大竹天然氣凈化裝置節(jié)能實踐

袁鋮 胡超 蔣芙蓉 邱彬 蘭鈴（西南油氣田分公司天然氣凈化總廠）

大竹天然氣凈化廠隸屬中國石油西南油氣田分公司天然氣凈化總廠，于2007 年7 月16 日開工建設(shè)，2008 年4 月28 日建成投產(chǎn)，工廠占地面積111.95畝。該廠主要用能單元包括脫硫單元、脫水單元、硫黃回收單元、空氮站、鍋爐單元、循環(huán)水單元等。主要用能設(shè)備有MDEA溶液循環(huán)泵、明火加熱爐、主風(fēng)機(jī)、尾氣灼燒爐、鍋爐和空壓機(jī)等。

1 能源和水資源供應(yīng)和消費(fèi)情況

大竹分廠由烏木水庫經(jīng)過凈化處理后提供，裝置、取水點(diǎn)、公遇用電由東柳變電站、清溪變電站及地方提供。

大竹分廠的能源消耗主要包括電力、天然氣、水（蒸汽）三大類。其中，電能用于泵、風(fēng)機(jī)等轉(zhuǎn)動設(shè)備動力電，以及裝置晚間照明等；燃料氣消耗主要在鍋爐、脫水裝置的明火加熱爐、硫黃回收裝置的各級加熱爐和尾氣灼燒爐等處，燃料氣的來源為脫硫和脫水裝置的閃蒸氣及凈化氣；水消耗主要為鍋爐、廢熱鍋爐、各級硫黃冷凝器、循環(huán)水系統(tǒng)等補(bǔ)充用水及裝置日常、檢維修清洗設(shè)備用水等。蒸汽主要用于脫硫裝置的再生塔重沸器熱源、管道及設(shè)備的伴熱保溫、液流池加熱保溫，以及液流脫氣系統(tǒng)的蒸汽噴射器動力等。2017—2019年大竹分廠水電氣消耗情況見表1。

表1 2017—2019年大竹分廠水電氣消耗情況

2 大竹凈化裝置主要耗能設(shè)備節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

2.1 燃?xì)忮仩t

工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行綜合評判按GB/T 17954—2007《工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》執(zhí)行，對熱效率、空氣系數(shù)、排煙溫度通過打分法評判鍋爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的綜合判別分為一等、二等、三等及不合格四級，鍋爐節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評判標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 鍋爐節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評判標(biāo)準(zhǔn)

大竹凈化裝置燃?xì)忮仩t節(jié)能運(yùn)行情況見表3。從能耗監(jiān)測的結(jié)果來看，2 臺鍋爐排煙溫度均大于標(biāo)準(zhǔn)值160 ℃的指標(biāo)要求。2 臺鍋爐的熱效率處于三等運(yùn)行效率。

表3 大竹凈化裝置燃?xì)忮仩t節(jié)能運(yùn)行情況

2.1.1 原因分析

1）鍋爐排煙溫度偏高，將影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性（一般排煙溫度每升高10 ℃，排煙損失增加0.5%～0.8%）。造成排煙溫度升高的原因一般主要有漏風(fēng)、受熱面積灰、環(huán)境大氣溫度高等原因[1]。

2）低負(fù)荷運(yùn)行造成鍋爐燃燒機(jī)空氣調(diào)節(jié)不精準(zhǔn)，鍋爐的配風(fēng)調(diào)節(jié)不合理（不及時），導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行熱效率不高。

3）鍋爐未加裝省煤器，導(dǎo)致煙氣無法進(jìn)行換熱，造成熱量損失。

2.1.2 節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施

1）根據(jù)裝置實際生產(chǎn)情況，及時調(diào)整裝置鍋爐負(fù)荷。鍋爐負(fù)荷的初步核算方法如下：凈化裝置在重沸器換熱效率正常情況下，MDEA溶液再生蒸汽耗量可以按照每噸MDEA 再生消耗0.1～0.15 t 蒸汽進(jìn)行估算[2]，天然氣凈化裝置管線保溫蒸汽消耗按照1.5～2 t 蒸汽進(jìn)行估算，計算裝置全裝置蒸汽需求量，同時結(jié)合廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽量計算燃?xì)忮仩t蒸汽負(fù)荷。

2）日常生產(chǎn)期間，按每生產(chǎn)1 t蒸汽消耗燃料氣75～85 m3進(jìn)行估算，正常配風(fēng)情況下，如果出現(xiàn)排煙溫度過高，燃料氣消耗增加而鍋爐負(fù)荷不變，則可判斷鍋爐存在結(jié)垢、積碳、積灰異常，年度裝置大修期間進(jìn)行檢查，開展換熱面的清灰工作。

3）加強(qiáng)鍋爐燃燒配風(fēng)管理，提高自動配風(fēng)控制精度，及時調(diào)整進(jìn)風(fēng)量，讓空燃比達(dá)到最佳值。長期低負(fù)荷運(yùn)行鍋爐可根據(jù)實際情況對相應(yīng)的燃燒機(jī)進(jìn)行更換。

4）加強(qiáng)鍋爐的防垢和除垢工作。一是做好鍋爐給水的管理，確保給水水質(zhì)和爐水達(dá)標(biāo)。二是加強(qiáng)鍋爐的連續(xù)排污和定期排污操作管理，應(yīng)每天進(jìn)行2～3 次人工定期排污操作，為降低排污熱損失，排污率不宜大于10%。

5）加強(qiáng)凝結(jié)水管理，提高凝結(jié)水回收率，減少軟水補(bǔ)充量，補(bǔ)水每降低1%，熱損失可以降低1.8%～4.5%。

2.2 脫水裝置燃?xì)饧訜釥t

燃?xì)饧訜釥t評價指標(biāo)按GB/T 31453—2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》執(zhí)行，考核指標(biāo)包括熱效率、空氣系數(shù)、排煙溫度和爐體外表面溫度四項，4 項考核指標(biāo)中若有任意一項不合格則視為不合格。4 項評價指標(biāo)同時達(dá)到節(jié)能監(jiān)測限定值的視為“節(jié)能監(jiān)測合格設(shè)備”。在此基礎(chǔ)上，被監(jiān)測設(shè)備的熱效率指標(biāo)達(dá)到節(jié)能評價值可視為“節(jié)能監(jiān)測節(jié)能運(yùn)行設(shè)備”。燃?xì)饧訜釥t的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)綜合評判指標(biāo)見表4。

表4 燃?xì)饧訜釥t的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)綜合評判指標(biāo)

通過對加熱爐進(jìn)行能耗監(jiān)測，大竹凈化裝置燃?xì)饧訜釥t運(yùn)行情況見表5。大竹凈化裝置明火加熱爐運(yùn)行情況良好，但熱效率較低。燃燒爐配風(fēng)不合理、排煙溫度過高是影響燃?xì)饧訜釥t經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素。

表5 大竹凈化裝置燃?xì)饧訜釥t運(yùn)行情況

2.2.1 原因分析

1）隨著裝置運(yùn)行時限增長，天然氣中雜質(zhì)進(jìn)入脫水系統(tǒng)，隨著三甘醇附著在加熱爐管壁，影響傳熱；由于再生溫度控制過高，三甘醇產(chǎn)生降解產(chǎn)物附著管壁，進(jìn)一步影響傳熱；裝置燃燒室火管積灰過多。

2）過?？諝庀禂?shù)高主要由燃燒爐配風(fēng)控制不好造成，大竹凈化裝置脫水裝置燃?xì)鉅t配風(fēng)由手動風(fēng)門控制，無法精確控制風(fēng)量，同時火焰觀察孔未密封，影響配風(fēng)精度。過?？諝饬吭龃?，導(dǎo)致排煙熱損失較大，熱效率不高[3]。

2.2.2 節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施

1）加強(qiáng)原料氣系統(tǒng)過濾，避免原料氣中雜質(zhì)進(jìn)入脫水系統(tǒng)。每年清洗加熱爐精餾柱，隔年對再生釜抽芯檢查、清洗換熱面。

2）嚴(yán)格控制再生溫度在（200±2）℃范圍內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)工況和季節(jié)的變化，結(jié)合燃燒火焰情況，適時調(diào)節(jié)空氣量，改善燃燒質(zhì)量。

3）加強(qiáng)燃燒空氣過濾，定期清理空氣過濾網(wǎng)。

2.3 泵機(jī)組

評價依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13469－2008《離心泵、混流泵、軸流泵與旋渦泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》規(guī)定，泵機(jī)組的評價項目為機(jī)組運(yùn)行效率與額定效率的比值，綜合判別分經(jīng)濟(jì)、合格及不合格三級，泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)綜合評判指標(biāo)見表6。

表6 泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)綜合評判指標(biāo)

凈化總廠各裝置泵機(jī)組運(yùn)行情況見表7。通過監(jiān)測結(jié)果看，機(jī)泵設(shè)備運(yùn)行情況良好。

表7 凈化總廠各裝置泵機(jī)組運(yùn)行情況

2.4 變壓器

執(zhí)行SY/T 6373—2016《油氣田電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)范》，考核參數(shù)包括負(fù)載系數(shù)、線損率、功率因數(shù)，3 項考核參數(shù)中若有任意一項不合格則視為不合格，變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)綜合評判指標(biāo)見表8。

表8 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)綜合評判指標(biāo)

大竹凈化裝置變壓器監(jiān)測結(jié)果見表9。變壓器節(jié)能監(jiān)測合格率為50%，主要為清溪線10 kV 變壓器運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

表9 大竹凈化裝置變壓器監(jiān)測結(jié)果

1）原因分析。被測10 kV變壓器功率因數(shù)不合格，其距離大竹分廠15 km，主要為提水泵供電，未單獨(dú)安裝無功補(bǔ)償裝置。

2）節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施。對被測10 kV 變壓器安裝無功補(bǔ)償裝置，無功補(bǔ)償裝置選型應(yīng)根據(jù)涉及的典型無功功率選型，避免過補(bǔ)償。

3 凈化裝置節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理

天然氣凈化生產(chǎn)過程中隨著上游氣質(zhì)、氣量的變化，在運(yùn)行過程中，凈化裝置運(yùn)行的能耗將出現(xiàn)偏差，造成裝置設(shè)備運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)的情況，從管理上應(yīng)加強(qiáng)統(tǒng)計分析，及時發(fā)現(xiàn)問題，并實施相應(yīng)控制措施，確保裝置節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[4-6]。

3.1 開展裝置能耗精細(xì)化管理

1）加強(qiáng)能源計量配置，按照GB 17167—2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》要求，完善凈化裝置能源計量設(shè)施，并繪制計量網(wǎng)絡(luò)圖。

2）加強(qiáng)能耗統(tǒng)計分析，做好能耗基礎(chǔ)工作。每月對裝置水電氣消耗進(jìn)行統(tǒng)計，并做出消耗情況分析。通過能耗對比統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)裝置能耗變化，動態(tài)管理裝置能耗，及時發(fā)現(xiàn)裝置能耗異常情況以便及時處置。

3）做好重要耗能設(shè)備能耗監(jiān)測。定期對凈化裝置重要耗能設(shè)備進(jìn)行能效監(jiān)測，主要對鍋爐、泵、TEG再生釜、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、電動機(jī)、變壓器進(jìn)行效率監(jiān)測，分析重要耗能設(shè)備運(yùn)行情況，為裝置優(yōu)化運(yùn)行及技術(shù)改造提供基礎(chǔ)。通過能耗計量統(tǒng)計分析及重要耗能設(shè)備能耗檢測情況，可以反映凈化裝置運(yùn)行性能，為進(jìn)一步節(jié)能技術(shù)改造提供基礎(chǔ)。

3.2 優(yōu)化工藝參數(shù)

1）及時調(diào)整工藝參數(shù)，適應(yīng)原料氣氣質(zhì)、氣量變化。一是調(diào)整脫硫溶液循環(huán)量、溶液進(jìn)入吸收塔的入塔層數(shù)，提高脫硫效果；二是在保證脫硫再生貧液合格的前提下，降低進(jìn)入重沸器的蒸汽量；三是在確保產(chǎn)品氣合格的前提下，及時調(diào)整三甘醇再生釜配風(fēng)量、汽提氣量等工藝參數(shù)；四是根據(jù)酸氣、尾氣氣質(zhì)變化情況，及時調(diào)整主燃燒爐和尾氣灼燒爐燃料氣量和配風(fēng)。

2）做好設(shè)備節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行精細(xì)化操作。一是根據(jù)季節(jié)、溫度變化，及時調(diào)整貧液冷卻器、酸氣后冷器循環(huán)水用量和啟、停循環(huán)水空冷風(fēng)機(jī)、酸氣空冷風(fēng)機(jī)。同時根據(jù)裝置循環(huán)水用量，調(diào)整循環(huán)水泵的使用臺數(shù)，提高單臺設(shè)備運(yùn)行效率；二是根據(jù)貧富液板式換熱器前后壓差的變化情況，及時進(jìn)行切換、清洗，保證換熱器效率；三是鍋爐和蒸汽冷凝器的排污按工藝要求嚴(yán)格執(zhí)行，控制好其連續(xù)排污和定期排污頻率及排污量，減輕鍋爐結(jié)垢；四是定期檢查蒸汽閥和蒸汽疏水器，及時更換工作不正常的閥門和疏水器，減少蒸汽外排，提高凝結(jié)水回用率[7-10]。

3.3 開展技術(shù)改造，提高裝置節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平

近年來，設(shè)備低負(fù)荷運(yùn)行，總廠先后實施了一系列技術(shù)改造措施，應(yīng)用新工藝、新技術(shù)、新材料和新設(shè)備，提高裝置運(yùn)行效率，加大節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理。

1）優(yōu)化工藝流程，提高裝置運(yùn)行效率。根據(jù)裝置負(fù)荷情況，大竹凈化廠利用主風(fēng)機(jī)空氣量供給污水處理單元進(jìn)行曝氣已提高風(fēng)機(jī)負(fù)荷，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2）對設(shè)備實施改造，新增低功率設(shè)備滿足低負(fù)荷生產(chǎn)要求。當(dāng)裝置低負(fù)荷運(yùn)行時，設(shè)備不能控制在額定范圍內(nèi)，存在載荷過低的情況，增加小功率設(shè)備替換原設(shè)備或者配套使用能提高節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果。

4 結(jié)語

通過對凈化裝置主要能耗設(shè)備節(jié)能監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析影響凈化裝置主要能耗設(shè)備節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要原因，并結(jié)合生產(chǎn)實際，提出了一系列節(jié)能經(jīng)濟(jì)措施。結(jié)合日常生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)管理要求，從能源精細(xì)化管理、節(jié)能技術(shù)管理及裝置技術(shù)改造三個方面，實現(xiàn)了凈化裝置節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。