天然氣凈化裝置定排擴容器乏汽回收技術改造

胡海光 馬永波

1. 重慶商務職業學院財經管理學院,重慶 401331;2. 中國石化達州天然氣凈化有限公司,四川 達州 635000

0 前言

隨著中國高含硫氣田的大規模開發,節能減排工作日漸受到重點關注[1]。在“十四五”規劃中,國家多次明確指出節能環保工作的重要性,圍繞嚴峻的安全環保形勢相繼出臺了相關政策,通過多項舉措,有效推進節能減排工作落地,實現節能降碳減排協同發展,為實現碳達峰、碳中和目標奠定基礎[2-4]。

國內其它行業關于定排擴容器乏汽回收開展了較多研究工作[5-6],提出對定排擴容器等設備進行技術改造,并應用到實踐中,取得了一定效果[7]。李倩[8]在芳烴裝置增加乏汽回收裝置,將4套透平壓縮機組以及透平機蒸汽噴射泵的乏汽100%回收;吳就等人[9]在已有成果基礎上提出新的乏汽回收技術,通過實例論證,節能效果顯著;李東明等人[10]采用1臺JRW型噴射式混合加熱器,對定排擴容器乏汽進行回收；李賀新[11]在鍋爐定排擴容器上安裝乏汽回收裝置,不僅回收了全部乏汽熱量,而且回收了大量的優質凝結水,經濟性很好；石新華等人[12]對排氧口產生的乏汽和凝結水在回收過程中產生的部分二次乏汽進行了研究,并利用乏汽回收裝置對其進行了再次回收利用。

綜上所述,乏汽回收在電力、化工等生產領域應用廣泛,是企業生產關注的熱點問題,經過一系列的應用改造,均達到了節能降耗的目的,也從側面反映出開展乏汽回收工作的必要性和重要性[13-15]。

某天然氣凈化廠是中國規模較大、產量較高的高含硫天然氣凈化廠[16],建廠至今一直高度重視節能環保工作,結合凈化裝置定排擴容器乏汽外排等實際問題,通過技術改造和設備升級管理等措施,有效解決了生產中的“白霧”問題,為凈化裝置安全高效平穩運行提供保障。

1 凈化工藝流程及定排擴容器的作用

1.1 凈化工藝流程

某天然氣凈化廠共有6套凈化裝置,每套凈化裝置包含脫硫單元、脫水單元、硫磺回收單元、尾氣處理單元及酸水汽提單元[17-19]。原料氣經過一系列開采工序由地下轉至集氣站,通過管道輸送至天然氣凈化廠進行凈化處理,主要經過脫硫、脫水后經管道外輸。具體凈化過程如下:原料氣進入輸氣管道,首先進入脫硫單元原料氣過濾器,過濾原料氣中的雜質,然后依次進入一級主吸收塔、水解反應器與二級主吸收塔,在一級和二級主吸收塔內與甲基二乙醇胺溶液(MDEA)接觸反應,選擇性吸收原料氣中的硫化氫和二氧化碳后,進入脫水單元使用三甘醇(TEG)進行脫水處理,達到外輸產品氣要求,輸送出去。吸收硫化氫的胺液經再生塔,將所吸收的硫化氫解吸出來,輸送進入硫磺回收單元,經過克勞斯爐與兩級克勞斯反應,將硫化氫變為液態硫,通過管道輸送進入液硫罐區及硫磺成型裝置,最終成為合格的液態硫和固態硫磺。

1.2 定排擴容器的作用

每套凈化裝置的中壓和低壓余熱鍋爐設計有定、連排管線,目的是排除鍋爐內高濃度鹽類及固體、絮狀雜質,以保證其安全、高效運行[20]。凈化裝置運行期間,中壓鍋爐汽包和低壓鍋爐汽包產生的污水排至定排擴容器,經過汽化及汽水分離器等工藝處理,乏汽直接當空排放,污水進入污水處理池進行下一步處理。

2 定排擴容器運行存在問題

定排擴容器通常為常壓罐,中壓和低壓余熱鍋爐排放的爐水由于溫度高,經過定排擴容器擴容減壓后會釋放大量乏汽和部分不凝氣,正常生產從放空管線排出大量乏汽。目前,各套凈化裝置均出現乏汽外排的現象,會產生能耗浪費、設備腐蝕、影響標準化生產等問題。

2.1 能耗浪費

生產期間,凈化裝置定排擴容器乏汽長期外排,在生產現場形成“白霧”,造成大量低壓乏汽損失,一定程度上造成能源浪費。

2.2 設備腐蝕

乏汽長期外排,隨著溫度降低,由氣態轉為液態,散落在周邊的設備、管線上,導致附近裝置區域大氣濕度增加,對設備、管線的大氣腐蝕增強。

2.3 影響標準化生產

乏汽的無序外排,給凈化裝置的清潔生產帶來不利,影響凈化裝置的標準化生產。

3 技術改造及效果分析

3.1 制定技術改造方案

在參考相關文獻的基礎上[5-15],結合現場生產實際,通過開展技術攻關與研究,實施工藝流程改造,將定排擴容器產生的乏汽加以回收和利用,在定排擴容器頂部增設噴淋式冷卻器,在保證水流壓力與噴淋距離滿足要求的條件下,使上升的熱氣流在噴淋器噴灑金屬鮑爾環時被快速降溫液化,實現蒸汽回收。

3.2 設備選擇

3.2.1 冷卻器選擇

由于空間受限,冷卻器建議選擇體積小、高度適中的設備。通過技術文獻的查詢、論證,優選噴淋式冷卻器作為蒸汽冷卻設備,且設備頂部裝有容器法蘭,以便更換內部填料。

3.2.2 冷卻介質選擇

考慮就近利用冷卻介質,以減少土建工程施工量,且考慮蒸汽冷凝回收后的水質達標情況,確?；厥绽淠耗軌虮谎h利用,優選循環水作為冷卻介質。

冷卻器內部從上到下依次為絲網除沫器、噴淋式冷卻器、填充金屬鮑爾環。噴淋器選用篩孔盤式噴淋方式,以便在日后維護中便于修理更換。噴淋式冷卻器工藝流程見圖1。

圖1 噴淋式冷卻器工藝流程圖Fig.1 Flowchart of spray-type cooler process

3.2.3 設備材質選擇

經過現場調研分析,結合設備運行情況,對定排擴容器改造的設備等規格進行優選,主要包括噴淋式冷卻器、直管、閘閥和彎頭,具體規格和數量要求見表1。

表1 定排擴容器乏汽回收設備規格表Tab. 1 Specification list of exhaust steam recovery equipment for periodic blowdown flash tank

3.3 技術改造流程

經過設備選擇,技術人員及施工人員現場選擇最佳工藝改造路徑，確認冷卻器關鍵設備的位置，結合改造方案,優選改造位置,改造后現場部分工藝流程見圖2。

a)乏汽冷凝進入循環水場a)Process of exhaust steam condensate into the circulation water yards

4 效果及效益分析

4.1 應用效果

在6套中的一聯合二系列凈化裝置應用定排擴容器乏汽回收技術改造流程,通過精確控制循環水的流量可以實現乏汽的完全回收,實現零排放,運行效果良好,見圖3～4。

圖3 改造前照片Fig.3 Before technical innovation

圖4 改造后照片Fig.4 After technical innovation

改造后的工藝流程簡單,容易控制,乏汽回收率達98%以上;故障率低,改造完成至今,沒有出現跑冒滴漏等故障;減少了噪音干擾,保護員工的身心健康。

4.2 節能效果

對比降溫池泵出口的流量可知,改造前降溫池產生的水量約為120 t/d,改造后產生的水量約為280 t/d,其中冷卻所用循環水量約為50 t/d。

4.3 效益分析

4.3.1 經濟效益

技術改造項目回收的冷凝水并入凈化廠循環水管網,據統計,單系列1 a節約循環水補水量約(160-50) ×365=40 150 t;生產給水按2元/t計算,按單系列技術改造所需材料費2.3萬元,人工費用合計約1.5萬元,總計投資約3.8萬元，單系列節約費用4.23萬元。

4.3.2 社會效益

實現定排擴容器乏汽的回收利用,可減少乏汽的無序排放,實現清潔生產,獲得較好的節能效果。

5 乏汽回收措施及建議

5.1 乏汽回收措施

1)注重設備材質。某天然氣凈化廠原料氣中硫化氫含量高、設備腐蝕問題比較嚴重,對于一些關鍵運行設備要及時進行升級、更換,在質量上要嚴格把關,延長設備的運行壽命。

2)優化調整工藝參數。在已有改造流程的基礎上,進一步加強工藝參數優化控制,提高蒸汽質量和品質,現場加強源頭控制,力爭乏汽回收率達到100%。

3)加強日常管理。乏汽外排是化工企業普遍存在的問題,在生產中應加強日常巡檢力度,發現問題及時處置,確保外排乏汽得到回收。

5.2 技術推廣建議

定排擴容器乏汽回收技術改造項目已在一聯合二系列凈化裝置成功應用，建議其它5套凈化裝置全部實施定排擴容器乏汽回收技術改造,回收定排擴容器放空乏汽并進行再次利用。定排擴容器乏汽回收技術改造突破了原有設計理念,實現了對乏汽的有效回收,具有一定的先進性和可推廣性。

6 結論

1)天然氣凈化裝置運行期間,受各種因素綜合影響,乏汽外排問題依然存在,要徹底解決需要一定的人力和物力,可以從設備材質、工藝參數及日常管理方面進行整改,實現對乏汽的有效回收。

2)針對普遍存在的定排擴容器乏汽外排問題,可利用裝置檢修、維修等停工機會,優選節能設備,通過技術改造和設備材質升級等舉措,實現對外排乏汽的高效回收,為其它化工企業節能降耗提供借鑒和指導。

3)某天然氣凈化廠已經安全運行13年,設備腐蝕、能耗消耗大等問題日益凸顯,在后續運行管理中,應創新管理和操作方式,堅持安全運行與節能降耗同步進行,在安全平穩生產的前提下,以降低水、電、氣、風等能源的消耗率為目標,實現能源利用最優化、 經濟效益最大化。