分子篩脫水裝置在輕烴回收站的改造

宋志俊　王娟娟　張建紅　解兆友　趙泉安　長(zhǎng)慶油田采油一廠

分子篩脫水裝置在輕烴回收站的改造

宋志俊王娟娟張建紅解兆友趙泉安
長(zhǎng)慶油田采油一廠

分子篩在安塞油田輕烴處理系統(tǒng)的應(yīng)用已有10余年，歷經(jīng)多次改造與優(yōu)化：其中某輕烴回收站改造4次，解決了分子篩經(jīng)常性故障停運(yùn)、易腐蝕、再生氣不足等多項(xiàng)問(wèn)題；使分子篩脫水裝置能夠連續(xù)運(yùn)行，降低了設(shè)備故障率；提高了分子篩脫水效果，分子篩后氣體露點(diǎn)降低至-10℃，降低設(shè)備凍堵率，尤其是改造后冬季再未出現(xiàn)過(guò)凍堵情況；提高了輕烴質(zhì)量，輕烴含水率下降；分子篩脫水裝置改造為自動(dòng)控制系統(tǒng)，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

分子篩；脫水；輕烴；再生；吸附

1　工藝現(xiàn)狀

安塞油田共有輕烴處理站5座，負(fù)責(zé)回收9個(gè)采油作業(yè)區(qū)伴生氣、原油揮發(fā)氣、原油穩(wěn)定氣。輕烴生產(chǎn)原料氣中含有水分，低溫條件下形成游離水，造成管線凍堵、超壓運(yùn)行等安全風(fēng)險(xiǎn)，因此輕烴生產(chǎn)過(guò)程中需要將水脫除。脫水工藝如圖1所示。從圖1中可以看出，目前輕烴回收工藝脫水方式主要有兩種：①原料氣中水蒸氣在低溫、中壓的工藝環(huán)境下形成游離水，在重力作用下沉至容器、管道底部，通過(guò)定時(shí)排污、排水進(jìn)行脫除，某輕烴回收站游離水脫除情況見(jiàn)表1；②使用分子篩脫水裝置，進(jìn)行獨(dú)立脫水，以達(dá)到脫水效果。安塞油田各輕烴處理站都安裝分子篩進(jìn)行脫水。

圖1　安塞油田輕烴回收脫水工藝

2　工藝原理

雖然使用容器脫除游離水的方式可以脫除大部分水分，但無(wú)法達(dá)到輕烴露點(diǎn)低于-30℃的要求，應(yīng)用分子篩可以達(dá)到深度脫水的目的。分子篩的主要成分為結(jié)晶態(tài)硅酸鹽，根據(jù)分子大小、極性分子等對(duì)水蒸氣進(jìn)行吸附。分子篩脫水裝置主要工藝原理如下：

（1）脫水裝置有2具干燥塔，干燥塔內(nèi)填充分子篩濾料，一具用于吸附水蒸氣，另一具用于脫除分子篩水分再生。

（2）生產(chǎn)輕烴原料氣進(jìn)入1具干燥塔進(jìn)行吸附，分子篩吸附原料氣中的水蒸氣得到干氣。

（3）另外1具干燥塔利用高溫再生氣使水分脫離分子篩吸附，并將水分?jǐn)y帶出干燥塔。

（4）再生各工作8 h，自動(dòng)進(jìn)行對(duì)調(diào)工作。

（5）再生后的干燥塔需要冷卻，使分子篩達(dá)到再次吸附的工作要求。工藝流程如圖2所示。

圖2　改造前分子篩脫水裝置工藝流程

3　存在的問(wèn)題

分子篩在安塞油田輕烴處理系統(tǒng)的應(yīng)用已有10余年，歷經(jīng)多次改造與優(yōu)化，其中某輕烴回收站改造4次，解決了分子篩經(jīng)常性故障停運(yùn)、易腐蝕、再生氣不足等多項(xiàng)問(wèn)題。

（1）分子篩閥門易故障。由于原料氣中含硫化氫、雜質(zhì)，同時(shí)高溫再生氣進(jìn)入干燥器都會(huì)造成閥門卡死、關(guān)閉不嚴(yán)，閥門故障會(huì)造成管線超壓運(yùn)行、分子篩再生氣體和原料氣互竄等隱患，使分子篩運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)增大、脫水效果降低。

表1　某輕烴回收站游離水脫除情況

（2）分子篩再生氣不容易達(dá)到工藝要求。分子篩干燥器內(nèi)濾料的再生，取決于再生氣氣量和溫度，當(dāng)分子篩再生效果不好或無(wú)法運(yùn)行時(shí)，分子篩將無(wú)法工作。

（3）再生氣壓縮機(jī)容易故障。再生氣壓縮機(jī)作為再生氣循環(huán)用動(dòng)力源，由于壓縮機(jī)進(jìn)口壓力較高（0.4～0.6 MPa），壓縮機(jī)震動(dòng)較大，進(jìn)入壓縮機(jī)氣體為高溫氣體，增大壓縮機(jī)故障率。

（4）再生氣冷卻換熱器容易發(fā)生故障。再生氣溫度較高（180～200℃），需要降溫才能循環(huán)使用。由于換熱器運(yùn)行溫度較高，易發(fā)生故障。

4　裝置改造

（1）閥門的選擇：①帶有自動(dòng)控制系統(tǒng)的普通球閥容易發(fā)生故障，該類閥門專業(yè)性強(qiáng)，需要廠家單獨(dú)維護(hù)和更換，造成分子篩長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)；②普通手動(dòng)球閥易維修、更換，運(yùn)行過(guò)程中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，使分子篩能連續(xù)運(yùn)行，但需要人工操作，同時(shí)更換閥門頻次較多，增加了員工的工作強(qiáng)度和運(yùn)行費(fèi)用；③耐高溫、耐腐蝕四通不銹鋼閥門，將四個(gè)閥門更改為兩個(gè)閥門，故障率低。

（2）再生氣源的選擇：①再生氣壓力、氣量不足會(huì)使水分無(wú)法完全脫除吸附，降低分子篩脫水效果；②再生氣壓力較高，會(huì)造成設(shè)備、設(shè)施工作壓力高，增加安全風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)備故障率；③再生氣可以是天然氣、脫水后的輕烴氣、輕烴系統(tǒng)生產(chǎn)的干氣，也可以是外部來(lái)氣，但外部來(lái)氣尤其是冬季氣量不易受控；④可使用壓力調(diào)節(jié)閥將壓力高的再生氣調(diào)節(jié)至所需要的壓力，保證了再生氣壓力、氣量的穩(wěn)定。

（3）再生氣處理要合理：①再生氣直接排放進(jìn)入輕烴回收站放空系統(tǒng)，由于氣體含水，冬季會(huì)造成管線凍堵，同時(shí)氣體直接排放會(huì)造成浪費(fèi)，不利于節(jié)能減排；②再生氣通過(guò)分離器沉降脫水后可直接循環(huán)使用，但是分離器脫水不徹底，影響分子篩再生效果；③再生氣可以并入原料氣進(jìn)行脫水處理，而完全脫水的原料氣可作為再生氣進(jìn)行分子篩再生，通過(guò)調(diào)壓閥、原料氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，使再生氣循環(huán)使用。

（4）其他方面的經(jīng)驗(yàn)：①再生氣壓縮機(jī)作為再生氣動(dòng)力源，可以去掉，使用高壓氣源作為再生氣氣源，不需要安裝再生氣壓縮機(jī)；②再生氣換熱器使用要科學(xué)合理，安裝時(shí)需考慮換熱器流道面積，若確實(shí)需要利用換熱器進(jìn)行換熱時(shí)，可考慮整個(gè)裝置的管線、閥門、設(shè)備全部采用不銹鋼材質(zhì)，這樣可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；③分子篩脫水裝置運(yùn)行過(guò)程中，再生塔工作壓力要低于吸附塔工作壓力，高溫氣體不會(huì)在發(fā)生閥門關(guān)閉不嚴(yán)后竄入整個(gè)系統(tǒng)，可以降低事故的發(fā)生頻率。

多次改造后分子篩脫水裝置工藝流程見(jiàn)圖3。從分子篩脫水裝置工藝流程改造前后對(duì)比可以看出，通過(guò)多次改造分子篩脫水裝置流程更加簡(jiǎn)化，使用的設(shè)備減少，不僅提高了脫水效果，降低了設(shè)備故障率，而且提升了輕烴回收效益。

圖3　改造后分子篩脫水裝置工藝流程

5　改造效果

分子篩脫水裝置經(jīng)過(guò)多次改造取得了以下幾方面效果：

（1）使分子篩脫水裝置能夠連續(xù)運(yùn)行，降低了設(shè)備故障率。

（2）提高了分子篩脫水效果，分子篩后氣體露點(diǎn)降低至-10℃，降低設(shè)備凍堵率，尤其是冬季改造后未出現(xiàn)凍堵情況。

（3）提高了輕烴質(zhì)量，輕烴含水率下降。

（4）分子篩脫水裝置改造為自動(dòng)控制系統(tǒng)，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

6　結(jié)論

（1）分子篩脫水裝置是輕烴回收系統(tǒng)深度脫水裝置，雖然總脫水率達(dá)不到40%，但是分子篩脫水裝置可以有效地降低氣體露點(diǎn)，防止管線凍堵。

（2）設(shè)備完好性是分子篩脫水裝置能夠連續(xù)運(yùn)行的保障，因此應(yīng)加強(qiáng)分子篩的設(shè)備、設(shè)施的保養(yǎng)，高溫運(yùn)行下的關(guān)鍵閥門保養(yǎng)不善，是導(dǎo)致分子篩停運(yùn)的重要原因。

（3）再生氣的使用、處理是直接影響分子篩脫水裝置運(yùn)行效果的關(guān)鍵因素。

15129750044、songzj1_cq@petrochina.com.cn

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.019

宋志俊：工程師，2009年畢業(yè)于西安石油學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)任長(zhǎng)慶油田第一采油廠集輸大隊(duì)技術(shù)員。

2015-03-06