程萬(wàn)倉(cāng) 初麗莉(中國(guó)石化中原油田天然氣處理廠 河南 濮陽(yáng) 457001)

前言

中原油田天然氣處理廠第三氣體處理廠一期處理裝置引進(jìn)了國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，其主要工藝流程為：低壓原料氣經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)的原料氣壓縮機(jī)加壓后分離出各種水分雜質(zhì)等形成高壓氣體；高壓氣體再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流制冷和膨脹機(jī)膨脹制冷后進(jìn)入脫甲烷塔，經(jīng)蒸餾塔頂采出甲烷氣，塔底采出重?zé)N；脫甲烷塔的塔底采出相增壓后進(jìn)入脫乙烷塔，脫乙烷塔頂采出乙烷，塔底采出物經(jīng)增壓后進(jìn)入脫丙烷塔；同樣脫丙烷塔塔底采出進(jìn)入脫丁烷塔，至此可知我廠產(chǎn)品主要有氣體甲烷、液態(tài)乙烷、氣霧劑級(jí)丙烷、商品丁烷及作為精細(xì)加工原料的穩(wěn)定輕烴。液態(tài)乙烷經(jīng)長(zhǎng)輸管道輸送至中原乙烯作為優(yōu)質(zhì)裂解原料。

由于現(xiàn)有原料氣進(jìn)氣條件同最初裝置設(shè)計(jì)時(shí)的狀況相差較大，主要體現(xiàn)在來(lái)氣量及來(lái)氣組分的差異較大，造成了脫乙烷塔的操作參數(shù)波動(dòng)范圍較大，調(diào)節(jié)存在較大滯后性，嚴(yán)重影響乙烷產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而影響了其它產(chǎn)品產(chǎn)量以及后續(xù)各蒸餾塔的平穩(wěn)操作。因此提高乙烷產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。

一、分析過(guò)程

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的理論分析和數(shù)據(jù)對(duì)比，影響乙烷產(chǎn)品質(zhì)量的諸多因素主要有以下幾點(diǎn)：脫甲烷塔頂溫度、脫乙烷塔回流量、脫乙烷塔靈敏板溫度、脫乙烷塔的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)滯后等。

因此計(jì)劃在脫乙烷塔裝置原有設(shè)計(jì)條件的基礎(chǔ)上,優(yōu)化脫甲烷塔頂溫度、脫乙烷塔的回流量、脫乙烷塔的靈敏板溫度等主要工藝參數(shù),同時(shí)儀表方面修復(fù)調(diào)節(jié)閥，注重系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，以此提高乙烷產(chǎn)品質(zhì)量。

二、參數(shù)優(yōu)化及確定

根據(jù)理論與實(shí)際相結(jié)合針對(duì)影響一期脫乙烷塔產(chǎn)品質(zhì)量的諸多參數(shù)進(jìn)行了以下優(yōu)化處理。

1.脫甲烷塔頂溫度

近年來(lái)，由于原料氣中CO2含量的增加導(dǎo)致低溫發(fā)生凍堵，致使脫甲烷塔塔頂溫度無(wú)法降至設(shè)定范圍，致使大量C2及C3+進(jìn)入甲烷中，造成了產(chǎn)品的損失，嚴(yán)重影響了乙烷產(chǎn)品質(zhì)量和輕烴產(chǎn)品產(chǎn)量，進(jìn)而降低了裝置運(yùn)行的整體效益。因此降低脫甲烷塔塔頂溫度，最終減少干氣中C2H6的含量是提高乙烷產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑。

根據(jù)原料氣中CO2含量與甲烷塔凍堵溫度的對(duì)應(yīng)值進(jìn)行甲烷塔頂溫度控制，在不出現(xiàn)凍堵的情況下最大限度的降低脫甲烷塔溫度，主要方法：

①降低原料氣進(jìn)入冷箱時(shí)的溫度。

調(diào)整原料氣終端冷凝器的供液閥開(kāi)度，降低原料氣進(jìn)入冷箱時(shí)的溫度。

②提高NGL深冷裝置膨脹機(jī)制冷量。

提高膨脹機(jī)膨脹比增加膨脹機(jī)的負(fù)荷有助于脫甲烷塔頂溫度的下降，從而降低干氣中重組分的含量，減少了C2及以上組分的損失，為C2等組分的回收提供了有力的條件。

③增加丙烷制冷的深度。

控制壓縮機(jī)各段入口流量在滿足最小流量的情況下最大限度的降低防喘流量，同時(shí)降低高壓丙烷空冷后的溫度，提高丙烷系統(tǒng)的制冷效率。

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與探索，逐漸摸索出了原料氣中所含CO2濃度與脫甲烷塔發(fā)生凍堵時(shí)甲烷塔頂溫度的對(duì)應(yīng)值，此表為降低脫甲烷塔頂溫度的同時(shí)避免脫甲烷塔發(fā)生凍堵現(xiàn)象提供了有力的保障。

2.脫乙烷塔回流量

脫乙烷塔內(nèi)若液相不足，就會(huì)不足以冷凝上升的氣體，弱化了各組分分離效果，造成塔頂餾出重組分過(guò)多，產(chǎn)品不合格?；亓髡菫榫s塔提供足夠的液相，最佳的回流量保證了乙烷塔頂?shù)牟沙龊细瘛?/p>

合理改變回流量，長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)比回流量與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系，確定脫乙烷塔最佳回流量。

在裝置運(yùn)行期間(原料氣中CO2含量相差不大時(shí))針對(duì)乙烷塔在不同回流量時(shí)對(duì)應(yīng)乙烷產(chǎn)品的質(zhì)量展開(kāi)了一系列主要數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，回流量的變化范圍確定在5.5t/h—6.7t/h之間。

由最終數(shù)據(jù)得出結(jié)論當(dāng)脫乙烷塔回流量達(dá)到6.5t/h時(shí)，乙烷產(chǎn)品中的C2H6含量達(dá)到最大值94.7%。若回流量繼續(xù)增大將會(huì)增加塔的整體熱負(fù)荷，增加能耗，對(duì)塔造成損壞及不必要的能源浪費(fèi)，因此通過(guò)此組數(shù)據(jù)將脫乙烷塔回流的最佳流量定為6.5t/h。

3.脫乙烷塔靈敏板溫度

脫乙烷塔靈敏板溫度的設(shè)定值控制著塔底重沸器熱量的大小，也就是說(shuō)直接影響著塔的底溫，底溫過(guò)高則會(huì)造成塔頂重組分多，產(chǎn)品質(zhì)量低，降低下游重?zé)N回收率；底溫過(guò)低致使輕組分進(jìn)入下游塔群，造成下游塔群的工況不穩(wěn)定，超壓甚至放空造成浪費(fèi)及環(huán)境污染。

合理改變靈敏板溫度設(shè)定值，監(jiān)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)比其與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系，確定脫乙烷塔最佳靈敏板溫度是優(yōu)化此參數(shù)的具體手段。

裝置運(yùn)行期間針對(duì)脫乙烷塔在不同靈敏板溫度時(shí)對(duì)應(yīng)乙烷產(chǎn)品的質(zhì)量的一系列主要數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)顯示靈敏板溫度在76.5℃-80℃范圍內(nèi)的規(guī)律如下：當(dāng)脫乙烷塔靈敏板溫度設(shè)定值達(dá)到79.6℃時(shí)，乙烷產(chǎn)品中C2H6濃度最高可達(dá)94.9%。隨后靈敏板溫度再次提升時(shí)，乙烷產(chǎn)品中C3重組分的比例會(huì)增大。即試驗(yàn)中優(yōu)化的靈敏板溫度為79.6℃。

4.在優(yōu)化各工藝參數(shù)的同時(shí)，儀表方面脫乙烷塔調(diào)節(jié)閥因調(diào)節(jié)滯后也嚴(yán)重的影響了乙烷產(chǎn)品的純度。

調(diào)節(jié)閥只有在自動(dòng)的狀態(tài)下無(wú)滯后現(xiàn)象發(fā)生時(shí)才能更加連續(xù)靈活的調(diào)整至平穩(wěn)的工藝參數(shù)范圍內(nèi)。儀表人員整修后脫乙烷塔各調(diào)節(jié)閥已達(dá)到靈活自動(dòng)調(diào)解狀態(tài)。

三、效果評(píng)價(jià)

處理廠的伴生氣量下降氣質(zhì)越來(lái)越貧，裝置的設(shè)計(jì)是根據(jù)最初的進(jìn)氣條件進(jìn)行的，進(jìn)氣條件的變化以及設(shè)備的老化會(huì)給裝置的平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)一些挑戰(zhàn)，

在調(diào)整至優(yōu)化后的設(shè)定工藝參數(shù)后，我們又采取了一系列的鞏固措施：加強(qiáng)精餾等相關(guān)知識(shí)培訓(xùn)、學(xué)習(xí)和探討，進(jìn)一步提高操作人員的技能水平，應(yīng)對(duì)并解決出現(xiàn)的問(wèn)題以及制定相關(guān)的運(yùn)行方案，確保設(shè)備在最佳的參數(shù)內(nèi)運(yùn)行。

同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中注意觀察流量、組分、溫度、壓力和液位的變化情況，及時(shí)調(diào)的相關(guān)參數(shù)，配合儀表確保自動(dòng)控制的準(zhǔn)確性和靈敏性，使生產(chǎn)過(guò)程順利平穩(wěn)進(jìn)行。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的不斷優(yōu)化探索總結(jié)，優(yōu)化后脫乙烷塔的乙烷產(chǎn)品中C2H6組分的摩爾百分比相對(duì)于優(yōu)化前平均增加了近4個(gè)百分點(diǎn)，乙烷產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯提高，徹底杜絕了不合格產(chǎn)品。同時(shí)下游的丙、丁烷塔運(yùn)行穩(wěn)定，避免了之前因輕組分進(jìn)入導(dǎo)致的超壓或防空。

[1]閆蓉.氣體分餾裝置脫乙烷塔的工藝優(yōu)化研究[J].石油化工設(shè)計(jì).2010,27(02)：34-36.

[2]荊舉祥，徐華.脫乙烷塔操作壓力對(duì)氣分裝置經(jīng)濟(jì)效益的影響[J].石油化工設(shè)計(jì).2007,20(01)：115-116.