天然氣凈化裝置氣氣換熱器運行效果評價

魯校 鮑云翔 閆梅 劉振寧 趙建軍（長慶油田分公司第一采氣廠）

1 概述

在凈化裝置長期運行過程中，隨著原料天然氣H2S 濃度含量升高，從脫硫塔出來的濕凈化氣溫度逐漸升高，造成濕凈化氣含水量較大，引起脫硫單元補液頻繁、脫水單元負荷較高等問題[1-3]。根據某凈化廠的凈化裝置運行情況進行分析后，可以得到凈化裝置設計與實際運行參數對比見表1。

表1 凈化裝置設計與實際運行參數對比

為降低濕凈化氣溫度從而解決脫硫單元退液、補液頻次高、脫水單元負荷高的運行狀況，特增加濕凈化氣與原料氣的換熱設備—氣氣換熱器，并且同步增加了濕凈化氣分離器排液流程[4-6]。

2 氣氣換熱器改造流程簡述

2.1 氣氣換熱器

進行氣氣換熱器安裝后，經過脫硫塔處理過的濕凈化氣在進入脫水塔之前進入氣氣換熱器，使濕凈化氣先與進脫硫塔的原料氣進行換熱，濕氣溫度降低后，經濕凈化器分離器將濕氣的溶液最大程度的分離出來，再進入脫水塔，并在濕凈化氣進換熱器前設置三通調節閥，以靈活調節進入換熱器氣量[7-8]。

2.2 濕凈化氣分離器排液管線安裝

為減少MDEA 溶液退液操作頻次，增設濕凈化氣分離器排液至脫硫單元閃蒸塔流程，進行遠程操作控制，讓分離出的溶液重新進入脫硫系統，減少脫硫系統補液頻次。

通過氣氣換熱器與濕凈化氣分離器排液管線的安裝，對凈化裝置區原料氣與濕凈化氣溫度進行調節，降低濕凈化氣溫度，從而減少濕凈化氣攜液量，降低脫水系統負荷。并且及時回收濕凈化氣分離器中分離的MDEA 溶液，達到節能降耗的目的。

表2 2017 年、2018 年同期運行中各裝置平均溫度變化情況

3 氣氣換熱器安裝前后效果分析

3.1 脫水裝置負荷對比

3.1.1 原料氣與濕凈化氣溫度

安裝氣氣換熱器的目的在于降低濕凈化氣溫度，以降低脫水負荷。因此最直觀的參數為濕凈化氣與原料氣溫度，統計2018 年10 月與2017 年同期數據，具體情況見表2。

氣氣換熱器安裝后，在原料氣進裝置溫度一致的情況下，換熱后的原料氣進脫硫塔溫度明顯上升，濕凈化氣溫度有了明顯下降。

3.1.2 脫水再生釜燃料氣量

氣氣換熱器安裝完成后凈化裝置區于2018 年9月25 日投產，數據截取9 月26 日—10 月23 日運行參數進行分析，氣氣換熱器安裝前截取6月1日—27 日運行參數進行分析。對氣氣換熱器安裝前后數據進行對比：原料氣壓力5.05～5.25 MPa；裝置處理氣量在300×104～350×104m3/d；原料氣H2S 含量850～1 000 mg/m3；原料氣CO2含量3.4%～4.3%。

通過取樣化驗分析，氣氣換熱器安裝后TEG 富液濃度為97.2%～97.7%，較安裝前提高0.5%。脫水再生釜溫度為198～200 ℃，故脫水系統可通過再生釜燃氣量來判斷脫水運行負荷。

通過改造前后濕凈化氣溫度與脫水再生釜燃氣量關系（圖1）可以看出，氣氣換熱器安裝后，濕凈化氣溫度和再生釜燃氣流量明顯降低，現場巡檢人員也未發現再生釜發生爐吼現象，脫水系統運行負荷明顯減小，汽提氣投用次數也隨之降低。根據對氣氣換熱器安裝前后運行參數的分析與對比進行計算，氣氣換熱器安裝前脫水再生釜日燃料氣消耗量平均為1 741.92 m3/d，氣氣換熱器安裝后脫水再生釜日燃料氣消耗量平均為840.72 m3/d，根據計算可知，氣氣換熱器安裝后每年可節約燃料氣量：32.9×104m3，充分實現了節約了燃料氣用量。

3.2 脫水汽提氣量

汽提氣的主要作用是降低重沸器內水蒸氣的分壓，提高再生質量。根據統計氣氣換熱器投運前與投運后的凈化產品氣氣質同期進行進行對比，可知使用脫水汽提氣量2017 年10 月的1.851 3×104m3降低至2018 年10 月的0.015 9×104m3。使用量下降明顯。分析原因可知：由于脫水負荷的降低，因此對脫水溶液的再生濃度要求也隨之降低。原先用來提純溶液的汽提氣量也隨之減少，按照現有的原料氣量和汽提氣量即可滿足凈化裝置水露點達標。

3.3 產品氣氣質對比

統計氣氣換熱器投運前與投運后的凈化產品氣氣質進行對比，可得氣氣換熱器安裝前后產品氣氣質對比，見圖2。

根據上圖可以看出，在氣氣換熱器安裝后，產品氣H2S、CO2較安裝前均在4～16 mg/m3內波動，含量無明顯變化，水露點明顯降低，由原來-3～0 ℃降至-9～-4 ℃，凈化裝置脫水系統運行效果提升明顯。

3.4 脫硫系統運行情況對比

氣氣換熱器投運前脫硫塔差壓最高可達到12.48 kPa，安裝氣氣換熱器后，適當提高原料氣進塔溫度后，脫硫塔差壓最高僅有8.62 kPa。同時，氣氣換熱器投運之后脫硫裝置阻泡劑加注量也明顯減少。氣氣換熱器安裝前后阻泡劑加注情況見表3。

圖1 改造前后濕凈化氣溫度與脫水再生釜燃氣量關系圖

圖2 氣氣換熱器安裝前后產品氣氣質對比圖

表3 2018 年氣氣換熱器安裝前后阻泡劑加注情況對比

根據對上述數據與圖表的分析可以看出，氣氣換熱器安裝前，脫硫塔差壓維持在8～12 kPa 阻泡劑加注較為頻繁，共15 次；而在氣氣換熱器安裝以后，差壓降至4～8 kPa，脫硫系統運行更加穩定，阻泡劑加注量與頻次也大幅度降低，較之前相比阻泡劑消耗量減少86.67%，實現了節能降耗的目的。

3.5 濕凈化器分離器退液與脫硫溶液補液次數對比

由于濕凈化氣經原料氣換熱后溫度降低，促使更多濕氣中的溶液分離出來，更多的溶液被回收進系統，濕凈化氣進脫水塔含水量高的情況也得到很大的改善，濕化器分離器退液流程見圖3。

結合現場運行情況，通過統計得出2018 年氣氣換熱器安裝前后MDEA 溶液補液量見表4。

由表4 可以看出，與氣氣換熱器安裝前對比，安裝后MDEA 溶液補液頻次和補液量大幅度降低，MDEA 溶液損耗明顯減少。

圖3 濕凈化器分離器退液流程

表4 2018 年氣氣換熱器安裝前后MDEA 溶液補液量對比

通過對氣氣換熱器安裝前后MDEA 溶液損失量的分析與計算，氣氣換熱器安裝前MDEA 溶液日損失量為0.35 m3/d，氣氣換熱器安裝后MDEA 溶液日損失量為0.096 m3/d，氣氣換熱器安裝后每年可減少溶液損失92.55 m3。

通過計算可以看出氣氣換熱器安裝后溶液損失量僅為安裝前的27.55%，大大降低了生產成本，充分達到了了節能降耗的目的。

4 后期改造及建議

某凈化廠氣氣換熱器安裝后運行周期較短，在運行過程中仍有諸多問題尚未暴露出來，在此對一些可能出現的問題進行分析。

1）產品氣H2S、CO2濃度異常升高，在原料氣酸氣濃度沒有大幅度增高的情況下，有可能是氣氣換熱器內管束竄漏，可以通過全關三通閥截斷氣氣換熱器流程，化驗產品氣氣質，判斷是否存在管束竄漏現象[9]。

2）在裝置運行過程中，根據原料氣H2S、CO2濃度調整氣氣換熱器三通閥開度，防止因為原料氣溫度過高，影響產品氣氣質[10]。

3）冬季運行時，濕凈化氣經過與原料氣換熱后濕氣帶液易增加，容易引起低點管線積液凍堵，后期根據運行情況需增加伴熱。此問題在氣氣換熱器的后期調試改造中進行解決。

5 總結

1）安裝氣氣換熱器后有效降低了脫水系統負荷，減少了脫水再生釜的燃氣消耗量，提高了外輸氣水露點的合格率。

2）氣氣換熱器投運后有效減少了阻泡劑的使用量，凈化裝置生產更為平穩。

3）氣氣換熱器換熱后濕凈化氣分離器的溶液回收率大幅度增加，有效減少了脫硫溶液損耗。

4） 氣氣換熱器運行過程中仍存在管線易積液、排液管線孔板易堵塞的問題，后期需持續關注并解決。

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