【導(dǎo)讀】中，以提高各有關(guān)處理設(shè)備的處理效率，保護(hù)設(shè)備和井口管線，以及延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命等。表2-4-1列舉了幾種常用的化學(xué)藥劑類型及其作用。系統(tǒng)內(nèi)的生長(zhǎng)；防凍劑常用在天然氣系統(tǒng)中。家在選用時(shí)參考。不同的油田由于原油。性試驗(yàn)篩選出效果最好，用量最少的原油破乳劑。油少，脫水成本低，僅為離子型的幾十分之一。非離子型破乳劑按溶解性又可分為水溶性、油溶性和混合溶性三大類?？赡芨哂谌魏我环N單獨(dú)作用的效果。原油脫水對(duì)破乳劑的要求有以下幾點(diǎn)：。有一定的通用性，即原油乳狀液性質(zhì)改變時(shí)仍能保持較高的脫水效果。泡劑的作用是破壞泡沫的穩(wěn)定性，使泡沫迅速破裂，提高油氣分離效果。消泡劑由于能使泡沫迅速破裂，故其加入量相對(duì)較少。油井產(chǎn)出的流體可能含有H2S和CO2，它們是兩種強(qiáng)腐蝕物質(zhì)，會(huì)腐蝕相關(guān)的處理設(shè)備，蝕損壞，因此必須采取必要的措施。防止腐蝕的方法有很多，主要有投加防腐劑、電化學(xué)保

　　

【正文】 性很強(qiáng)的硫磺和硫酸，會(huì)對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)造成損害。 鈉和鉀可與其它化合物結(jié)合，如硫、釩等，這樣就產(chǎn)生了腐蝕性極強(qiáng)的酸。鈉和鉀的存在增加了二氧化硫向三氧化硫和硫酸轉(zhuǎn)化的速度，并加快了堿性金屬硫酸鹽的生成；另外，堿性硫酸鹽與水結(jié)合形成堿性金屬氫氧化物和硫酸的速度較 SO2快得多。因此，必須分別測(cè)出燃料氣中鈉和鉀的含量，并對(duì)它們加以限制，可大大降低燃料中硫的影響。 2) 氫和一氧化碳 在平臺(tái)上，氫和一氧化碳在燃料氣中并不常見，氫和一氧化碳含量的 大小會(huì)直接影響材料的選擇和安全。 容器中氫含量超過 4%（體積），就要考慮材料對(duì)氫脆裂度的要求；如果氫含量在 4% ~ 9%之間或一氧化碳含量在 % ~ 18%之間，就必須使用特殊的啟動(dòng)、洗滌系統(tǒng)；氫含量大于9%或一氧化碳含量大于 18%時(shí)，必須使用標(biāo)準(zhǔn)燃料來啟動(dòng)和加速，之后才能轉(zhuǎn)換到使用含氫或一氧化碳的燃料；如果氫含量在 40%以上或一氧化碳含量在 %以上時(shí)，必須提供特殊的安全保護(hù)。 3) 固體顆粒和水 燃料氣中的固體顆粒（也稱為粉塵），一般指固態(tài)惰性顆粒、油、或水溶性金屬化合物，它們會(huì)磨損燃料系統(tǒng)的 關(guān)鍵元件，堵塞過濾器及燃料噴嘴，還會(huì)使控制閥、密封裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)葉片發(fā)生故障。某些可溶性金屬化合物會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部分造成腐蝕。儲(chǔ)罐和濾網(wǎng)上沉積物的聚集也會(huì)妨礙燃料從儲(chǔ)罐流到密封燃燒器中。 燃料氣中若含有水會(huì)對(duì)儲(chǔ)罐和設(shè)備造成腐蝕，水還會(huì)促使微生物的生長(zhǎng)而造成過濾器堵塞，并加速對(duì)燃料罐的腐蝕。 總之，在使用燃料氣之前，先要進(jìn)行組份分析，對(duì)燃料氣中存在的污染物進(jìn)行處理，并在發(fā)動(dòng)機(jī)的選材、啟動(dòng)、加速和正常的操作中采取相應(yīng)的安全保護(hù)措施，以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命并保護(hù)人員的安全。 3. 燃料氣的質(zhì)量要求 1) 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì) 燃料氣的一般技術(shù)要求： 天然氣作為燃料首先必須滿足各燃料用戶對(duì)其的質(zhì)量要求，不同的供貨商以及同一個(gè)供貨商不同型號(hào)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃料都有不同的要求，為了合理地確定燃料的使用量和技術(shù)要求，應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)廠商進(jìn)行磋商，但作為初步的設(shè)計(jì)計(jì)算，可按一般的燃料要求進(jìn)行設(shè)計(jì)： (1) 燃料氣低熱值（ LHV），在 8010kcal/Sm3 ~ 12470 kcal/Sm3之間， (2) 總的含固體量和液態(tài)烴量少于 20ppm， (3) 99%的固態(tài)顆粒直徑必須小于 10μ m，最大液態(tài)烴顆粒直徑不大于 52μ m， (4) H2S 濃度不能大于 1%（體積比）， (5) 燃料氣的含鈉量必須小于 1ppm， (6) 燃料氣不能含有任何游離水， (7) 燃料氣的露點(diǎn)應(yīng)低于供氣溫度，還要考慮環(huán)境溫度。要求當(dāng)溫度下降時(shí)，氣體中不會(huì)形成水合物或凝結(jié)出其它固體或半固體的的碳?xì)浠衔铩?shí)際生產(chǎn)中燃料氣的供氣溫度高于烴露點(diǎn)溫度 5℃左右較多，具體的溫度差應(yīng)與用戶進(jìn)行討論。 (8) 燃料氣的供應(yīng)溫度范圍應(yīng)在 0℃ ~ 71℃ ， (9) 所需的供氣壓力可根據(jù)燃料氣熱值來確定。 2） 往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃料氣的一般技術(shù)要求： 每個(gè)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的制造商對(duì)燃料氣的 要求都有所不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比、設(shè)計(jì)特性及所使用的金屬都對(duì)燃料氣的質(zhì)量有所制約，必須向制造商進(jìn)行咨詢，以獲得準(zhǔn)確的燃料用量和技術(shù)要求。但作為初步的設(shè)計(jì)計(jì)算，可按一般的燃料要求進(jìn)行設(shè)計(jì)： (1) 燃料氣低熱值在 7120kcal/ Sm3 ~ 10690kcal/ Sm3， (2) 供給溫度 0 ~ 93℃ ， (3) 供氣壓力可根據(jù)需要來定， (4) 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比，燃料氣的辛烷值在 85 ~ 110 之間， (5) 燃料氣含 H2S 的量須小于 %（體積）， (6) 燃料氣必須進(jìn)行凈化和過濾， (7) 總的液態(tài)烴（ C+5）含量少于 2%， (8) 氫含量須小于 12%， (9) 總的惰性氣體，如氮、二氧化碳的含量須小于 25%。 3） 明火加熱器對(duì)燃料氣的一般技術(shù)要求： 與發(fā)動(dòng)機(jī)相比，明火加熱器對(duì)燃料氣的要求并不十分嚴(yán)格，許多制造商對(duì)明火加熱器所使用的燃料氣不做要求。 2. 燃料氣熱值和抗爆性的確定 天然氣的主要成分是烷烴中的輕組分，基本由甲烷 CH4（ 82%～ 98%） 、 乙烷 C2H6（ 6%）、丙烷 C3H8（ %）和丁烷 C4H10(約 1%)組成。油 田 伴生天然氣 與 氣田天然氣 相比， 甲烷含量差別相當(dāng)大 ， 氣 田天然氣中的甲烷含量多在 90%以上，而油田的伴生天然氣中的甲烷含量則為70%～ 80%， 有的甲烷含量更低，并且含有較重的烴類，如丁烷、戊烷和已烷等。 1) 燃料氣的熱值確定 燃料氣的燃燒會(huì)施放出大量的燃燒熱，可直接轉(zhuǎn)化為熱能、動(dòng)能或電能。所以，燃料氣熱值的高低將直接決定燃料氣用量的多少，熱值較高的燃料氣用量會(huì)相對(duì)減少，可減少相關(guān)設(shè)備的尺寸，這對(duì)空間和面積都較為緊張的海洋平臺(tái)尤為重要。 燃燒每標(biāo)準(zhǔn)立方米的燃料氣所釋放出來的能量就是燃料氣的熱值，但在確定燃料氣的用量時(shí)，一般都用低熱值來估算，這是由于排煙溫度較高 ，水的氣化潛熱這部分熱量未能利用上。根據(jù)天然氣的組成，將每個(gè)組份的摩爾百分?jǐn)?shù)乘以該組份低熱值的總和，即可求得燃料氣的低熱值。 所謂低熱值（低發(fā)熱量），是指單位體積天然氣完全燃燒后，煙氣被冷卻到原來的天然氣溫度，但燃燒生成的水蒸氣不冷凝所釋放的熱量，有時(shí)稱凈熱值。天然氣的高、低熱值之差等于水的氣化潛熱。表 248 列出了燃?xì)饨M分在 0℃ ， 1atm 下的低熱值。 一般情況下，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)要求燃料氣低熱值在 8010kcal/Sm3 ~ 12460 kcal/Sm3之間；往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)要求燃料氣的低熱值在 7120kcal/Sm3 ~ 10680kcal/Sm3；明火加熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)相比對(duì)燃料要求不十分嚴(yán)格。 表 248 燃?xì)饨M分在 0℃ ， 1atm 下的低熱值 2) 燃料氣抗爆性的確定 燃料氣的抗爆性是衡量燃料氣點(diǎn)燃、燃燒快慢和抗爆性能的一種尺度，如果燃料氣抗爆性太低，它就不能迅速點(diǎn)燃和燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)也就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。燃料氣抗爆性常用馬達(dá)法辛烷值表示，近年多采用甲烷值表示。 (1) 馬達(dá)法辛烷值（ MON） 燃料氣的抗爆性在過去常用 辛烷值 表示。馬達(dá)法辛烷值其實(shí)一直是汽油燃料的抗爆性 指標(biāo)，即將汽油燃料中抗爆性較好的異辛烷視為 100，將抗爆性極弱的正庚烷視為 0。以甲烷為主要成分的天然氣具有很高的抗爆性，若以 辛烷值 來推定，甲烷和以甲烷為主的天然氣的辛烷值 都超過 120，因此，沿用汽油 辛烷值 試驗(yàn)來標(biāo)定天然氣 辛烷值 ，評(píng)價(jià)其抗爆性，對(duì)含甲烷高的天然氣就不太適宜；而且采用試驗(yàn)法來確定天然氣 辛烷值 十分不便。目前發(fā)表的甲烷、乙烷等氣體燃料的即辛烷值也都是近似值。 往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)有很高的壓縮比，通常需要燃料氣有較高的辛烷值，一般在 85 ~ 110 之間。表 2410 列出了燃料氣馬達(dá)法辛烷值的計(jì)算方法（來自美 國(guó)雪夫龍公司《海上油氣工程設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》）。 表 2410 燃料氣馬達(dá)法辛烷值計(jì)算表 (2) 甲烷值 除了用馬達(dá)法辛烷值（ MON）來衡量天然氣的抗爆性外，近年來多用甲烷值（ MN）來衡量天然氣的抗爆性，特別是 MON 高于 120 的天然氣的抗爆性。 奧地利的李斯特內(nèi)燃機(jī)及測(cè)試設(shè)備公司早于 60 年代 就提出了用 甲烷的抗爆能力為 100來衡量其它氣體燃料的抗爆性 ； 我國(guó) 石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)自 2020年 10 月成立 后， 首次承擔(dān)了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《天然氣 —— 甲烷值的計(jì)算方法》的起草工作。 甲烷值 [1]系以純甲烷作為抗爆性的基 準(zhǔn)，定其甲烷值為 100，把氫氣作為抗爆性極弱的基準(zhǔn)，定甲烷值為 0。表 2411 列出了幾種可燃組分的甲烷值。 表 2411 幾種可燃組分的甲烷值 組分 100%甲烷 100%乙烷 100%丙烷 100%丁烷 100%氫氣 甲烷值 100 44 32 8 0 GRI 利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了甲烷值與馬達(dá)法辛烷值關(guān)系式： MON = MN + (2452) MN = MON – (2453) 3. 流程設(shè)計(jì) 燃料氣處理流程應(yīng)根據(jù)用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，使處理后的燃料氣滿足各個(gè)用戶的質(zhì)量要求和標(biāo)準(zhǔn)，典型的燃料氣處理流程圖參見圖 2420。燃料氣處理流程的基本設(shè)計(jì)步驟如下： 1) 在燃料氣用戶表中列出用戶的類型、功率或熱負(fù)荷值，以求得燃料氣的需求總量， 2) 燃料氣的來源應(yīng)首先考慮閃蒸汽，可以從單個(gè)或多個(gè)低壓分離器中獲得足夠的閃蒸氣。這主要是因?yàn)閺牡蛪簹庖簝上喾蛛x器中分出的 閃蒸汽， H2S 的含量比生產(chǎn)氣中的少。若閃蒸汽還需要冷卻、加熱或閃蒸氣量不夠時(shí)，也可以考慮使用脫水氣體或高壓濕氣。 3) 如果燃料氣中含有低量的 H2S，可采用小的吸收裝置，如使用氧化鐵或氧化鋅溶液作為吸收劑，在燃?xì)鈾C(jī)前使用氧化鋅溶液已成為燃料氣脫硫的最普遍的方法，這是因?yàn)槿芤旱脑偕吞鎿Q比氧化鐵或海綿鐵中的固體顆粒容易的多。具體辦法可參考“氣體脫硫”部分的有關(guān)章節(jié)。但必須注意 CO2的存在將抑制氧化鋅吸收 H2S 的能力，同時(shí)也會(huì)抑制對(duì)硫醇的吸收能力。 4) 確定燃料氣的供氣壓力，計(jì)算燃料氣的最高露點(diǎn)溫度。在供 氣壓力下，通過燃料氣的組分可計(jì)算出燃料器的水露點(diǎn)；通過上游油氣分離器的溫度和壓力可確定其烴露點(diǎn)。即計(jì)算燃料氣的水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)，取一個(gè)最高值作為燃料氣的最高露點(diǎn)溫度。 燃料氣的供氣壓力應(yīng)根據(jù)用戶的要求來定，如果燃料氣的氣源壓力較低（比如低壓閃蒸氣），不能滿足用戶要求的最低供氣壓力，就需要對(duì)氣源氣進(jìn)行增壓；如果燃料氣的氣源壓力較高，就需要進(jìn)行節(jié)流降壓。 天然氣在節(jié)流過程中的降壓膨脹，會(huì)造成溫度下降；壓降越大，溫降就越大，很有可能生成水合物。所以，必須控制每次節(jié)流的壓降，以保證溫降后的溫度高于水化物的形成溫度；必 要時(shí)還可以考慮先加熱，再進(jìn)行二次節(jié)流降壓到供氣壓力，即在進(jìn)行二次節(jié)流降壓前，先對(duì)前一次節(jié)流降壓后的天然氣進(jìn)行氣液分離，將分出的氣體加熱后再進(jìn)行二次節(jié)流降壓，加熱的溫度應(yīng)足夠高，確保不會(huì)在二次節(jié)流降壓后出現(xiàn)水合物。 5) 提高供氣溫度與露點(diǎn)之間的溫差。當(dāng)燃料氣通過發(fā)動(dòng)機(jī)汽化器或噴嘴時(shí)，壓力會(huì)減小溫度也隨之降低，就有可能出現(xiàn)液體凝結(jié)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損害。為了防止液體凝結(jié)，燃料氣的露點(diǎn)應(yīng)低于供氣溫度（水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)，取一個(gè)最高值）。在 實(shí)際生產(chǎn)中，燃料氣的供氣溫度多高于烴露點(diǎn)溫度 5℃左右，具體的溫度差應(yīng)與用戶進(jìn)行討 論 。 可采用以下幾種方法來提高供氣溫度與露點(diǎn)之間的溫差： (1) 改變供氣溫度。普通方法是燃料氣經(jīng)過氣滌器分離后，對(duì)其進(jìn)行加熱。這樣做雖不會(huì)降低露點(diǎn)（露點(diǎn)與燃料氣氣滌器的溫度相同），但能提高供氣溫度，這樣就提供了供氣溫度和露點(diǎn)所要求的溫差，參見圖 2420。 如果露點(diǎn)溫度與廠商提供的發(fā)動(dòng)機(jī)所能承受的最高供氣溫度較為接近，此時(shí)即便是加熱燃料氣到最高供氣溫度也無(wú)法提供所需要的溫差，就需要在氣滌器前先對(duì)天然氣進(jìn)行冷卻，然后在低溫下分離，從而降低了燃料氣的露點(diǎn)，最后再加熱到需要的供氣溫度，從而增加了供氣溫度與露點(diǎn) 之間必要的溫差。 (2) 脫水。經(jīng)過三甘醇脫水后的干氣要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于要求的水露點(diǎn)，但必須注意對(duì)烴露點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格控制。圖 2421 就使用了部分脫水后的干氣。 (3) 使用高壓濕氣。采用焦耳 —— 湯姆遜效應(yīng)對(duì)高壓濕氣進(jìn)行冷卻，然后分離，最后再加熱到需要的供氣溫度。圖 2423 中來自一級(jí)分離器的天然氣就使用了這種流程。 圖 2424 是天然氣隨給定壓降下的溫降圖，可快速求得天然氣溫降的近似值。必須要對(duì)溫降后是否形成水合物進(jìn)行判斷，可參見本指南第二篇第二章第四節(jié)的有關(guān)內(nèi)容。 圖 2420 所示的是燃料氣處理系統(tǒng)的基本 流程：來自生產(chǎn)分離器的天然氣經(jīng)過濾分離器分離和過濾后，經(jīng)過加熱器加熱到發(fā)電機(jī)要求的供氣溫度，然后再提供給用戶。圖 2420 的流程中燃料氣的烴露點(diǎn)溫度為 34℃，為用戶提供的供氣溫度為 45℃，高于烴露點(diǎn) 11℃。 如果烴露點(diǎn)溫度與燃料氣用戶要求的供氣溫度相當(dāng)，在圖 2420 所示的流程中就需要在過濾分離器前增加燃料氣冷卻器對(duì)天然氣先進(jìn)行冷卻，然后分離和過濾，最后再加熱到用戶要求的供氣溫度，以確保供氣溫度高于烴露點(diǎn)。 過濾分離器去閉式排放燃料氣加熱器TC去透平發(fā)電機(jī)去熱介質(zhì)爐來自生產(chǎn)分離器 圖 2420 燃料氣處理系統(tǒng) 基本流程示意圖 圖 2421 是平湖油氣田 DPP 平臺(tái)燃料氣系統(tǒng)流程圖：燃料氣的來源共有兩個(gè)，一個(gè)是來自低壓壓縮機(jī)的天然氣，另一個(gè)是三甘醇脫水后的干氣經(jīng)過減壓閥降壓后的天然氣。該流程中，干氣作為燃料氣的來源之一是其主要特點(diǎn)，氣滌器在這的作用也主要是緩沖和過濾。 三甘醇脫水后干氣去閉式排放去高壓火炬來自低壓氣體壓縮機(jī)去主電站氣滌器 圖 2421 平湖油氣田 DPP 平臺(tái)燃料氣系統(tǒng)流程圖 圖 2422 所示的是文昌 131/132 油田 FPSO 燃料氣系統(tǒng)基本流程：來自一級(jí)分離器的天然氣先進(jìn)入氣滌器進(jìn)行分離和過濾， 然后經(jīng)過壓縮機(jī)增壓到用戶要求的供氣壓力，再經(jīng)過冷卻、分離和過濾，最后再加熱到用戶要求的供氣溫度，以確保供氣溫度高于烴露點(diǎn)。 圖 2422 的流程中燃料氣的烴露點(diǎn)溫度為 40℃