基于能流模型的伴生氣脫硫裝置節(jié)能分析

王林強(qiáng)王應(yīng)全陳有明

（1.塔里木油田塔北勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部；2.塔里木油田天然氣事業(yè)部）

基于能流模型的伴生氣脫硫裝置節(jié)能分析

王林強(qiáng)1王應(yīng)全1陳有明2

（1.塔里木油田塔北勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部；2.塔里木油田天然氣事業(yè)部）

針對(duì)哈拉哈塘油田伴生氣脫硫裝置低負(fù)荷運(yùn)行的實(shí)際，以能量邊界劃分能流模型來(lái)系統(tǒng)性分析現(xiàn)階段裝置能量有效利用狀況，查找在生產(chǎn)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化、利用和回收環(huán)節(jié)的能量消耗。進(jìn)一步探討伴生氣脫硫裝置在低負(fù)荷下的安全、節(jié)能、高效運(yùn)行參數(shù)及節(jié)能措施，深挖裝置節(jié)能潛力，合理評(píng)價(jià)生產(chǎn)裝置能耗狀況，優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)熱力學(xué)應(yīng)用，提高裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

油田伴生氣脫硫裝置能流模型節(jié)能

哈拉哈塘油田建設(shè)工程是塔里木油田公司建設(shè)“新疆大慶”六大產(chǎn)能工程之一。哈六聯(lián)合站主體工程是酸性油氣處理的中心，工藝裝置較復(fù)雜。站內(nèi)包含原油脫硫脫水，伴生氣增壓、脫硫、脫水脫烴，硫磺回收等主體生產(chǎn)裝置。伴生氣脫硫選用醇胺法脫硫工藝，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的甲基二乙醇胺與含硫化氫天然氣逆流接觸，脫除硫化氫。設(shè)計(jì)伴生氣脫硫裝置處理量為45×104m3/d，由于前期進(jìn)站總氣量維持在10×104～12×104m3/d左右，客觀上給當(dāng)前裝置的安全生產(chǎn)和節(jié)能提出了新的要求［1］。

1　脫硫工藝

如圖1所示，含硫原料氣進(jìn)入胺液吸收塔下部，與塔上部進(jìn)塔的貧胺液逆流接觸，原料氣中幾乎全部硫化氫及部分二氧化碳被貧胺液吸收進(jìn)入液相從而脫除。吸收了酸性組分的富胺液自塔底排出，進(jìn)入胺液閃蒸罐進(jìn)行閃蒸和氣液分離，閃蒸后的富胺液依次進(jìn)入預(yù)過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器、后過(guò)濾器，進(jìn)入貧富液換熱器與來(lái)自再生塔再生后的貧胺液進(jìn)行換熱，對(duì)貧胺液進(jìn)行冷卻。富胺液溫度升高后由再生塔上部進(jìn)塔，在塔內(nèi)解析出酸性組分從而恢復(fù)脫硫活性成為貧胺液后由再生塔底部出塔。貧胺液出塔后先經(jīng)過(guò)貧富液換熱器冷卻再進(jìn)入胺液循環(huán)增壓后，進(jìn)入貧液冷卻器冷卻，然后進(jìn)入吸收塔循環(huán)利用。

圖1　脫硫工藝流程

2　能耗分析

哈拉哈塘油田伴生氣脫硫裝置日均處理伴生氣量為10×104～12×104m3，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)處理量45× 104m3/d，占設(shè)計(jì)的25%不足，給裝置的安全生產(chǎn)和節(jié)能提出了新的要求。脫硫裝置在日常生產(chǎn)中的耗能工質(zhì)主要有二次能源電力及一次能源油田伴生氣轉(zhuǎn)化而來(lái)的熱能。整套裝置的主要耗能單位有2臺(tái)工頻胺液循環(huán)泵、2臺(tái)工頻酸水回流泵、3臺(tái)變頻貧胺液空冷器、2臺(tái)變頻酸氣空冷器及為胺液再生提供熱源的導(dǎo)熱油。

能流模型能客觀地闡述系統(tǒng)用能的本質(zhì)狀況［2］。依據(jù)能量的流入與流出來(lái)劃分子模型，結(jié)合伴生氣脫硫工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)，將整個(gè)脫硫裝置劃分為脫硫、換熱、再生3個(gè)子模型（圖2），其中子模型1與子模型3包括能量的轉(zhuǎn)化與利用過(guò)程，而子模型2僅為能量的回收過(guò)程。

圖2　伴生氣脫硫裝置能流模型

考慮到脫硫裝置設(shè)計(jì)較為緊湊、保溫較好，并且為了便于計(jì)算，忽略管道局部、沿程阻力的能量損耗及熱能沿管道的熱量損失。分析能量轉(zhuǎn)化、能量利用、能量回收等環(huán)節(jié)脫硫裝置的能量消耗［3-4］，其中機(jī)泵、導(dǎo)熱油的能量利用按相關(guān)公式計(jì)算。

由表1可知，伴生氣脫硫裝置能量消耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于脫硫與再生子模型，其中脫硫子模型能耗的降低，對(duì)提高裝置整體能量利用效率有顯著影響；而選用板式換熱器的換熱子模型對(duì)能量回收利用有較好的效果。

表1　伴生氣脫硫裝置用能狀況

3　節(jié)能措施

結(jié)合伴生氣脫硫裝置設(shè)計(jì)值與生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)（表2、表3），分析了裝置的節(jié)能潛力［5］。

表2　伴生氣進(jìn)出脫硫裝置參數(shù)

從表2、表3可以看出：前期進(jìn)裝置總氣量明顯不足，脫硫裝置能耗明顯偏高，考慮到為二期伴生氣留有足夠處理負(fù)荷等因素及降低裝置用能現(xiàn)狀的實(shí)際，裝置運(yùn)行壓力較設(shè)計(jì)值降低0.7MPa來(lái)實(shí)現(xiàn)降低能耗與安全、方便操作的目的；在伴生氣沿管道的熱量梯度損耗基本不變的前提下，進(jìn)裝置總氣量的減少，自身攜帶的熱量相應(yīng)減少，必然導(dǎo)致進(jìn)裝置溫度的降低，同時(shí)，裝置綜合能耗相對(duì)減少，但產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗會(huì)急劇增加；伴生氣進(jìn)裝置溫度的降低及氣量的減少直接影響胺液循環(huán)的溫度與循環(huán)量的選擇，對(duì)機(jī)泵的操作彈性及機(jī)泵效率影響較大。

表3　貧富胺液進(jìn)出脫硫裝置參數(shù)

4　結(jié)論與建議

目前伴生氣脫硫裝置能量綜合利用率不高，存在較大的節(jié)能空間，提高裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性顯得尤為迫切。提高子模型中單個(gè)泵機(jī)組的效率，根據(jù)處理氣量的大小適時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)做變頻改造；加快二期氣量進(jìn)脫硫裝置處理的進(jìn)度，減少管道熱量的散失；從脫硫工藝參數(shù)著手，不斷優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，特別是脫硫、再生子模型的運(yùn)行參數(shù)。

［1］肖寒，殷明漢，李愛(ài)仙.我國(guó)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與展望［J］.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2004（2）：28-30.

［2］孫寧.油田企業(yè)能耗評(píng)價(jià)與優(yōu)化決策研究［D］.北京：中國(guó)石油大學(xué)，2008.

［3］天津大學(xué)物理化學(xué)教研室.物理化學(xué)（上冊(cè)）［M］.4版.北京：高等教育出版社，2001：34-47.

［4］徐孝軒，陳從磊，孫國(guó)華.勝利油田聯(lián)合站加熱系統(tǒng)節(jié)能潛力分析［J］.節(jié)能，2011，349（9）：21-23.

［5］李菁菁.酸性水單塔低壓汽提工藝能耗分析及節(jié)能措施［J］.煉油技術(shù)與工程，2008，38（11）：44-45.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.003

2014-04-26）

王林強(qiáng)，2009年畢業(yè)于西安交通大學(xué)（化學(xué)工程與工藝專業(yè)），從事油氣田開(kāi)發(fā)、節(jié)能技術(shù)等工作，E-mail：wanglqtlm@petrochina.com.cn，地址：新疆庫(kù)爾勒市石化大道26號(hào)塔北勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部，841000。