天然氣凈化裝置節能途徑探討

黃雪鋒　李　濤　李　靜　陶兆勇　程　璐　匡林驕

中國石油西南油氣田公司川中油氣礦磨溪天然氣凈化廠,　四川　遂寧　629000

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天然氣凈化裝置節能途徑探討

黃雪鋒李濤李靜陶兆勇程璐匡林驕

中國石油西南油氣田公司川中油氣礦磨溪天然氣凈化廠,四川遂寧629000

天然氣凈化屬高耗能領域,且節能工作點多面廣,故凈化裝置存在可觀節能潛力。針對含硫天然氣凈化裝置節能運行問題,圍繞凈化廠關鍵耗能點,從工藝節能、設備節能、電氣節能、儀表節能等方面論述了凈化裝置節能途徑。所述節能途徑可為凈化廠節能工作提供技術借鑒。

節能；工藝參數；脫硫；脫水；硫黃回收；天然氣凈化

0　前言

在實際生產活動中,天然氣凈化廠工作重心側重于生產任務和產品氣質量,而節能工作點多面廣,未有系統性的節能運行指導措施,加之環境氣候、氣質變化、氣量波動、工藝及設備適應性等因素,使得各地區凈化裝置存在不同程度的節能空間。針對含硫天然氣凈化裝置一般性工藝,結合國內天然氣凈化廠生產運行中出現的典型問題及節能經驗,天然氣凈化廠節能途徑進行了探討。

1　關鍵耗能點分析

含硫天然氣凈化工藝裝置主要包括脫硫裝置、脫水裝置、硫黃回收裝置、硫黃成型裝置、尾氣處理裝置、污水處理裝置、火炬與放空系統、公用工程等。含硫天然氣凈化廠主要耗能點見表1。

表1含硫天然氣凈化廠主要耗能點

耗能點耗能介質說明脫硫再生塔重沸器蒸汽耗費全廠蒸汽消耗總量90%以上[3]MDEA貧液空冷器電24h運轉,耗電大戶MDEA貧液后冷器循環水水耗與MDEA循環量密切相關酸氣空冷器電24h運轉,耗電大戶酸氣后冷器循環水水耗與再生酸氣量密切相關主胺泵電連續運轉,耗電大戶再生塔頂回流泵電連續運轉脫水再生重沸器燃料氣、汽提氣耗氣量受TEG再生溫度、循環量影響TEG循環泵電連續運轉尾氣灼燒爐燃料氣耗氣量受操作參數影響主風機電連續運轉,耗電大戶鍋爐燃料氣耗氣量受制于鍋爐負荷其他燃料氣、溶液等裝置跑、冒、滴、漏引起的能量損耗

2　節能途徑

2.1工藝及設備

結合表1主要能耗點,各工藝單元操作參數的控制和高效化工設備的普及是最直接的節能途徑。

2.1.1脫硫單元

胺液循環量控制。胺液循環量直接影響主胺泵電耗以及再生重沸器蒸汽負荷,是節能的重點對象。控制辦法為針對原料氣中H2S和CO2含量,以及凈化氣凈化度和CO2控制指標,選擇較經濟的氣液比[6],確定切實可行的最佳循環量。

貧、富液入塔溫度控制。貧液入塔溫度影響H2S吸收深度以及塔體正常運行。例如,某凈化廠貧液入塔溫度控制范圍為35～45℃,但實際運行中溫度波動不宜過大,溫度過高不利于選吸,過低則冷卻介質耗量增加,且易導致原料氣中烴類冷凝,引起溶液發泡。當半貧液溫度一定時,富液入塔溫度越高越利于降低重沸器蒸汽負荷,它取決于貧富液換熱器換熱效果。故一方面需加強貧富液換熱器進出口介質溫度監控,防止堵塞現象發生；另一方面,選用可靠性高、換熱效率高的換熱器,一般選取多管程列管式換熱器。

胺液循環泵(多級離心泵)流量控制,避免循環泵不匹配工況的現象。當原料氣中H2S含量減少引起胺液循環量減少時,可通過以軸套代替葉輪的辦法來減少循環量,從而節約電耗,并避免整體更換循環泵帶來的大幅投資。

再生塔壓力、溫度、回流比控制。再生塔高溫低壓,利于再生,但若壓力過低,則酸氣流速增大,易造成沖塔；塔頂溫度過高,則重沸器蒸汽耗量增大,酸氣帶液嚴重,亦同樣造成沖塔[7],如磨溪凈化廠試采工程的再生壓力控制小于80 kPa,再生塔塔頂溫度控制范圍為93～113 ℃,保證裝置平穩運行,減少不必要能耗；在保證貧液再生質量的前提下,盡量降低塔底溫度,因為該參數對重沸器負荷影響較大[8],此外,控制再生塔頂回流比小于2,降低回流泵能耗[9]。

其他節能措施。胺液經長時間運行,必然存積管線腐蝕物、熱穩定性鹽等雜質,胺液吸收性能受到影響,且存在溶液發泡隱患,故應加強原料氣過濾及貧、富液過濾,防止胺液污染,減少吸收塔胺液發泡[7]。對于300×104m3/d以上處理量凈化裝置,據某凈化廠實際操作經驗,當系統溶液電導大于2 000 μs/cm時,即需啟用胺液復活系統,直至系統溶液電導小于1 500 μs/cm,從而減少因發泡引起的非計劃放空；選擇質量過硬的富液過濾濾芯,杜絕使用濾布易坍塌、皺縮的濾芯；脫硫閃蒸氣引入燃料氣系統作為工廠自耗氣；回收脫硫裝置大修時設備首次清洗水用作MDEA溶液循環系統的補充水,減少凝結水消耗,節省能耗[9]。

2.1.2脫水單元

精餾柱塔頂溫度控制。塔頂溫度大于121 ℃時,TEG極易蒸發損失,實際運行中建議塔頂溫度控制在107 ℃,溫度調控通過控制進入塔內盤管的富液閥門開度來實現。

TEG再生器內壓力控制。TEG再生器內壓力越低,越利于TEG中水分蒸發,進而減少燃料氣量。一般地,TEG再生器內壓力控制為微負壓。

換熱設備、疏水器。近年來,國內天然氣凈化廠紛紛采用換熱效率高的板式換熱器。如某天然氣凈化一廠脫水單元TEG貧富液換熱器采用板式換熱器,相比傳統的管殼式換熱器,占地面積大幅度減小,換熱效率高,貧液溫度由約200 ℃降至95 ℃左右,降低了貧液空氣冷卻器和貧液后冷器負荷,而富液溫度由約55 ℃大幅提高到約160 ℃,減少了再生器燃料氣用量,大大提高了熱量回收率[11]。為進一步利用貧液熱量,可將貧富液換熱器出口富液引入再生器緩沖罐,進行盤管換熱后再引入精餾柱。監視疏水器回水溫度,過高則表明疏水器竄汽,造成蒸汽浪費。

2.1.3硫黃回收單元

凝結水罐排空蒸汽回收。采用CPS工藝的回收單元,其凝結水罐持續排空凝結水閃發蒸汽,經技術改造,將排汽管線接入至蒸汽空冷器的進口管線上,回收蒸汽并對其再次進行冷卻,同時使得凝結水罐的氧腐蝕現象得到有效控制[12]。

蒸汽疏水閥優化選型。合理選擇疏水閥是確保凝結水回收系統正常運行的關鍵環節。若不按照壓差和排量選取疏水閥排水孔直徑,將造成疏水閥排量過大或過小,出現漏汽或開旁通的浪費現象[12]。

N2用量優化。回收單元主燃燒爐爐頭24 h不間斷提供N2作為保護氣,實際生產中應摸索出合理的流量值,避免N2浪費；液硫儲罐在首次灌滿N2后,應立刻調低N2輸入量；吹氣式液位計的吹氣量隨被測對象容積的不同而不同,不宜統一設定為高流量值。對于擁有3臺以上空壓機的凈化廠,應根據裝置用氣工況確立適宜的空壓機啟運臺數,避免供過于求的現象。

2.1.4其他節能措施

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[10]。

調整長明燈燃料氣量至合理的最小流量值,放空火炬的分子封密封氣,在火炬頭出口處的流速控制在 0.02 m/s 內,以減少燃料氣耗量[9]。

2.2電氣及儀表

電耗在凈化廠生產成本中占相當比例,關于電耗的節能技術主要是變頻器的應用,如酸氣空冷器、貧液空冷器,在使用變頻器之前為手工調節空冷器頂部百葉窗開度,工藝參數控制不理想,電能浪費大,變頻器的投用實現了工藝參數精確控制,從而節約電能[12-13]。另外杜絕廠區照明浪費,大力推廣節能電器設備也不失為有效的節能手段。

現代化工廠離不開自動化儀表,并在工廠生產運行中占舉足重輕的地位。開展儀表節能主要有幾點[14]：

1)節約儀表資源。如蒸汽鍋爐上水無需安裝流量計；濕凈化氣不用設置溫度計；無需在各個換熱器循環水進口均設置循環水溫度計,而僅在循環水總管設置溫度計即可。

3)節省安裝材料。盡量減少引壓管長度,如此可減少開工熱量損失。

4)儀表維護節能。監視疏水器回水溫度,過高則表明疏水器躥汽,造成蒸汽浪費；重視儀表風管線、卡套式接頭等處的漏風巡檢,避免漏風現象；加強天然氣孔板計量精確度研究,減小計量誤差[15]。

3　結論

針對我國天然氣凈化廠不同程度存在節能空間的問題,分析了天然氣凈化裝置主要耗能點,指明了凈化廠節能對象。并按工藝、設備、電氣、儀表等專業詳細論述了凈化裝置節能辦法，可供凈化廠節能工作借鑒。

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相國寺儲氣庫調峰采氣量逾10×108m3

截至2016年3月初，相國寺儲氣庫累計調峰采氣量逾10×108m3，其中，上載中貴線4.61×108m3、進川渝管網5.49×108m3。

2013年6月29日投運注氣以來，相國寺儲氣庫累計歷經3個注氣和2個采氣周期，共建成注采井11口，2014年12月1日首次向川渝管網調峰采氣，2015年11月19日首次向中衛—貴陽聯絡線調峰采氣，同時實現了雙向調峰功能以及與全國管網的互聯互通。

去冬今春，全國大部分地區遭遇寒流，華北地區特別是北京天然氣保供形勢嚴峻。中國石油西南油氣田公司周密組織，全力保障冰雪天氣下安全平穩采氣，相國寺儲氣庫單日最高調峰采氣量突破1 400×104m3，通過中貴線華北地區最高日供氣量突破900×104m3，保證了每日500×104m3以上調峰氣進入全國輸氣管網。

(曾妍摘自中國石油新聞中心網)

2015-08-31

黃雪鋒(1989-),男,四川鄰水人,助理工程師,碩士,主要從事天然氣凈化工藝技術研究。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.02.006