，严重时甚至造成下游制冷单元冻堵，液态产品回收率降低。长期处于冻堵状态，需注入大量甲醇解堵，生产成本上升。一旦注入甲醇无法短时间解堵，需停运制冷单元，对系统泄压自然升温解堵，造成天然气产量损失，设备运行时率下降。为了保证脱水系统正常运行及出口水露点合格，需要临时降低脱水系统处理量。

由于脱水系统刚更换分子筛不足一年，因分子筛更换效果不佳造成再生效果下降的可能性较小，因此判断是脱水系统再生工艺流程上出现问题。

3 原因分析

在工艺系统流程未进行任何调整的情况下，脱水系统出现分子筛再生温度偏低的问题，可以分析判断应是再生加热流程本身出现偏差。通过对再生气加热器导热油进出口流程进行检查，发现导热油通过量不受影响；对再生气加热器导热油流程进行内漏测试，未发现有内漏情况，初步怀疑可能造成再生温度下降的原因如表1所示。

表1 脱水系统再生效果异常可能原因分析表

3.1 分子筛再生时间不足

分子筛再生时间作为影响分子筛再生效果的一个重要因素，如果再生时间不足，则可能造成分子筛没有彻底再生，造成分子筛吸附能力下降并影响下一次分子筛再生效果。为了验证是否由该原因造成，通过逐步延长分子筛再生时间，观察再生效果及分子筛再生温度。在实际测试中发现，再生时间从10 h延长至13 h，再生温度没有显著提升，即证明再生时间不足不是由于再生温度造成的影响。

3.2 提高热媒炉出炉温度及流量

再生气加热的热源来自导热油，如果导热油温度不足或流量不足，同样会影响分子筛再生效果。为验证这一可能性，调整错开两套脱水单元的分子筛再生时间，提升热媒炉出口温度和流量，观察发现再生温度有提高，但效果不明显，排除再生温度及再生气量影响的可能性。

3.3 降低再生气量至设计值

观察到分子筛再生气量在4.0×104～4.4×104m3/h范围波动，为流量计的最大计量值，较设计的再生气量大(3.11×104m3/h)。再生气量远远超过设计量，超出再生气加热器的换热负荷，导致同等供热负荷条件下，再生气温度无法提升。根据系统运行情况，将再生气流量按0.2×104m3的梯度逐步调整至再生气压缩机的设计流量3.11×104m3/h。通过多个周期的观察与数据统计分析，经过降低再生气流量的操作，分子筛在热吹11 h的情况下，再生出口温度上升至275.8 ℃。分子筛再生出口温度较之前提升了5 ℃，轻微改善了分子筛的再生效果。

3.4 再生气加热器效果变差

脱水单元再生气加热器为管壳式换热器，壳体为圆筒形，内部装有管束。再生气加热器管程为导热油，壳程为天然气[2]。在脱水系统再生效果出现问题期间，终端其他导热油设备运转良好，加热正常。由于导热油系统正常，影响再生气加热器与换热器效果变差的原因，初步怀疑可能是再生气换热器或再生气加热器天然气侧存在异物结垢，造成换热效率降低。为了进一步验证是否由于结垢造成影响，对脱水再生流程附件进行拆检观察内窥，确定是否存在结垢。通过查阅设计资料，该陆岸处理终端在设计之初上岸组分中不含硫化氢，但实际生产过程中，终端上岸组分中含有硫化氢，在脱碳系统、脱水系统中均检测到有硫化氢的存在。硫化氢在高温、有水的情况下可能与铁等发生反应生成硫化物，减小换热器的有效换热面积，进而影响分子筛的再生温度[3]。

4 解决方案

针对脱水系统加热器脏堵的问题，拟采取两种方式进行：

(1)对加热器进行清洗；

(2)对加热器整体更换。

4.1 再生气加热器清洗

通过对再生气加热器进行化学清洗，力图恢复再生气加热器换热效果。再生气加热器计划进行抽芯清洗，但在拆卸封头螺栓时因锈蚀无法拆卸封头进行抽芯清洗，仅对再生气加热器进行内部循环化学清洗。由于循环量较小，无法确保盘管外壁污垢全部剥离出来。清洗完成后对脱水系统再生效果进行测试，在相同热吹时间的情况下清洗前后再生终点温度变化不大，由272 ℃上升至278 ℃，清洗效果观察不明显。

4.2 再生气加热器更换

通过对再生气加热器内窥结果及清洗效果可以看出，影响脱水系统再生效果的主要原因为盘管异物结垢。但由于受设备影响，无法将盘管拆出清洗，在内部进行化学清洗时药剂循环量无法得到有效保证。综上所述，在清洗效果不佳的情况下，为了改善脱水系统再生效果，对再生气加热器进行整体更换。

5 效果验证

按照上述方案在检修期间对再生气加热器进行更换。设备更换后，在系统运行工况不变的情况下，脱水系统再生效果有明显提升，再生终点温度由282 ℃上升至301 ℃，同时脱水系统出口水露点也满足设计要求小于1 mg/L，具体效果如表2所示。

表2 再生气加热器更换的效果

由上表可以看出再生气加热器更换后加热器出口温度由286 ℃升至304.7 ℃，分子筛再生入口温度由282 ℃升至301.2 ℃，分子筛再生出口温度由274.2 ℃升至289.9 ℃，分子筛再生热吹时间由之前的11 h降至6.5 h的情况下。加热器出口温度及再生温度明显提升，更换后效果显著。

6 结语

通过对脱水系统整体研究和分子筛再生流程异常问题的原因分析，结合工艺系统实际入口天然气组分与设计的区别，对可能影响因素进行逐一排查，找出影响脱水系统再生效果的主要因素：由于上岸组分与ODP中存在偏差，导致在终端生产工艺流程中出现硫化氢及含硫化合物，并在脱水系统再生气加热器盘管上形成脏堵物。对解决该问题提出的相应解决方案进行对比，从实际效果、现场实施的难度上综合分析考虑，采用更换再生气换热器的方案，为降低作业成本，可订购新的管束进行更换。更换后在工艺流程没有发生变化的前提下，再生效果明显提升，直接解决了分子筛可能再生不合格的问题，同时避免了由于分子筛再生不合格造成减产带来的产量经济损失，保证了脱水系统下游制冷系统不会产生冻堵，避免了由于对制冷系统解堵或设备检修造成的经济损失。为提升脱水系统分子筛再生效果，确保工艺系统安全平稳运行提供了有力的保障。