天然氣輕烴回收裝置優(yōu)化

任正午 付偉賢

【摘 要】輕烴，也稱天然氣凝液，有時(shí)也稱為液烴。輕烴回收是指將天然氣中相對甲烷或乙烷更重的組分以液態(tài)形式回收下來的過程。回收天然氣中的輕烴可以控制天然氣中烴露點(diǎn)以達(dá)到商品天然氣質(zhì)量指標(biāo)，防止管路中氣液兩相流的出現(xiàn)。同時(shí)還可以從天然氣中回收下來的輕烴可作為燃料和化工原料，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。鑒于此，本文對天然氣輕烴回收裝置優(yōu)化進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】天然氣輕烴；回收裝置；優(yōu)化

一、天然氣輕烴回收技術(shù)現(xiàn)狀

我國的天然氣分離技術(shù)起步較晚，近年來，在引進(jìn)、吸收、消化國外先進(jìn)回收工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)輕烴回收裝置無論是技術(shù)含量還是裝備水平都有了長足進(jìn)步。目前國產(chǎn)裝置采用的主要工藝方法，歸納起來有：外部冷劑循環(huán)致冷；膨脹機(jī)致冷；冷劑致冷和膨脹致冷相結(jié)合的混合致冷。致冷溫度不低于-50℃的淺冷裝置，大部分采用冷劑致冷或單級膨脹致冷，中深冷裝置大部分采用冷劑致冷和膨脹致冷相結(jié)合的混合致冷方法?；旌现吕渲饕獌?yōu)點(diǎn)是致冷溫度低，產(chǎn)品收率高，對原料氣的變化適應(yīng)性強(qiáng)，缺點(diǎn)是流程比較復(fù)雜且投資高，裝置的能耗也比較高。盡管我國的輕烴回收技術(shù)水平取得了較大的進(jìn)步，但是與國外先進(jìn)技術(shù)還有一定的差距。國內(nèi)設(shè)計(jì)的輕烴回收裝置，特別是一些早期建成的裝置仍然存在液烴收率低、能耗高、工藝流程不合理、產(chǎn)品質(zhì)量不符合要求、自控水平不高等問題。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）回收工藝方法選擇不當(dāng)，主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，造成裝置液烴回收率較低，工程投資大，生產(chǎn)成本高，整套裝置的經(jīng)濟(jì)效益差；（2）壓縮機(jī)、致冷機(jī)組運(yùn)行參數(shù)未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，造成冷凝壓力偏低、冷量不足，使冷凝分離出來的輕烴量減少。同時(shí)脫乙烷塔塔頂冷量提供不足，造成塔頂溫度偏高，使冷凝下來的輕烴被損失，產(chǎn)品收率低；（3）國內(nèi)輕烴回收裝置是以回收丙烷以上組分的烴類為主，丙烷平均回收率不足60%，由于深冷工藝的裝置少和致冷工藝的單一，裝置對原料氣組分、壓力及氣候條件等變化的適應(yīng)性差；（4）過程控制方案沒有從整體優(yōu)化，先進(jìn)的集散控制系統(tǒng)未能得到普遍應(yīng)用。目前，輕烴裝置主要以滿足工藝過程為主，對降低生產(chǎn)成本、節(jié)能降耗、生產(chǎn)操作管理考慮不夠，設(shè)備維護(hù)和管理水平不高，裝置開工率較低。

二、天然氣輕烴回收裝置優(yōu)化措施

1、壓縮機(jī)選型優(yōu)化

（1）離心式壓縮機(jī)。離心式壓縮機(jī)的效率較低，對輸氣量和壓力波動適應(yīng)范圍小，且不易調(diào)節(jié)。流量、壓力波動對機(jī)組的效率影響較大，工作點(diǎn)應(yīng)避開喘振區(qū)和滯留區(qū)，保持在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行，適合于長輸管道長時(shí)間穩(wěn)定工況下運(yùn)行，單臺裝機(jī)功率在此700kW以上時(shí)適用。離心式壓縮機(jī)摩擦易損件少，檢修周期長，機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕，所需安裝廠房空間較小，但一次性投資大，大修難度較大，要求運(yùn)行人員有較高的技術(shù)素質(zhì)和管理水平。（2）往復(fù)式壓縮機(jī)。往復(fù)式壓縮機(jī)具有較高的效率，可達(dá)8090%，適合的流量、壓比變化范圍大，在額定流量的2530%范圍內(nèi)均可正常工作。工況易于調(diào)節(jié)，可通過轉(zhuǎn)速和余隙容積調(diào)節(jié)流量。流量變化對效率的影響較小，機(jī)組對環(huán)境條件無特殊要求，可全天候運(yùn)轉(zhuǎn)。往復(fù)式壓縮機(jī)的特點(diǎn)是低流量高壓差，在處理不同分子量的氣體時(shí)，定速往復(fù)式壓縮機(jī)對分子量不同的氣體提供相同的壓力比。因此，氣源不穩(wěn)定或氣量較少的原料氣壓縮機(jī)，宜選用往復(fù)式壓縮機(jī)，小型往復(fù)式壓縮機(jī)采用電動機(jī)驅(qū)動較好，大型宜采用燃?xì)庖骝?qū)動。往復(fù)式壓縮機(jī)國產(chǎn)質(zhì)量可靠。（3）螺桿式壓縮機(jī)。螺桿式制冷壓縮機(jī)屬容積型壓縮機(jī)，它兼有活塞式和離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn)。螺桿式壓縮機(jī)零件少，加工要求較高，結(jié)構(gòu)緊湊，無故障運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，維護(hù)管理簡單。另外螺桿致冷壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子體積小，重量輕，運(yùn)動慣性小，易于起動。適用于中低壓力及中小排氣量。但其最在的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)性能好，可在10%-100%的排氣范圍內(nèi)進(jìn)行無級變速自動調(diào)節(jié)，驅(qū)動機(jī)消耗的功率幾乎與壓縮機(jī)的排氣量的變化成正比例的變化，經(jīng)濟(jì)效益好。

2、分離器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

輕烴回收裝置中分離器很多，有原料氣來氣緩沖分離器、壓縮機(jī)一級出口分離器、壓縮機(jī)二級出口分離器、低溫分離器、不凝氣分離器、氨液分離器。這些分離器的用途和設(shè)備布置位置不同各不相同，因此，其設(shè)備形式也不同。前三種分離器其處理量基本相同，但其各自的操作條件不同，設(shè)備大小也不同。原料氣來氣緩沖分離器操作壓力較低，其目的是除去原料氣中的游離水、液滴及機(jī)械雜質(zhì)等，另外還起到穩(wěn)定壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的作用。其體積較大，宜設(shè)計(jì)成立式分離器，因?yàn)榱⑹椒蛛x器在小平面上站地要小。宜布置在距壓縮機(jī)較近的位置。壓縮機(jī)一級出口分離器操作壓力在整個(gè)回收系統(tǒng)中屬中等，其目的是分離去析出的水及液烴，保證二級壓縮平穩(wěn)運(yùn)行。該分離器應(yīng)靠近壓縮機(jī)布置，且宜設(shè)為立式。壓縮機(jī)二級出口分離器及低溫分離器操作壓力高，體積也小，宜和冷換設(shè)備等放在框架內(nèi)布置，因此設(shè)為臥式較好。低溫分離器為分離干貧氣、低溫液烴及富乙二醇的三相分離器，設(shè)計(jì)時(shí)吸取河南油田設(shè)計(jì)院的專利產(chǎn)品油、氣、水三相分離器中的一些先進(jìn)技術(shù)，除霧器中的絲網(wǎng)采用新型高效金屬絲網(wǎng)捕霧，使液滴捕集界限小于1 0hm以下。在輕烴回收裝置的分離器設(shè)計(jì)中，其它分離器的設(shè)計(jì)都容易撐握，這主要是它們都是氣、輕烴液體及水的分離，密度差比較大，小水滴很容易分離。但裝置中的低溫分離器設(shè)計(jì)時(shí)要注意，由于其操作溫度低，且含有粘度大的乙二醇水溶液，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用臥式結(jié)構(gòu)，最好要設(shè)計(jì)一個(gè)分液包；另外，分離器的氣出口一定不要設(shè)捕霧器，以防堵塞。對于大型輕烴回收裝置，由于采用重力沉降式分離器，計(jì)算出的分離器直徑較大，這種情況下的分離器多采用機(jī)械式分離的分離器；對于小型裝置，若采用機(jī)械式分離的分離器，由于其內(nèi)部需要濾芯等昂貴、復(fù)雜的內(nèi)件，一般不選用。

3、蒸發(fā)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

蒸發(fā)器是輕烴回收裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一。蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意防凍堵問題，因此在蒸發(fā)器管程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用多管程，這樣雖然會損失掉一定的壓縮降，但提高了管程天然氣的流速，使液體形成霧狀流，防止乙二醇水溶液與天然氣的分層，可避免天然氣在經(jīng)過蒸發(fā)器冷凝時(shí)結(jié)冰堵塞。

4、冷換設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)

冷換設(shè)備選擇的設(shè)計(jì)考濾被冷介質(zhì)的特性、環(huán)境條件。對于環(huán)境溫度低、干燥、缺水、環(huán)保要求高的地區(qū)，冷卻器應(yīng)盡量選用空冷，而不宜選用水冷。空冷的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約用水、利于環(huán)保、運(yùn)行費(fèi)用低，缺點(diǎn)是設(shè)備占地較大、一次性投資較高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用空冷器，2-3年即可回收多增加的投資。我國北方地區(qū)特別宜于采用空冷；而我國南方地區(qū)，夏季時(shí)間長，環(huán)境溫度高，在選擇空冷時(shí)要綜合考慮，進(jìn)行多方面比較后選擇，即便選擇空冷器，也多為濕式空冷器，其操作費(fèi)用也并不低另外，在選擇空冷器時(shí)，應(yīng)考慮以下情況：（1）流需冷到38℃以下，不采用空冷；（2）熱介質(zhì)冷卻后的溫度與設(shè)計(jì)氣溫之差不小于13-150℃；（3）冷和水冷卻不易實(shí)現(xiàn)時(shí)，可將熱介質(zhì)冷卻后的溫度與設(shè)計(jì)氣溫之差降為10℃，但不宜再降低；（4）管內(nèi)熱流操作壓力愈高或者允許壓力降愈大，采用空冷比水冷愈經(jīng)濟(jì)。

三、結(jié)語

近年來，輕烴回收作為油田新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，越來越受到人們的關(guān)注，旨在提高裝置經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)改造勢在必行。近年來，國內(nèi)針對輕烴回收裝置所進(jìn)行的技術(shù)改造層出不窮，其核心主要還是圍繞增加系統(tǒng)壓力和降低冷凝溫度進(jìn)行，特別是與膨脹制冷結(jié)合后，逐漸成為輕烴回收工藝的主流。同時(shí)，由于輕烴回收裝置包含化工領(lǐng)域方面的多個(gè)單元操作，對每個(gè)方面的研究都是一項(xiàng)復(fù)雜而全面的系統(tǒng)優(yōu)化過程，還需要相關(guān)設(shè)計(jì)者不斷進(jìn)行研究和探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣洪，朱聰.伴生氣輕烴回收工藝技術(shù).油氣田地面工程，2000 （l）.

[2]高建保等，輕烴回收裝置的操作參數(shù)優(yōu)化模型.石油與天然氣化工，2006 （l）.

[3]裴紅.天然氣輕烴回收裝置能耗.石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2002 （5）.