油氣礦場加工裝置節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

孫維軍　肖雙斌（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

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油氣礦場加工裝置節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

孫維軍肖雙斌（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

天然氣作為清潔優(yōu)質(zhì)能源在國家能源總用量占比正逐步提高，油氣礦場加工裝置是實(shí)現(xiàn)天然氣商品化的技術(shù)支撐。通過油氣礦場加工裝置的節(jié)能創(chuàng)效潛力分析，采用換熱器提高熱能利用，分離器回收輕烴，除塵裝置保證設(shè)備正常運(yùn)行等創(chuàng)效措施，實(shí)現(xiàn)了油氣礦場加工裝置長周期、滿負(fù)荷、高效益運(yùn)行，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用提高了天然氣和輕烴的產(chǎn)量。

天然氣輕烴加工裝置節(jié)能技術(shù)

1　加工裝置的作用

通常情況下對(duì)石油及天然氣進(jìn)行初加工的裝置設(shè)備稱為油氣礦場加工裝置。

油氣礦場加工裝置對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)處理、增壓、脫水、回收輕烴等處理過程。主要實(shí)現(xiàn)以下兩方面作用：

1）達(dá)到管線輸氣的氣質(zhì)要求。去除固體雜質(zhì)，保證管道輸送暢通，避免設(shè)備堵塞、磨損和輸氣事故；去除水、輕烴，避免其增壓凝結(jié)減少輸氣管道流通面積、結(jié)冰堵塞管道和設(shè)備；去除H2S和CO2等酸性氣體，避免金屬管道和設(shè)備腐蝕，保證其使用壽命。

2）分離汽態(tài)和液態(tài)輕烴。輕烴是優(yōu)質(zhì)化工原料，輕烴回收具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，將油田伴生氣通過處理分離為干氣和液體輕烴，不僅能提高外輸干氣質(zhì)量，還能使烴類增值3～5倍，經(jīng)濟(jì)效益提高2～3倍。

2　工藝原理

油氣礦場加工裝置的天然氣處理主導(dǎo)工藝是冷凝分離，獲得冷能有兩種途徑，利用冷劑將天然氣通過間接換熱冷至所需的溫度；利用氣體本身的壓能通過降壓膨脹而產(chǎn)生所需的低溫［1］。

冷劑制冷工藝原理是利用液體蒸發(fā)的吸熱效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)制冷，其中蒸汽壓縮式制冷循環(huán)是消耗機(jī)械功以獲得冷量，蒸汽吸收式制冷循環(huán)則是消耗熱能來獲得冷量，對(duì)于所加工的天然氣是系通過傳熱從循環(huán)的冷劑處獲得冷量。

膨脹制冷工藝所需的冷量由氣體直接經(jīng)過串接在系統(tǒng)中的各類型膨脹制冷設(shè)備來提供，如節(jié)流閥、透平膨脹機(jī)及熱分離機(jī)等。

油氣礦場加工裝置通過冷凝、汽化等吸熱、放熱的過程分離出不同沸點(diǎn)的組分。

3　現(xiàn)場應(yīng)用

針對(duì)油氣礦場加工裝置生產(chǎn)過程中存在的耗能問題，可采取以下幾項(xiàng)技術(shù)措施進(jìn)行節(jié)能創(chuàng)效。

3.1應(yīng)用換熱器提高熱能利用率

油氣礦場加工裝置中有很多換熱器的應(yīng)用，例如微正壓閃蒸穩(wěn)定可用穩(wěn)定后的高溫原油對(duì)來油進(jìn)行加熱升溫；油氣礦場加工裝置蒸氣伴熱凝結(jié)水管線中凝水與蒸汽兩相流溫度較高，此余熱可加熱循環(huán)水和上水；淺冷工藝中從級(jí)間分離器分離出來的氣體經(jīng)增壓壓縮到高溫高壓狀態(tài)，在進(jìn)入直流水冷器冷卻前可用來做熱源換熱。

現(xiàn)以喇二淺冷裝置乙二醇-天然氣換熱器為例說明換熱原理，換熱器工作流程見圖1。

為防止原料氣溫度降低所凝結(jié)的水在低溫下凍堵，在貧富氣換熱器和最終冷卻器入口噴注乙二醇作防凍劑，降低冰點(diǎn)溫度，抑制凝結(jié)的水與天然氣形成固體水合物，凝結(jié)的水由乙二醇循環(huán)帶走。二段壓縮出口天然氣溫度是130℃，經(jīng)換熱器加熱乙二醇后降溫至112℃，三相分離器出口乙二醇溫度是-25℃，在乙二醇進(jìn)入再生系統(tǒng)加熱前先被天然氣加熱，經(jīng)換熱器加熱升溫至29℃，節(jié)約了電能。

圖1　乙二醇—天然氣換熱器示意圖

3.2應(yīng)用分離器回收輕烴

為回收污水系統(tǒng)中的輕烴，常采用污水罐沉降分離器、自動(dòng)排水閥等設(shè)備分離污水和輕烴。

現(xiàn)以杏V-1淺冷輕烴儲(chǔ)罐自動(dòng)脫水器為例說明分離器原理及工作流程見圖2。

圖2　輕烴儲(chǔ)罐水分離器示意圖

圖3　除塵裝置工藝流程圖

輕烴儲(chǔ)罐儲(chǔ)存產(chǎn)品輕烴，由于在工藝處理中不可避免的存有游離水，此部分水在輕烴罐中聚集成為污水，降低輕烴品質(zhì)，為避免輕烴罐污水排放時(shí)攜帶輕烴，采用自動(dòng)脫水器，利用污水和輕烴的密度差實(shí)現(xiàn)分離作用，降低輕烴損耗，提高輕烴回收率。

3.3應(yīng)用除塵裝置提高設(shè)備開工率

為保證壓縮機(jī)和級(jí)間分離器等油氣礦場加工裝置的正常運(yùn)行，需要對(duì)原料氣雜質(zhì)進(jìn)行高效去除，例如北壓淺冷裝置采用具備三重分離效應(yīng)的“天然氣凈化成套裝置”：第一級(jí)重力沉降分離（預(yù)處理150 μm）、第二級(jí)內(nèi)置式高效旋風(fēng)分離器（預(yù)處理20 μm）及第三級(jí)高效氣體過濾器（精處理1.0μm），其工藝流程見圖3。

經(jīng)過除油器的濕氣通過入口控制閥由匯管進(jìn)入濕氣雜質(zhì)脫除裝置的3個(gè)并聯(lián)氣體凈化器進(jìn)行氣、液、固分離。首先通過重力沉降室進(jìn)行初步分離，沉降分離出的油、水等雜質(zhì)通過底部閥門定期排至排污罐內(nèi)；預(yù)處理后的氣體進(jìn)入內(nèi)置的2個(gè)旋風(fēng)分離器進(jìn)行第二級(jí)分離，分離出的污水等雜質(zhì)通過旋風(fēng)分離器下面中間灰斗的液位控制排放閥排到排污罐內(nèi)集中處理；氣體從旋風(fēng)分離器頂部出口通過連接管進(jìn)入凈化器上部，從上至下經(jīng)凈化器內(nèi)多層結(jié)構(gòu)的中空纖維精密過濾器進(jìn)行第三級(jí)凈化處理后，通過出口匯管進(jìn)入淺冷裝置進(jìn)行增壓、制冷。

4　結(jié)論

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用節(jié)能改造措施后，裝置運(yùn)行周期延長，天然氣火炬放空損耗減少，提高天然氣產(chǎn)量和產(chǎn)品輕烴量，降低了生產(chǎn)操作的工作強(qiáng)度，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

［1］蘇建華.許可方，宋德琦，等.天然氣礦場集輸與處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：95.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.014

2015-06-10）

孫維軍，2008年畢業(yè)于吉林大學(xué)（熱能與動(dòng)力工程專業(yè)），從事油田地面工程設(shè)計(jì)工作，E-mail：trqsunweijun @petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市薩大中路北285號(hào)，163414。