天然氣處理裝置節(jié)能研究

焦曉輝(大港油田天然氣公司天然氣處理站，天津300280)

天然氣處理裝置節(jié)能研究

焦曉輝(大港油田天然氣公司天然氣處理站，天津300280)

天然氣處理站在進(jìn)行天然氣處理和高附加值產(chǎn)品回收的過程中，每年用電消耗近4000萬千瓦時，天然氣消耗300余萬方，占全公司能源消耗的總量的70%以上，因此深挖裝置節(jié)能降耗潛力具有重要意義。天然氣處理站從各個工藝環(huán)節(jié)入手，結(jié)合生產(chǎn)管理經(jīng)驗，深入開展節(jié)能降耗研究。

原料氣壓縮機(jī);再生氣加熱爐;燃?xì)?陜氣冷能利用

1 原料氣增壓系統(tǒng)節(jié)能措施

1.1 合理匹配壓縮機(jī)運(yùn)行模式

天然氣處理站港氣處理原料氣壓縮機(jī)包括進(jìn)口壓縮機(jī)和國產(chǎn)直輸機(jī)兩類，對低壓氣的處理能力分別為30萬方/天和15萬方/天，對中壓氣的處理能力分別為15萬方/天和7.5萬方/天，主電機(jī)額定功率分別為2425kW和1250kW。以同樣處理30萬方/天的低來氣為例，進(jìn)口壓縮機(jī)只需運(yùn)行一臺，國產(chǎn)直輸機(jī)需要同時運(yùn)行2臺，再加上輔機(jī)系統(tǒng)（如油泵、水泵、級間空冷器等）的能耗，則進(jìn)口壓縮機(jī)的總功率為2475kW，國產(chǎn)直輸機(jī)的總功率為2597kW，進(jìn)口壓縮機(jī)耗電量略低于2臺國產(chǎn)直輸機(jī)耗電量之和。推理按照上述關(guān)于壓縮機(jī)處理能力以及現(xiàn)場實踐驗證，得出以下結(jié)論：當(dāng)?shù)蜌饬吭?6-55萬方/天時，采用一臺進(jìn)口壓縮機(jī)和一臺國產(chǎn)直輸機(jī)的運(yùn)行模式；氣量在55-70萬方/天時，采用兩臺大機(jī)子運(yùn)行模式；氣量在70萬方/天以上時，采用兩大一小運(yùn)行模式。

1.2 適當(dāng)降低原料氣壓縮機(jī)末級排氣壓力

經(jīng)原料氣壓縮機(jī)增壓后的混合天然氣，經(jīng)過濾分離、脫水、脫硫、冷箱換熱和丙烷輔助制冷工藝后，流經(jīng)膨脹機(jī)噴嘴，經(jīng)膨脹降溫后進(jìn)入分餾單元重接觸塔。原料氣壓縮機(jī)末級排氣壓力控制過低則會影響下游制冷單元中膨脹機(jī)運(yùn)行效率和系統(tǒng)制冷深度；反之，若控制過高，則會使壓縮機(jī)的壓縮比增大，從而縮短壓縮機(jī)運(yùn)動部件的壽命，造成用電單耗上升。壓縮機(jī)末級排氣壓力由重接觸塔操作壓力及膨脹機(jī)噴嘴開度直接影響，進(jìn)而影響壓縮機(jī)工作負(fù)荷。實際生產(chǎn)運(yùn)行中，原則上要在滿足膨脹機(jī)制冷深度及運(yùn)行效率的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增大膨脹機(jī)噴嘴開度控制，從而降低壓縮機(jī)末級排氣壓力，減少壓縮機(jī)用電負(fù)荷。

此外，做好壓縮機(jī)下游各過濾器、脫硫塔、冷箱等容器設(shè)備地檢修保養(yǎng)，減少系統(tǒng)壓降損失，在一定程度上也有助于降低壓縮機(jī)末級排氣壓力，以達(dá)到節(jié)電目的。

2 分子篩脫水系統(tǒng)節(jié)能措施

2.1 合理降量控制分子篩再生氣流量

分子篩再生氣引自凈化外輸干氣，經(jīng)加熱爐加熱至280℃左右，對分子篩進(jìn)行干燥再生，再生效果受再生溫度、流量、時間影響。一般情況下，再生時間和再生溫度調(diào)節(jié)余地較小，而流量可調(diào)性較大。為探究再生氣流量對再生效果的影響程度，將流量從6000m3/h逐漸降低至4000m3/h，記錄分子篩塔再生期間加熱爐燃?xì)庀募懊撍Ч?，最后?yōu)選出5000m3/h時的脫水效果達(dá)標(biāo)，且節(jié)能效果明顯。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，分子篩塔再生8小時中，分子篩再生效果的好快關(guān)鍵環(huán)節(jié)是再生的前5小時，而再生的后3個小時對再生效果的影響較小。因此可在再生后程將再生氣流量降至4500m3/h。經(jīng)測試，采用以上措施后，每天節(jié)約再生氣爐燃?xì)庀?20方左右。

2.2 分子篩脫水單元增加再生氣換熱工藝

分子篩干燥器吸附脫水采用三塔流程，吸附、再生、冷吹切換周期為8h。冷吹氣引自外輸凈化氣，為分子篩塔冷吹后，再進(jìn)入加熱爐加熱至280℃，為再生塔再生。

為充分利用高溫再生氣熱量，達(dá)到節(jié)約加熱爐燃?xì)獾哪康?，可在分子篩塔出口冷吹氣進(jìn)加熱爐之前增加一個換熱器。當(dāng)T1大于T2時，溫控閥關(guān)閉，分子篩塔出口冷吹氣在換熱器中獲得高溫再生氣熱量，再進(jìn)入加熱爐繼續(xù)加熱，之后去再生塔進(jìn)行再生；當(dāng)T1小于或等于T2時，溫控閥打開，冷吹氣直接進(jìn)入加熱爐加熱，然后去再生塔進(jìn)行再生。增加換熱器后，可有效利用高溫再生氣的熱量，降低加熱爐工作負(fù)荷，從而降低其燃?xì)庀摹?/p>

圖一 分子篩脫水單元增加再生氣換熱技術(shù)工藝流程圖

3 制冷系統(tǒng)節(jié)能措施

天然氣處理站天然氣處理裝置采用膨脹機(jī)+DHX制冷工藝，配備丙烷輔助制冷系統(tǒng)。膨脹機(jī)增壓端出口空冷器冷卻效果受天氣溫度影響較大，冬季約為25℃，但在夏季高達(dá)40℃。為提高夏季期間裝置C3收率，需啟運(yùn)丙烷輔助制冷系統(tǒng)對原料氣進(jìn)行降溫。丙烷壓縮機(jī)主電機(jī)功率430kW，出口空冷器功率22kW（共6臺），每年運(yùn)行電費(fèi)達(dá)100萬元以上。

目前正在開展的陜氣冷能利用項目，即在天然氣處理系統(tǒng)中新建一具冷箱，膨脹機(jī)增壓端出口空冷器后天然氣（溫度約45℃）通過冷箱換熱吸收轉(zhuǎn)輸?shù)年兙┹敋夤艿乐刑烊粴猓囟?～12℃）中的冷量，將其溫度降至17～20℃，在保證裝置較高C3收率情形下，實現(xiàn)丙烷機(jī)停運(yùn)，從而減少夏季電力消耗。

4 結(jié)語

天然氣處理裝置是提高天然氣產(chǎn)品附加值的效益大戶，也是能耗大戶，因此在裝置工藝設(shè)計環(huán)節(jié)和生產(chǎn)運(yùn)行管理環(huán)節(jié)，通過認(rèn)真思考，總結(jié)經(jīng)驗，不斷優(yōu)化裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施和方案，使裝置運(yùn)行效率達(dá)到最佳，最終實現(xiàn)天然氣處理裝置綜合能耗單耗值的持續(xù)降低。

[1]謝國東.淺談天然氣輕烴回收裝置節(jié)能技術(shù)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014年04期.