LPG裝置低負荷操作運行管理淺析

張杰（中國石油西南油氣田公司川中油氣礦輕烴廠，四川 遂寧 629000）

1 概況

川中油氣礦輕烴廠現有五套LPG輕烴回收裝置，根據目前各套裝置生產情況，除三臺站LPG 裝置處于滿負荷運行外，其余各套裝置都存在不同程度處理量降低情況。研究低負荷下裝置的運行操作和管理措施，優化各套裝置工藝參數和現場操作，對提高LPG裝置的運行效益具有重要意義。

2 低負荷運行操作

在各套LPG輕烴回收裝置中，南充和磨溪LPG裝置因缺原料氣處于停產狀態，遂寧LPG 裝置的運行負荷在60%左右，廣安LPG 裝置的運行負荷在40%左右。由于各套LPG 裝置工藝流程和原理基本一致，對于LPG 裝置低負荷操作運行管理，我們主要以廣安LPG裝置進行分析討論。

2.1 生產情況概述

廣安LPG 裝置于2010 年10 月投產，設計處理量為100×104m3/d，由于氣田氣量衰減，處理量由最初投產時的80×104m3/d降至現在的40×104m3/d，進站壓力由最初的3.3MPa降至目前的2.5MPa，膨脹機膨脹比由最初的2.36 降至目前的1.78（具體參數如表1所示）。裝置各設備均存在“大馬拉小車”的現象。夏季高溫天氣時，裝置制冷系統溫度平均上升10℃左右，脫丁烷塔塔壓上升0.1～0.2MPa，導致產品收率降低，能耗升高，工藝參數偏離設計值。

表1：裝置工藝參數對比表壓力：MPa 溫度：℃流量：104m3/d

2.2 脫水單元操作

LPG裝置脫水單元主要是對原理天然氣進行深度脫水，避免深冷裝置冰堵，當裝置低負荷運行時，可調整分子篩塔切換周期[1]，降低裝置的能耗。裝置原設計切換周期為：吸附時間為12小時，再生加熱時間8小時，再生冷卻時間4小時。但隨著氣量的衰減，原料氣日處理氣量降低到設計處理量的40%左右，因此可以適當延長吸附塔切換周期，減少分子篩熱吹再生天然氣能耗和再生氣壓縮機電耗。分子篩塔切換周期調整后為：吸附時間為24小時，再生加熱時間8小時，再生冷卻時間4小時，停運再生氣壓縮機12小時。對切換周期調整后，需做好干氣水露點分析和監控，確保干氣水露點滿足輕烴回收裝置要求，避免發生冰堵。

2.3 脫乙烷塔操作

當裝置低負荷運行時，裝置進站壓力降低，膨脹機膨脹比由最初的2.36 降至1.78，膨脹機制冷量降低，脫乙烷塔塔頂溫度由原來的-92℃升高至-83℃，導致產品收率降低。

根據上表表1可知，氣田的氣量與原料氣壓力成正態關系，當原料氣氣量降低，原料氣壓力隨之降低，膨脹機膨脹比降低，裝置冷量下降，裝置收率降低。為了提高膨脹機膨脹比，可適當降低脫乙烷塔塔壓，同時適當降低脫乙烷塔塔底溫度[3]。

脫乙烷塔塔壓降低后，可適當降低脫乙烷重沸器的蒸汽用量，如果脫乙烷塔塔底溫度偏高，將會造成產品收率降低；脫乙烷塔塔底溫度偏低，液烴中C2含量將偏高，LPG 產品質量不合格，同時液烴中C2含量偏高，將導致脫丁烷塔壓力不好控制，影響裝置正產操作。

2.4 透平膨脹機操作

當裝置處理氣量低于35×104m3/d，壓力低于2.3MPa 時，膨脹機轉速逼近設備臨界轉速14000r/min，裝置長時間低負荷運行，其主要影響在：一是膨脹機膨脹比大幅度下降，裝置制冷量嚴重降低，膨脹機出口溫度升高，裝置收率降低；二是機組低轉速將會引起軸承油膜形成不好，潤滑變差，容易引起機組軸承干磨，溫度過高導致燒瓦；三是機組轉速太低，容易引起機組發生喘振，并發出強烈的“喘氣”聲響和振動，造成設備損壞。

在裝置低負荷運行情況下，一是打開裝置越站旁通閥，增加裝置進氣量，提高裝置進氣量和進氣壓力；二是對膨脹機進行改造，降低膨脹機處理量；三是可適當提高膨脹機油壓；四是可適當調整膨脹機噴嘴開度，調節防喘振閥開度，來保證膨脹機組平穩運行。

2.5 產品氣壓縮機操作

廣安LPG 裝置天然氣壓縮機組設計轉速為750～1200 r/min，當裝置處于低負荷運行時，機組將在低于設計工況750 r/min 下運行，機組存在下列隱患：

（1）影響發動機使用壽命，低轉速下長期運行，氣缸內易積碳，火花塞容易堵塞。

（2）進氣量小可能導致殘油不能隨氣流排出，氣閥容易產生積炭，從而降低氣閥的使用壽命。

（3）容易造成活塞、氣閥、連桿、曲軸彎曲或斷裂。

（4）運轉部件的潤滑不到位，有可能發生十字頭小頭瓦或者大頭瓦燒毀的風險。

因此在低負荷情況下，為保證裝置正常運行，應做好下列措施：

（1）調節機組可變余隙容積（VVCP），使部分氣體在壓縮缸內部打循環，減小對外做功，從而降低處理量。

（2）切換壓縮機的作用形式，由現在的二級壓縮改為一級壓縮，降低壓縮機組整體能耗和機組磨損率。

2.6 儀控操作

裝置低負荷運行，會引起裝置計量不準確，儀表各點參數不易控制，比如調節閥由于與設定值差別較大，調節閥長期處于小閥位開度，存在如下問題：

（1）調節閥節流間隙小，流速大，沖刷厲害，閥芯密封面容易受損，影響閥的使用壽命。

（2）介質流速、壓力變化，超過閥的剛度時，閥穩定性差，甚至產生嚴重振蕩。

（3）對于流閉狀態下工作的閥，會產生跳躍關閉或跳躍起動現象，調節閥無法正常調節。

針對以上情況，為了提高閥的使用壽命、穩定性、正常調節等工作性能，調節閥應避免在小閥位開度工作，對部分調節閥、流量儀表的孔板、壓力儀表需要重新選型更換；對裝置各調節回路和PID參數進行重新整定，對報警系統各點參數需要重新討論、修改及整定。

3 裝置低負荷的運行管理

由于LPG裝置低負荷運行偏離裝置設計運行工況，不便于日常工藝參數控制，影響設備使用壽命，增加了裝置的運行成本，降低了裝置的生產效益。因此在裝置生產過程中，應根據裝置生產負荷的變化，及時進行工藝參數調整，加強裝置的運行管理：

（1）如果裝置負荷降低超過30%，就應開展裝置的標定工作，確定在該工況下裝置的最佳操作條件及對關鍵參數進行變更，對運轉設備進行調整，以適合當前的工況。

（2）采用新工藝、新技術對裝置進行適應性技術改造，保證裝置在最佳工況下高效運行。

（3）應加強對裝置工藝設備管線的巡檢，特別是核心設備的巡檢，做好設備運行參數記錄和分析，及時發現異常情況，及時整改。

（4）定期組織技術人員對裝置運行情況進行系統的分析和討論，制定出適應當下裝置負荷的參數，對無法實現自動控制的參數，及時進行手動控制。