天然氣凈化廠節能降耗途徑分析

梁瑋瑋（大慶油田工程有限公司）

為了降低天然氣凈化過程的能量消耗和操作成本，對天然氣凈化廠工程實施了總承包管理模式和HAZOP分析方法。實施總承包管控項目就是要實現設計的優化，節能降耗，從而提高工程整體銜接能力，保證工程進度和質量。徐深9天然氣凈化廠試點工程預計每天處理能力200×104m3，以此工程為例，介紹凈化廠在方案、流程等方面的優化設計和節能措施。

1 設計方案

針對氯離子含量的危害進行技術經濟對比，在徐深9集氣站建設時，保留徐深9集氣站原有40×104m3/d三甘醇脫水裝置，并新建1套30×104m3/d三甘醇脫水裝置，降低進站原料氣中氯離子含量，確保凈化廠進站的3股原料氣氣質的一致性。為此，凈化廠內集配氣單元中原料氣重力分離器、過濾分離器、管匯、徐深9來氣的集輸管道、工藝閥門和儀表閥門等材質由316L改為碳鋼。

為防止分子篩脫水裝置再生氣冷卻器循環水結垢對生產的影響，再生氣冷卻器由管殼式水冷卻器改為空冷器。

由于徐深9來氣已經過三甘醇脫水裝置進行脫水，為此，徐深9來氣的越站流程取消，在徐深9集氣站進行越站，從而減少越站管道的長度。另外，還增加了應急廣播系統及周界防護監控系統。

2 工藝流程

徐深8、9、21等區塊天然氣進入集配氣單元，經胺法脫碳裝置脫除二氧化碳后，濕凈化氣進入三甘醇脫水裝置進行脫水處理，作為商品天然氣送至徐深9集氣站外輸。脫碳裝置得到的酸氣進行增壓、干燥處理后，送至樹101二氧化碳液化站及芳48二氧化碳液化站進行液化。

選用此工藝流程使上下游結合，裝置具有較強的靈活性：

1）根據上下游特點，以及徐深8、9、21區塊的地質、開發和試采數據，結合地質開發風險，合理確定新建脫碳裝置的建設規模，將脫碳、脫水裝置采用雙列建設的方式，具有很好的適應性。

2）為保證上游集氣站超壓分散放空對環境的影響，將集氣站的放空點設置在凈化廠內，集中排放。

3）依據芳48、樹101液化站對二氧化碳、原料氣的不同工藝技術要求，采用不同壓力分別出站，增加集中增壓管理的可靠性。

3 HAZOP分析

1）偏差：逆流；低液位；操作；過量。

2）原因：上游輸氣管線破裂，導致下游高壓氣體從破裂處泄漏，造成逆流；過濾分離器底部出口手動閥門開度過大；收球筒平衡管線位置安裝不當；燃料氣進口控制閥01PV113打開或旁路打開。

3）后果：含CO2天然氣泄漏導致環境污染；過濾分離器液位降低，導致無液位，高壓氣串入下游污水排放灌，造成超壓，導致設備損壞；引起燃料氣罐超壓，導致設備損壞，燃料氣中斷，全廠停車。

4）有限保護措施：每條分支管線有止回閥；污水排放罐有4 in（1 in=25.4mm）大氣排放口，設置在安全位置，液位低報01LIA102/3/4/5；01PIA114高報PSV0111。

5）風險定級：高。

6）建議：增加01PT108壓力低低關斷01HZV201，01PT109壓力低低關斷01HZV202，01PT110壓力低低關斷01HZV203；增加01PIC102/103/104壓力低報；壓力等級升為10MPa；增加自動關斷和釋放設施；過濾分離器增加低低液位關斷；平衡管線與收球筒在氣相空間。

4 工程優化

1）根據HAZOP分析結果對工程內容做如下調整：

◇材質改變。超過60℃貧胺液管線材質、貧液空冷器材質由304L改為316L，原因是氯離子腐蝕。

◇負壓設計。對再生塔、酸氣分離器、閃蒸塔、閃蒸氣分離器、一段壓縮機入口分離器進行全負壓校核，增加支撐圈，其中酸氣分離器增加壁厚2mm。

◇流程改變。增加原料氣聚結過濾器低低液位開關及聯鎖切斷閥，增加燃料氣系統備用氣源，一段壓縮機后增加自動泄壓放空，增加高壓火炬分液罐連續液位遠傳，增加溫度、壓力變送器。

◇外防護層保溫。由鍍鋅薄板改為鋁薄板，鋁薄板厚度在0.6～1.0mm之間。

◇增加循環水冷卻塔風扇電動機防爆設計，增加可燃氣體監測器及CO2氣體監測器。

2）調整工藝安裝方案，加大脫碳裝置區二層平臺，部分設備及閥門的安裝布置在二層平臺上，從而減小占地面積。管架由4m寬增加至8m寬，長度增加95m。

3）綜合控制樓的功能進一步細化，從安全防火的角度出發，增設另一出口樓梯，西墻和北墻做防爆設計。

4）優化全廠平面布置，同時在集配氣單元為未來區塊做出預留，凈化廠占地面積有所減小。

5）增加徐二變電所改造工程量。

6）為保證冬季裝置的運行可靠性，將用于保溫的電伴熱改為高溫乙二醇水溶液伴熱。

7）為方便生產管理，增加用于存儲胺液、潤滑油、乙二醇的料庫，增加建筑面積282.26m2。

8）通過詳細勘察，徐深9-芳48液化站二氧化碳外輸管道減少3 km，土方量減少2.1×104m3，增加了72m和40m水渠穿越各一處。

9）吸收塔和再生塔高度降低，減少復合板用量。

10）增加廠前區及部分裝置區鋪砌，新增站外停車場等，共計增加道路及鋪砌面積4800m2。

5 節能分析

5.1 節能技術和工藝

1）脫碳裝置采用活化MDEA脫碳工藝，溶劑對CO2的負載量大，溶解熱低，吸收與再生之間的溫差較小，再生溫度低，裝置能耗降低。

2）優化脫碳裝置閃蒸塔操作壓力，閃蒸氣可作為燃料氣回收利用，減少烴類損失。

3）MDEA溶液再生時依靠閃蒸降壓即可解吸出大量的二氧化碳，從而減少了再生所需的熱耗。

4）設置貧富液換熱器，既回收貧液的熱量，又降低貧液冷卻器的負荷。

5）原料天然氣與凈化天然氣換熱，減少裝置循環冷卻水耗量及下游脫水負荷，能量利用合理。

6）貧液冷卻器采用空冷器，空冷器采用變頻調節工藝，降低裝置的水耗和電耗。

7）優化工藝參數，提高自控水平，降低裝置的能耗。

8）再生氣冷卻器采用空冷，并采用變頻調節工藝，減緩循環水結垢，提高換熱效率，降低裝置的水耗和電耗。

5.2 節能設備和材料

1）脫碳裝置采用密閉流程，選用操作靈活、密封性能良好的閥門，減少天然氣的漏損量。

2）采用高效絕熱的保溫材料，優化保溫結構，減少設備、管道的熱能損失，節約能源。

6 結語

借助HAZOP軟件，對徐深9天然氣凈化廠200×104m3/d凈化裝置進行模擬計算和參數優化后，在保證凈化氣產品質量的前提下，與優化前相比凈化裝置能耗降低，從而實現了降低天然氣凈化過程的能量消耗、提高經濟效益的目標。