摘要：本文阐述了高含碳气田中后期脱碳溶液发泡产生机理。并以S气田为例，由于气田中后期工况变化和设备状态不稳等原因导致脱碳溶出现发泡问题，通过全面分析，找到了引起发泡的原因，提出了治理措施，措施实施后取得了较好的效果。
关键词：气田 脱碳溶液 发泡 治理
1 前言
酸性气田处理工艺一般包括脱硫、脱碳、脱水等流程。脱硫和脱碳单元普遍采用醇胺吸附法，针对不同气田，会采用不同的醇胺配方，一般称为溶液。溶液运行状态决定着外输天然气的质量。随着气田的开采，工况会出现较大的变化，压力递减，采出水水量上升，产量下降。这些工况变化会影响溶液的运行效果，最主要的影响之一是溶液发泡，会直接导致脱硫、脱碳能力下降，甚至会引起雾沫夹带，溶液损耗增加，进而增加运行成本。
2 脱碳溶液发泡原因
2.1 发泡的定义
目前国内尚无针对脱碳溶剂发泡的测定标准。脱碳溶液发泡的测定一般采用SY/T 6538-2002《配方型选择性脱硫溶剂》中的关于起泡趋势的规定：溶液（含50%水溶液）在40℃的泡沫高度≤50mm，停止通气后的泡沫消失时间≤10s，即视为脱碳溶液发泡。
2.2 发泡产生机理
无论导致脱碳溶液发泡的直接原因是什么，发泡的机理都是因为气相中混进了液相。薄膜层弹性、表面导液、表面黏度都是发泡形成的表面特性，当溶液不具备较高的张力且黏度较低时，即使产生了泡沫也会很快消失，这就是纯净溶液不易发泡的原因。反之，当溶液具有较高的张力且黏度较大时，极易产生发泡，且不易消退。
当脱碳溶液工作时，天然气和CO2气体进入溶液，会产生大量致密的气泡，由于溶液表面张力低、黏度低，泡沫会迅速破灭。CO2进入溶液后将溶液变成富液，富液再生后变为贫液，再生过程会经历闪蒸和减压再生，少量天然气和大量CO2会从溶液中析出，并产生大量气泡，同样会迅速破灭。
2.3 气田中后期脱碳溶液发泡原因
气田的开采到中后期，工况会出现较大的变化，压力递减，采出水水量上升，产量下降，工艺调整和设备设施腐蚀老化都可能引起脱碳溶液发泡，主要体现在溶液离子浓度超标、固体悬浮物和工艺参数偏差等方面。
（1）高矿化水。一般情况地层水不会进入脱碳溶液中，但集气系统在工况改变后，工艺适应性会变差，容易出现分离不彻底的情况，此时地层水就可能进入脱碳溶液。胺液系统的补充水应为除盐水或蒸馏水，当补充水的离子含量指标不合格时，会导致胺液性能下降，产生发泡等问题。
（2）过量使用消泡剂。消泡剂的作用机理是提高气泡表面活性，提高张力和降低黏度，但浓度过高实际上也会造成发泡。
（3）杂质污染。酸性气田的腐蚀程度一般较高，工艺流程中的腐蚀物会随介质进入脱碳溶液。活性炭过滤设备活性炭滤料粉末及其他杂志进入脱碳溶液后，也会增加表面黏度造成发泡。
（4）工艺参数偏差。贫液入塔温度和重沸器温度出现偏差也可能间接导致脱碳溶液发泡。贫液入塔温度偏低时，原料气中可能析出地层水和烃；重沸器温度过高可能出现溶液热降解。
3 S气田脱碳溶液发泡分析
3.1 S气田生产现状
S气田属于高含碳气田，原料气中CO2含量约为25%。2008年开发建产后，共有生产井30口，建有集气站1座，集输处理站1座，目前气田日产气量约200×104m3/d。脱碳工艺优选MDEA溶液，采用吸收酸气、再生脱碳循环工艺。随着气田的开发开采，气井的压力降至2—10MPa，目前已经有6口气井采用单井增压模式生产，8口气井进入集输处理站集中增压流程生产。
近年来，脱碳装置溶液出现了明显的工艺不适应性情况，溶液发泡拦液现象较重，影响CO2吸收能力，增加了溶液损失，提高了运行成本。
3.2 工艺流程
单井工艺流程为，两级加热两级节流，单管保温中压输气；增压工艺采用单井增压和集中增压组合模式；增压后原料气经过脱汞塔进行脱汞；脱汞后进入脱碳单元；在进行三甘醇脱水后外输。
3.3 原因分析
脱碳溶液产生发泡的原因多种多样，主要有地层水、不合格补充水、固体悬浮物和工艺参数偏差等
（1）高矿化水。通过检测分析，集气单元分离器采出水和贫液中离子含量近似，Na+、Cl-含量均超过脱碳溶液要求，可以判断地层水进入了脱碳溶液。通过对补充水水质化验，确定补充水水质基本符合要求，Na+、Cl-和总碱度含量超标，但超标幅度较小，见表1。
表1 处理后的脱盐水离子含量水型分析结果
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（2）消泡剂的使用。经过检查，消泡剂严格按照规范使用，没有超标使用情况。
（3）杂质污染。经检查，富液活性炭过滤器曾发生故障，导致活性炭进入脱碳溶液，虽然进行了紧急处理，但目前填料中存在活性炭残渣，系统溶液在更换活性炭后变黑。
（4）工艺参数偏差。增压工艺导致原料气温度较高，目前的实验室研究及理论认识已经比较明确，脱碳溶液效率与原料气温度的敏感度远高于脱碳溶液，所以贫液入塔温度对对法发泡的产生影响很小。同时检查，重沸器温度正常，不会导致脱碳溶液发泡。
4 S气田脱碳溶液发泡治理措施及实施效果
针对上述问题从调整集气工艺、加强补充水水质监测、防止活性炭污染及增加在线净化流程等方面提出了治理措施，实施3个月后，经检查取得了较好的效果。
（1）调整集气工艺参数。通过调整水套炉参数，降低井场出站温度，调减集中增压气量，降低脱碳单元前端原料气入塔温度。
（2）加强补充水水质监测。加密对补充水水质的检测，如果出现部分离子浓度超标，尽快进行补充水净化流程检修。
（3）防止活性炭污染。调整活性炭的更换周期，按照每周分析一次胺液进出活性炭过滤器的发泡趋势，通过溶液颜色、外观变化判断活性炭更换时机，同时确保活性炭的使用周期不大于半年。
（4）在线净化工艺。增加在线胺液净化流程，采用电渗析技术使溶液中Na+含量≤1000ppm、Cl-含量≤500ppm，确保无机盐离子达到技术要求。
（5）通过上述措施，脱碳溶液发泡表观检查得到了有效缓解，脱碳系统运行稳定，预计每年减少MDEA溶液损失10吨，节省生产成本45万元。
参考文献：
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