王正勇1，王聚团1，黄光良1，鹿栋梁2
（1.中海石油（中国）有限公司 深圳分公司，广东 深圳 518067
2. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）
摘要:脱一价盐系统是乙二醇回收模块MRU（MEG Reclamation Unit）中的一个子系统，用于脱除氯化钠、氯化钾等一价盐，从而维持系统的一价盐含量处于一定的水平。一价盐的沉积会导致设备和管线结垢、堵塞以及腐蚀等问题，可能需要通过频繁的生产关断来进行清理和维修。本文结合某深水气田脱一价盐系统的调试操作过程，分析了其存在的各种问题及其原因，并提出了相对应的操作优化方法，确保了脱一价盐系统能够长期稳定地运行。
关键词：深水气田 乙二醇 脱一价盐 操作 优化
Operation optimization for MEG Reclamation system of Deepwater Gas Field
Wang Zhengyong1, Wang Jutuan1, Lu Dongliang2
(1. Shenzhen Branch of CNOOC, Shenzhen Guangdong 518067, China
2. Offshore Oil Engineering CO., Ltd, Tianjin 300452)
Abstract: Monovalent Salt Desalination System is a subsystem of Mono-Ethylene Glycol (MEG) Reclamation Unit (MRU); it is used for removing monovalent salt, such as Sodium Chloride, Potassium Chloride, thus maintaining the salt content at a certain level for MEG system. The deposition of monovalent salt will lead to scaling, blockage and corrosion of equipment and pipelines, which need to be cleaned and repaired through frequent production shutdowns. In this paper, combined with the commissioning practice of Deepwater Gas Field Monovalent Salt Desalination System, analyzed the existing problems and the reasons, and put forward the corresponding optimization operation method, to ensure achievement for long-term stable operation of desalination system.
Key words: Deep water gas field, Mono-Ethylene glycol, Monovalent Salt Desalination, Operating optimization
1. MRU脱一价盐单元简介
来自脱水再生单元含盐的贫乙二醇（含90 wt %的MEG），其一价盐含量达42900mg/L, 如果不对其进行脱盐，其含盐量将会达到过饱和状态。过饱和的一价盐不仅会增加贫、富乙二醇的粘度，导致设备结构和腐蚀，更有可能在水下生产系统析出盐晶体[1]，并沉积在深水海管和水下设备内，引发流动性安全等问题。为此，将34%含盐的贫乙二醇通过脱一价盐系统对其进行脱盐处理，生产出不含盐的贫乙二醇，并将其与含盐贫乙二醇进行混合，可以始终保持注入水下井口的贫乙二醇的含盐量低于30000mg/L，脱一价盐系统工艺流程如图1所示。
图1：脱一价盐系统工艺流程示意图
含盐贫乙二醇（含90 wt %的MEG）进入闪蒸分离器[2]，并通过分离器底部的循环泵输送至加热器升温至140
；闪蒸分离器顶部经真空泵（图中未显示）产生并维持0.15-0.3bara的操作压力，乙二醇闪蒸成蒸汽并经过冷凝后进入乙二醇回收罐，然后与未脱盐的贫乙二醇进行混合后输送至乙二醇日用罐。具体流程如图2所示。
图2：脱一价盐系统工艺流程图
随着乙二醇不断从闪蒸分离器的顶部蒸发，分离器内部的含盐乙二醇开始变成乙二醇过饱和溶液（饱和溶液密度为1.159g/cm3），会不断的析出一价盐结晶颗粒[3]。在密度差异和重力的作用下，析出的一价盐晶体会不断地经过沉降管中乙二醇与饱和盐水（其密度为1.195g/cm3）的界面（如图3所示），汇集到位于闪蒸分离器正下方的盐罐，由此实现乙二醇与一价盐的分离[4]（如图4所示）。
图3：乙二醇溶液和饱和盐水的界面图片 图4：盐晶体穿过乙二醇溶液与饱和盐水的界面
当盐罐中的密度仪检测到过饱和盐水的密度达到1.300g/cm3时，系统自动启动离心机进行固液分离，分离出较为干燥的盐饼排放至盐溶解罐，分离后的饱和盐水则返回盐罐。使用离心机排盐避免了直接排放盐罐中含有少量乙二醇的过饱和盐水，减少乙二醇的损失和环境污染。
2. MRU脱一价盐系统在生产运行过程中出现的问题
脱一价盐系统生产运行的结果表明脱一价盐单元能够有效地生产出清洁的,不含一价盐及其他污染物的贫乙二醇（见图5中的 SC-5021）。基于整个生产系统系统储存有近3600m3左右的贫乙二醇，经分析化验，脱盐前系统中贫乙二醇的氯离子含量为17000ppm，脱盐后氯离子含量为13000ppm，对应一价盐的含盐量分别为28000ppm和21400ppm，计算得出共脱除一价盐约23.7吨，系统的含盐量从2.53wt%降至1.93wt%。虽然系统上线实现了预期脱盐的目的，但在生产运行的过程中也遇到了一系列如下的问题。
图5 脱一价盐单元各样品检测点的取样情况
1) 饱和盐的乙二醇溶液与饱和盐水的界面难以维持，乙二醇会随沉降的盐晶体一起进入盐罐。进入闪蒸分离器的贫乙二醇含盐量为2.5wt%左右，在进行负压加热闪蒸浓缩后会达到过饱和状态，其含盐量会达到7-8wt%左右（见图6的溶解度曲线），析出的盐晶体携带一些乙二醇通过沉降管窜入盐罐，污染了沉降管和盐罐中的盐水；通过离心机进行脱盐后，仍有一小部分的乙二醇通过排放的盐进行入盐溶解罐而损失。通过取样分析，盐溶解罐中生产水中含有一定量的乙二醇。
图6 氯化钠在不同温度和浓度条件下的MEG/水溶液的溶解度曲线
2) 贫乙二醇产品含水较高的问题。在脱一价盐系统运行排盐的过程中，离心机根据盐水的密度进行自动操作，当过饱和盐水的密度达到1.300g/cm3时，开始启动离心机脱盐[5]。每次脱盐的过程中，脱出的盐会带走一部分水份，为了维持沉降管中饱和盐乙二醇溶液和饱和盐水的界面，需按图2显示的使用来自回流罐的生产水补充至至盐罐。由于生产水和过饱和盐水的密度差异，注入的生产水还没有跟过饱和盐水充分混合互溶，就已经在密度差的作用下，迅速窜入闪蒸分离器中，在负压高温条件下，和贫乙二醇一起闪蒸，所以出现贫乙二醇产品含水量较高的问题。
3) 下游生产水超滤装置频繁堵塞的问题。投用脱一价盐系统后，从上游带来的少量二价亚铁离子形成黑色的铁垢杂质并在闪蒸分离器和盐罐中累积，频繁堵塞下游生产水处理的超滤装置。图5中的样品SC-5012、SC-5014和SC-5015所呈现的黑色就是铁垢类的杂质所引起的。
4) 外排生产水的烃类含量较高的问题。贫乙二醇中含有一些沸点较高的烃类，未能完全在脱水再生塔和闪蒸分离器的高温环境中脱除，而是富集在盐罐的过饱和盐水中。当这些过饱和盐水被排放至下游生产水处理系统，由于含油量较高，可能在短时间超出了气浮选装置和超滤装置的处理能力（气浮选能处理游离油含量小于500ppm，超滤装置能处理乳化油含量小于600ppm）。
5) H2S聚集和腐蚀的问题。投用脱一价盐后，在乙二醇回收罐和真空系统中发现有高浓度的硫化氢。经检测，真空系统中硫化氢的浓度有时检测到超过1000ppm，这么高硫化氢的含量给现场的操作和维护带来了较高的风险。从真空泵的密封水取样化验结果来看，颜色较黑，含有大量的硫化亚铁杂质，并且密封水泵的进口滤器频繁堵塞，甚至发生过密封水泵的叶轮流道被腐蚀杂质完全堵塞的问题。
6) 关于各管嘴在生产运行中和停产后的堵塞问题。运行中和停产后，部分管线出现盐沉积和堵塞的问题。
3. MRU脱一价盐系统初始调试问题的原因分析和解决方案
为了解决调试期间出现的问题，经过研究和分析，须从以下几个方面进行改进：
1) 针对沉降管中饱和盐的乙二醇溶液与饱和盐水的界面难以维持的问题。如果沉降管中贫乙二醇和盐水的操作界面较低，意味着用于缓冲MEG污染的饱和盐水的容积较小，通过提高贫乙二醇和饱和盐水界面的高度并维持稳定，可以有效防止乙二醇窜入盐水。另外，通过平稳控制进料，真空度和操作温度，防止在短时间产生大量的盐结晶颗粒，扰动沉降管中乙二醇与盐水的界面。
2) 针对贫乙二醇产品含水较高的问题。通过改变生产水的注入点至盐泵的进口，严格控制淡水注入流量，使其与过饱和盐水经盐泵充分搅拌，互溶，不会出现因密度差窜入闪蒸分离器的现象而导致产品含水超标的问题。
3) 关于铁垢对下游的影响。着手分析和提高MRU预处理单元脱二价盐的效率，尽可能减少残余的二价金属阳离子在循环回路产生结垢的现象[6]，从而解决杂质堵塞超滤装置的问题，保证生产水处理设备的正常运行。
4) 关于MRU外排生产水中烃类含量较高的问题。为了消除从脱一价盐系统中生产水中石油烃含量较高的问题，必须使用高性能的破乳剂有效控制富乙二醇进MRU的石油烃含量，平稳操作。
5) 关于硫化氢的聚集问题和对真空系统的腐蚀问题[7]。含盐的贫乙二醇中含有少量硫氢化钠的物质，当贫乙二醇在闪蒸分离器进行加热负压闪蒸时，会产生硫化氢气体，它们会在脱一价盐系统的气相进行富集，达到较高的浓度。为了降低硫化氢的风险，现场采用连接氮气软管进行吹扫不失为一种有效的方式，另一方面是向系统注入硫化氢抑制剂[8]，通过使用硫化氢抑制剂进行现场试验后，发现能够有效的消除硫化氢的影响，减少腐蚀现象的发生。
6) 关于各管嘴在生产运行中和停产后的由于盐沉积产生堵塞的问题[9]，必须在系统冷却之前，对各管嘴进行冲洗，或者排完液后，立即使用淡水进行冲洗，防止管嘴堵塞。
4. 结束语
此次脱一价盐单元的调试为我们了解这个系统打下了良好的基础，调试的过程中遇到了各种各样的问题，为类似的处理装置提供有益的参考价值。
参考文献：
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【作者简介】王正勇，中级工程师，大学本科，2005年毕业于长江大学，主要从事海上油气田生产管理和技术研究工作
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