天然氣處理中丙烷制冷工藝的探討

常昊

【摘?要】近年來，隨著科技的進(jìn)步和時代的發(fā)展，國家開始注重能源節(jié)約和保護(hù)，石油作為一種不可再生的能源，儲量日益減少，使得目前許多國家開始出現(xiàn)石油能源危機(jī)。對石油天然氣方面的處理技術(shù)將至關(guān)重要。鑒于此，本文將著重分析天然氣處理過程中丙烷制冷工藝，了解丙烷制冷工藝的原理及選型，旨在為更好的提高天然氣處理水平。

【關(guān)鍵詞】天然氣;丙烷;制冷工藝

作為一種不可再生資源，天然氣十分寶貴且需要得到高效利用，才能更好的滿足節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。對于天然氣處理常用低溫分離工藝。目前我國天然氣處理過程中的工業(yè)丙烷制冷的應(yīng)用相對普遍，這類技術(shù)有著不同的分類，適用場景也各有不同。可以根據(jù)天然氣處理情況而綜合考量[1]。

一、天然氣處理工藝

“天然氣”的定義，是從能量角度出發(fā)的狹義定義，是指天然蘊(yùn)藏于地層中的烴類和非烴類氣體的混合物。在石油地質(zhì)學(xué)中，通常指油田氣和氣田氣。其組成以烴類為主，并含有非烴氣體。天然氣處理與加工主要是指井口到輸氣管網(wǎng)的過程。一般是由采氣管線、井場分離、集氣管線等為主，丙烷制冷主要目的是對天然氣的烴露點進(jìn)行嚴(yán)格把控，從而實現(xiàn)回收。

二、丙烷制冷原理及選型

（一）原理

丙烷制冷作為目前應(yīng)用在天然氣處理行業(yè)中十分普遍的一項技術(shù)。涉及到熱力學(xué)第一定律和第二定律。丙烷制冷工藝主要分為一級制冷和二級制冷，這兩個模式不同的模式各有特點，且應(yīng)用的場合各不相同[2]。其中，另外一級壓縮功率的壓縮機(jī)功率較大，但相關(guān)附屬配套設(shè)施較少，儀表控制更為簡單，可是會產(chǎn)生較大能耗，而丙烷二級壓縮功率的功率較小，能耗低，但涉及到的附屬配套設(shè)施較多，且儀表控制相對復(fù)雜。因此，對于天然氣處理廠的選型可以結(jié)合實際情況針對性的挑選，但一般來講，丙烷二級更加適合于大型天然氣處理。二炳烷制冷循環(huán)系統(tǒng)是由壓縮機(jī)冷凝器節(jié)流閥等相關(guān)設(shè)備組成。用不同直徑的管線將上述設(shè)備連接在一起，則可以構(gòu)成制冷劑循環(huán)流動的封閉型系統(tǒng)，可以通過電動機(jī)的拖動工作，不斷地抽吸蒸發(fā)器中的制冷劑蒸汽[3]。通過高壓存在，使得制冷劑蒸汽在冷凝器中可以持續(xù)的放出熱量，再將熱量傳遞給周圍的介質(zhì)中。在這一過程中，丙烷制冷壓縮機(jī)從蒸發(fā)器吸收蒸發(fā)壓力為飽和蒸汽。在天然氣管道輸送過程中，會受到外部壓力溫度等多方面的影響，會造成天然氣的運輸資源出現(xiàn)浪費。甚至?xí)绊懝艿赖恼］斔湍芰Γ槍ι鲜銮闆r，將采用丙烷制冷的方式進(jìn)行脫水處理，而回收的資源也有著十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但在我國，丙烷制冷工藝應(yīng)用于天然氣處理方面的起步相對較晚，但該項技術(shù)推廣十分迅速，并取得十分理想的成績，目前我國新建的一些天然氣處理站的外冷基本均會采用丙烷制冷的方法。

（二）選型

首先是制冷劑的選擇，由于丙烷與氨、R22等制冷工質(zhì)系數(shù)比較接近，也是十分理想的制冷工質(zhì)，在進(jìn)行天然氣裝置處理過程中，利用丙烷作為制冷工質(zhì)將會創(chuàng)設(shè)更多有利條件。例如，在相同的蒸發(fā)壓力是丙烷將具有著最低的沸點，溫度可使得原料氣達(dá)到更低的制冷溫度，例如在大氣壓下，氨的沸點為零下33.25度，R22的沸點為零下43.23度，而丙烷的沸點為零下44.35度。由于R22對于環(huán)境會產(chǎn)生一定的影響，特別是對大氣臭氧層的破壞，因此其使用已經(jīng)受到了明確的限制，而安具有一定的毒性，當(dāng)不慎出現(xiàn)泄漏時危害大，需要機(jī)房時刻派人值守。因此，作為回收裝置的制冷工質(zhì)，丙烷將更加理想。

其次是壓縮機(jī)丙烷制冷壓縮機(jī)，目前經(jīng)常會選用雙螺桿式的壓縮方式，而螺桿式的壓縮機(jī)屬于容積壓縮機(jī)，是通過工作容積的減少來達(dá)到氣體壓縮的目的。一般來講，當(dāng)滑閥的開度增大時，吸氣量會隨之增大，反之會明顯減小，因此，滑閥的開度可做到自動調(diào)節(jié)或是手動調(diào)節(jié)，不僅運行可靠且性能十分穩(wěn)定，與活塞式及離心式的制冷壓縮相比。螺桿壓縮機(jī)優(yōu)點十分明顯，主要體現(xiàn)在體積小占地面積小，且動平衡性能好，維修簡單。但是噪音較大。需要噴入大量的油，且務(wù)必要配置相應(yīng)的輔助設(shè)備，可能會無形中加大機(jī)體的體積和重量。

其三是空冷器，在我國西氣東輸工程中，塔里木油田等一些油田所處的地理位置較為惡劣，處于沙漠無人區(qū)，需要采用高效空冷器。尺寸較大且需要與制冷系統(tǒng)保持一致，當(dāng)晝夜溫差較大時，空冷器可以設(shè)置變頻調(diào)速裝置，也能夠避免出現(xiàn)跑油的問題。

其四是蒸發(fā)器。不同類型的蒸發(fā)器都會有相應(yīng)的換熱能力和效率。天然氣冷卻過程中也會出現(xiàn)一定程度的液化情況，更有利于檢修和故障處理。

三、天然氣處理中丙烷制冷工藝分析

在我國許多大型油田天然氣處理廠中，天然氣的深冷處理裝置中原料氣體比較豐富，且回收的資源要相對更多，也會具有較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，但設(shè)計條件又規(guī)定貧氣出裝置界區(qū)是壓力較高，僅采用膨脹制冷提供的冷量是無法更好地滿足天然氣處理和運輸，務(wù)必要輔助制冷。因此，在設(shè)計時可以采用丙烷輔助制冷的方式，在降低能耗的同時設(shè)置丙烷三級壓縮制冷流程。本文所設(shè)計的新型丙烷壓縮機(jī)機(jī)組是由意大利新比隆公司生產(chǎn)。丙烷壓縮機(jī)組由驅(qū)動電器、增速齒輪箱和離心壓縮機(jī)三部分所組成。內(nèi)部設(shè)有遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，可以在線調(diào)整參數(shù)丙烷、壓縮機(jī)采用分段壓縮制冷的方式，可以提供不同的溫度，其作用是為各個工藝部分提供所需要的能量。在正常操作是氣象丙烷經(jīng)三級壓縮后，再經(jīng)過出口冷器冷卻，將變成液相丙烷。通過分離器將丙烷分別送到不同單元，需要制冷的工藝氣主冷箱。為了防止壓縮及出現(xiàn)故障，從大壓縮機(jī)最后一級出口的氣體可由控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

四、結(jié)論

在進(jìn)行天然氣處理過程中，丙烷制冷工藝的優(yōu)勢十分突出且螺桿壓縮負(fù)荷調(diào)節(jié)能力十分理想，比起其他工藝，丙烷制冷工藝更加先進(jìn)高效，且整體設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，安全高效，可以幫助天然氣運輸工程實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙贏的良好局面。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫國華. 潿洲終端天然氣處理裝置改造工藝計算研究[J]. 石油與天然氣化工，2005，34（006）：451-453.

[2]潘翔，石磊，王佳貝，等. 基于hysys的丙烷制冷工藝模擬優(yōu)化研究[J]. 化工管理，2018，000（014）：207-208.

[3]潘賁，Pan，Ben，等. 關(guān)于丙烷制冷螺桿壓縮機(jī)V_i值設(shè)定的探討[J]. 制冷與空調(diào)，2010（014）：207-208.

（作者單位：中油遼河工程有限公司）