20萬噸/年天然氣液化裝置酸水回流泵出口擴孔改造

高亞東

(陜西延長石油天然氣有限責任公司，陜西 延安 717400)

1 裝置簡介

天然氣液化裝置裝置通過將原料天然氣預處理，凈化(脫除影響液化以及貯運安全的雜質)后，以低溫的方法(混合冷劑SMRC制冷工藝)使其液化成LNG，從液化冷箱來的過冷高壓LNG經節流后，進入LNG儲罐進行氣液分離，液相作為產品儲存在LNG儲罐中，合格的LNG產品儲存于LNG儲罐中，經裝車泵輸送至槽車外運。氣相則作為BOG輸送至冷箱進行復熱回收。本裝置在滿足生產條件和工藝要求的前提下，力求可靠、安全、先進和操作方便。規模：全廠負荷：100×104 Sm3/d(操作彈性50%～100%)。主要由凈化單元、液化單元、胺液閉式循環、冷劑存儲單元、閃蒸氣回收系統、公用工程單元、火炬放空系統、產品儲存單元以及裝車等單元組成。

1.1 脫碳工藝原理

本凈化工藝采用濕法脫除天然氣中的CO2，選用活化MDEA(N-甲基二乙醇胺)為吸收劑，一段吸收，一段再生，MDEA溶液循環使用。

MDEA溶液的組成：MDEA(50%(Wt%))+活化劑(2%～5%)+水(45%～50%)。

胺溶液吸收的反應原理如下：

MDEA(N-Methyldiethanolamine)即N-甲基二乙醇胺，分子式CH3-N(CH2CH2OH)2，分子量119.2，沸點246～248 ℃，閃點260 ℃，凝固點-21 ℃，汽化潛熱519.16 kJ/kg，能與水和醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，對二氧化碳等酸性氣體有很強的吸收能力，而且反應熱小，解吸溫度低，化學性質穩定，無毒，不降解[1]。

為加快吸收速率，在MDEA溶液中加入1%～5%的活化劑R2NH后，活化劑吸收了CO2，向液相傳遞CO2，大大加快了反應速度，而MDEA又被再生。MDEA分子含有一個叔胺基團，吸收CO2后生成碳酸氫鹽，加熱再生時遠比伯仲胺生成的氨基甲酸鹽所需的熱量低得多。

MDEA溶液在與CO2發生化學反應的同時，也有部份CO2溶解于溶液中，該部份CO2在再生時也隨之釋放出來。

脫CO2系統特點:

(1)專用活化劑配方，CO2脫除精度高；

(2)活化MDEA為吸收劑，對設備基本無腐蝕；

(3)已在多套LNG脫CO2裝置中成功應用，成熟可靠。

1.2 脫碳工藝流程

原料氣管路上設置計量、調壓、緊急切斷裝置。來自集輸末站的原料天然氣調壓、計量后，經原料氣進口分離器進行預處理以分離游離水、機械雜質和少量油分后，送入脫碳系統。為滿足低溫工作狀態下的要求，經脫碳系統凈化后的天然氣中二氧化碳CO2含量應低于50 PPm。

預處理后的原料天然氣與胺液吸收塔出凈化氣換熱后，進入吸收塔底部，與塔頂來的MDEA溶液逆流接觸，天然氣中的CO2、H2S氣體被MDEA溶液吸收(CO2含量≤50 mg/L，H2S含量≤3 mg/L，溫度為40 ℃)，脫碳后的天然氣從吸收塔塔頂出來，進入原料氣換熱器與進塔的天然氣換熱后，降溫至約30.6 ℃，再經凈化氣分離器和凈化氣過濾器分離夾帶溶液及雜質后送出界區[2]，進入下游脫水系統，與此同時進塔原料氣在換熱器中被加熱到約34 ℃，該溫度有利于胺液對原料天然氣中CO2、H2S的吸收。

吸收CO2后富含CO2的MDEA溶液稱為富液，富液由吸收塔底減壓至0.6 MPa進入胺液閃蒸罐中，氣相(主要成分為甲烷)送入工廠燃料氣系統，液相(富胺液)進入貧富液換熱器中，與來自胺液再沸器底部的貧胺液在貧富液換熱器換熱后進入再生塔上部，富液自上而下流動，經過自下而上的蒸汽汽提，解析出CO2、H2S氣體。再沸器底部出來的貧胺液經貧富液換熱器換熱后被冷卻至約78 ℃，經三通進入胺液中間罐及入口(液位低時進入其中補充液位，否則直接進入入口)，經胺液循環泵升壓、貧液后空冷器和貧液后水冷器冷卻至常溫(注：保證MDEA與天然氣溫差不大于5 ℃)，再進入胺液吸收塔上部噴淋入塔[3]，完成胺液的循環，胺液循環量為90 m3/h。同時為保持溶液清潔，設置了胺液循環過濾系統，即10%左右的胺液經過前機械過濾器(過濾固態雜質)、活性炭過濾器(吸附烴類和胺液變質分解產生的雜質)和后機械過濾器(過濾固態雜質)。

脫碳系統設有胺液儲罐用于儲存新鮮胺液，胺液補充泵安裝于地下槽內，用于添加胺液和正常運行時補充日常損耗。地下槽安裝位置位于系統最低處，在裝置停運時可將系統內胺液全部排放至地下槽內進行回收。

1.3 酸水回流泵主要目的及工藝流程

酸水回流泵的目的酸水回收再利用，減少除鹽水以及胺液的消耗。

圖1 工藝流程圖

工藝流程：再生塔T-02頂部酸氣通過酸水空冷器A-01冷卻至35 ℃左右進入酸水分離器SPR-04，酸氣通過脫硫反應器R-01至高點放空，酸水通過P-02一部分打至再生塔補充液位，一部分回流至SPR-04穩定液位，如圖1所示。

1.4 酸水回流泵概況

酸水回流泵為單臂單級離心泵，驅動方式采用電機驅動，通過膜片聯軸器連接，軸端密封采用機械密封，參數見表1。

表1 酸水回流泵參數表

2 改造前運行情況

鑒于同類型裝置陜西延長石油天然氣有限責任公司延川LNG站、志丹LNG站，試車期間，運行狀況單臺無法滿足裝置工藝運行需求，需同時開啟兩臺機泵才能滿足運行工況，對于這種情況，現場機泵將無備機，如一臺損壞，則影響裝置平穩運行[5]，T-02及SPR-04液位很難控制平穩，同時也大大的增加了除鹽水及胺液的損耗。

3 改造可行性分析及技術核算

3.1 可實施過程討論

(1)機泵出口連接法蘭為DN20，150LB，法蘭內孔徑為φ27.3 mm，出口有截止閥控制流量；

(3)酸水打至T-02頂部，進口位置距地面約28.2 m，也就是說機泵出口只需達到0.4 MPa壓力就可以回流至T-02；根據設計揚程60 m，換算成壓力，機泵出口壓力至少在0.6 MPa以上；

(4)根據機泵設計原理，只要是機泵葉輪直徑一定，那么機泵流量和揚程成反函數關系，流量越大，則揚程越小；

綜上所述，可以得出機泵有改造的空間，可以將機泵流量增大，揚程降低；

3.2 改造前技術核算

可以得出機泵最大出口口徑為12 mm，此時電機負荷較重，可能出現超負荷現象；

(2)假如將出口口徑擴至10 mm，出口壓力按0.6 MPa計算，則計算得出流量可達到6.97 m3/h，流量理論上滿足工業要求，但實際操作過程中流量偏大，調節閥難以控制，可能會靠出口閥門控制。

(3)假如將出口口徑擴至8 mm，出口壓力按0.6 MPa計算，則計算得出流量可達到4.46 m3/h；流量滿足工藝要求，則此方案可行。

4 改造效果及經濟效益分析

4.1 改造效果

擴孔之后，出口壓力為0.7 MPa，流量為3.58 m3/h，裝置運行平穩，單臺泵試運行完全滿足生產需求，為裝置節能降耗做出了貢獻，同時也降低了機泵檢修頻次及備件儲存量[6]。

4.2 經濟效益分析

根據公式P=1.732×I×U×cosφ(電流為11.4 A，電壓380 V，功率因素0.89)，P=1.732×11.4×380×0.89=6.7 kW。

計算得出P=6.7 kW，按每年運行8000小時，每度電按0.6元計算，一年內節余電費：

6.7×8000×0.6=32160元

則每年可節約電費約32160元。

通過安塞站的共同努力擴孔改造后單臺泵滿足工藝要求，降低了機泵維修頻次和生產成本。通過計算得出一年內電費節約32160元。

5 結 論

該方案在實踐中已經得到了驗證，酸水回流泵在不超溫、不超壓、不超負荷的情況下，能夠滿足裝置生產需求，同時也為機泵維護保養做出了貢獻。希望改造方案能給回流系統存在存在類似問題的企業帶來一些幫助。