DHX工藝中膨脹機密封氣系統優化改造

王沫云 謝 軍 王 磊 張 霖 許家才 周光榮 黃海宇

（中國石油西南油氣田公司川西北氣礦江油輕烴廠）

江油輕烴廠45×104m3/d 輕烴回收裝置是以回收中壩氣田須二氣藏不含硫天然氣中的C3H8、C4H10、C5H12及以上輕烴組分為目的的生產裝置。隨著中壩氣田進入開發后期， 其產量不斷降低，為了提高天然氣利用率，江油輕烴廠對裝置膨脹機密封氣系統進行了改造，筆者針對川西北氣礦江油輕烴廠輕烴回收裝置情況［1］，對膨脹機密封氣進行回收利用， 不但可以降低天然氣放空量，增加經濟效益，還可以解決密封氣中帶油對鍋爐燃燒機的影響，消除安全隱患。

1 裝置簡介

江油輕烴回收裝置采用 “雙塔脫水+膨脹機制冷＋重接觸塔＋脫乙烷塔回收C3+”的工藝過程［2］，具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 江油輕烴廠工藝流程

由于江油輕烴廠燃料氣鍋爐和加熱爐為間歇運行，導致多余的燃料天然氣直接放空，造成資源浪費和大氣污染，且密封氣帶有少量膨脹機潤滑油，在燃料系統中長期積存容易導致鍋爐燃燒機進口燃料氣過濾器液堵，影響燃燒機的安全正常運行。 因此，有必要通過技術手段進行回收利用，以達到節能降耗和安全環保的目的。

2 膨脹機密封氣系統改造情況

江油輕烴廠的膨脹機設計處理量為16 585m3/h，進口壓力3.495MPa，出口壓力1.6MPa，額定轉速34kr/min。 主要由蝸殼、噴嘴環、工作輪、擴壓器、轉軸、密封系統、軸承及機體等組成［2］。 配套有潤滑、密封氣、控制和安全保護系統。

2.1密封氣系統改造

江油輕烴廠原有密封氣來自低溫分離器頂部干氣（溫度為-54℃，壓力為3.0MPa），經過冷箱復熱至15~20℃后，進入密封中段，以阻止低溫氣體向軸承段泄漏，保證機組的安全，同時減少冷量損失。 最后密封氣與潤滑油一起從軸承箱流到壓力油箱中，氣體在油箱中分離出來經過密封氣過濾器，來自膨脹機的密封氣（約0.4~0.5MPa）經過過濾器后進入燃料氣緩沖罐，通過調壓閥控制在0.3MPa，進入鍋爐和加熱爐作為燃料氣，多余的密封氣放空，而且江油輕烴廠鍋爐和加熱爐為間歇性工作，導致鍋爐或加熱爐停運時密封氣放空量增加，造成天然氣損失增大。 改造后通過外輸干氣單獨引一股氣作為燃料氣，使膨脹機密封氣通過新建工藝管線去原料氣壓縮機前端分離器（分-102）進行全部回收利用［3］。 改造前后燃料氣系統流程如圖2 所示。

2.2改造前后密封氣系統主要參數及設備對比

結合江油輕烴廠裝置工藝現狀，要實現將放空的密封氣進入增壓機前端作為原料氣，首先要提高密封氣出口壓力。 因為密封氣目前出口壓力為0.5MPa，而進入增壓機前端原料氣壓力為0.6~0.9MPa，所以必需對密封氣運行參數進行合理優化調整。 經過對現場膨脹機組運行工況進行分析后， 確認可以將膨脹機密封氣回收系統壓力由0.5MPa 提高1.2MPa， 改造前后密封氣系統技術參數見表1，設備對比情況見表2。

圖2 改造前后燃料氣系統的流程

3 密封氣系統技術改造前后的效果對比

3.1密封氣系統改造前后燃料氣組成分析

密封氣系統改造前裝置使用密封氣作為燃料氣， 由于密封氣從軸承箱流到膨脹機油箱中，氣體在油箱中分離出來經過密封氣過濾器，導致燃料氣中帶油嚴重（分析數據見表3），容易導致鍋爐火焰發紅發暗，燃燒機外部有油滴飛濺。 改造后利用外輸干氣作為燃料氣（分析數據見表4），可以解決燃料氣中帶油嚴重的問題，不但可以解決鍋爐燃燒的安全問題，而且可以降低污染物排放［4，5］。

表1 改造前后密封氣系統技術參數 MPa

表2 改造前后密封氣系統設備對比

3.2密封氣系統改造前后節能降耗分析

選取2017 年和2018 年1~4 月，裝置生產平穩時對密封氣系統改造前后燃料氣用量進行統計分析（表5、6）。

由表5、6 可知：密封氣系統改造前后鍋爐和加熱爐用氣量無明顯變化，改造前平均每月燃料天然氣放空量約2.88×104Nm3， 改造后無燃料天然氣，按照每年開工330d 計算，每年可節約天然氣約 31×104Nm3。

3.3膨機密封氣系統改造后膨脹機效率對比

在改造后， 根據膨脹機進出口天然氣組成、壓力、溫度，對江油輕烴廠膨脹機效率進行了對比極端，可計算膨脹機效率其中，η 為膨脹機效率；H1為膨脹機進口天然氣焓值；H2為膨脹機出口天然氣焓值；HS為天然氣作等熵膨脹焓值。經計算可知，改造前膨脹機效率約72.89%，改造后為73.07%，改造前后幾乎保持不變。

表3 改造前燃料氣（來自密封氣）組成

表4 改造后燃料氣（來自外輸干氣）組成

表5 改造前燃料氣用量 ×104Nm3

表6 改造后燃料氣用量 ×104Nm3

4 結論

4.1通過對密封氣系統進行工藝改造，可以將放空的密封氣進行回收利用，可使裝置節約天然氣約 31×104Nm3。

4.2密封氣系統改造后解決了鍋爐燃燒存在的安全隱患，同時降低污染物排放。

4.3通過對密封氣系統輔助設備功能改造，提高了膨脹機自動化運行程度， 保障其安全平穩運行。

4.4改造前膨脹機效率約72.89%， 改造后為73.07%，改造前后幾乎不變。