精細過濾技術在南壓深冷裝置的應用試驗

邢杰　代勇（大慶油田天然氣分公司）

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精細過濾技術在南壓深冷裝置的應用試驗

邢杰代勇（大慶油田天然氣分公司）

南壓深冷裝置分子篩粉化嚴重，原料氣攜帶大量粉塵進入后續(xù)冷換設備，原過濾器金屬燒結濾芯壓差大，旁路過濾器為網(wǎng)狀過濾器，精度等級低，造成后續(xù)冷箱壓差增大，嚴重影響了裝置的安全平穩(wěn)運行和換熱器的換熱效率。研發(fā)了適合深冷裝置分子篩出口的精細過濾裝置。經(jīng)現(xiàn)場試驗，該過濾裝置消除了后續(xù)冷箱堵塞，降低了工藝物流壓力，提高了冷箱換熱效率，達到了增產(chǎn)輕烴，降低單位產(chǎn)品綜合能耗。

分子篩；精細過濾；雜質(zhì)脫除；換熱效率

南壓深冷F-0202粉塵過濾器自建站以來已投用6年，濾芯采用粉末金屬燒結濾芯，過濾精度高（≤5 μm）。通常運行半年后，當原料氣量為28 000 m3/h，過濾器壓差達到0.30 MPa，原料氣瞬時量為25 000 m3/h，過濾器壓差達到0.20 MPa，遠高于設計壓差小于或等于0.05 MPa，已無法單獨運行，只能打開旁路過濾器平行運行，旁路過濾器為網(wǎng)狀過濾器，精度等級低[1]，分子篩內(nèi)粉塵隨著原料氣進入下游冷凍單元，長期運行對冷箱形成堵塞。當堵塞嚴重、壓差升高時，如操作不當就會導致前端壓縮單元憋壓，造成壓縮機因出口壓力高而停機，影響裝置連續(xù)平穩(wěn)運行，同時影響冷箱換熱效率。為提高裝置運行效率，提高輕烴產(chǎn)量，降低單位產(chǎn)品綜合能耗，開展了深冷分子篩出口精細過濾技術試驗研究。

1　深冷分子篩出口凈化裝置的開發(fā)設計

根據(jù)天然氣含有粉塵及油污等雜質(zhì)，天然氣凈化的工藝線路設計應與國內(nèi)外常用濾芯/濾管等凈化方式不同，目前天然氣凈化工藝采用三級凈化即第一級“重力沉降室”、第二級“E-II型高效旋風分離器”、第三級“HGSD高效氣體過濾器”。

1.1過濾裝置工藝條件

氣體介質(zhì)：天然氣（已脫硫）；

氣體密度：0.7 kg/m3；

處理氣量：60×104m3/d（標態(tài)）=833.3 m3/h（操作態(tài)）；

運行壓力：3.0 MPa；

設計壓力：4.0 MPa；

運行溫度：45℃；

設計溫度：60℃。

1.2高效過濾器濾料

分子篩出口安全過濾技術及裝置的試驗，關鍵在于精細分離環(huán)節(jié)中試驗SRI系列中空纖維過濾濾料的過濾精度、容塵情況和吸附能力等性能對所除氣體及加工裝置是否達到生產(chǎn)運行工況要求。對幾十種濾料從以下方面進行篩選：

1）穩(wěn)定性。運行穩(wěn)定可靠，濾料的纖維不會因起刺、掉毛而被吸入到壓縮機內(nèi)。

2）吸附能力。能夠吸附脫水后天然氣中攜帶的分子篩粉塵。

3）空隙率和納污量。在滿足氣量負荷和運行時間的條件下，其壓力損失應在規(guī)定的范圍內(nèi)。

4）耐損強度。濾料不會因氣量負荷、系統(tǒng)壓力的波動以及壓縮機的抽吸而損壞。

有關凈化系統(tǒng)的總阻力ΔP值是可變值，初始時高效氣體過濾器的總阻力（即空白阻力） ΔP很?。é≤2 kPa），隨著時間的推移，天然氣中的雜質(zhì)越來越多被捕集，系統(tǒng)總阻力ΔP會緩慢逐步增加[2]。如果氣體通過濾料層的壓差太大，組合凈化裝置的總壓差也會很大，就會影響到天然氣加工裝置壓縮機及后續(xù)設備的正常運行。

2　應用試驗

2.1改造流程

該項目在原工藝流程不變的情況下，新增1套HGSD/0.9kPN4.0氣體凈化成套裝置，替代原精細過濾器對分子篩出口氣體進行過濾。經(jīng)分子篩脫水后的氣體進入HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置，過濾氣體攜帶的分子篩粉塵，然后進入壓縮機。改造后流程，見圖1。

圖1　改造后裝置流程圖

2.2試驗效果

HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置投產(chǎn)運行后，停運原精細過濾器，氣體全部進入HGSD/ 0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置，該裝置設計安裝時無旁通。

1）過濾壓差。HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置與原F-0202粉塵過濾器新建粉塵旋風分離器采用并聯(lián)安裝，投產(chǎn)后停運原過濾器，運行期錄取了過濾前后的壓力（表1）。計算平均壓差為0.03 MPa，比原金屬燒結濾芯壓差（0.3 MPa）降低90%，達到裝置運行要求。

表1　2012年10月天然氣凈化成套裝置入/出口壓力統(tǒng)計

2）堵塞情況。南壓深冷裝置原過濾器未設計反吹掃系統(tǒng)，因分子篩粉塵堵塞問題，原精細過濾器每年需更換過濾器濾芯1次。對HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置的濾料使用壽命及后續(xù)冷換設備中的粉塵含量觀察，該裝置連續(xù)運行1年后只有最上層濾料顏色變黑，其余均保持白色，后續(xù)冷換設備中未發(fā)現(xiàn)含有粉塵。

2）設備維護費用。原過濾器每年需更換濾芯1次，費用約為32萬元。HGSD/46K天然氣凈化成套裝置每年更換濾料的費用約為3萬元，大大降低了裝置的維護費用。

3）增產(chǎn)節(jié)能。與原過濾器相比，新研制過濾器自生產(chǎn)運行壓降由0.3 MPa降至0.03 MPa，后續(xù)冷箱未出現(xiàn)堵塞，冷箱運行平均壓降降至0.2MPa，裝置工藝物流總壓降降低0.47 MPa，增大了制冷設備膨脹機的膨脹比，制冷能力提高，平均制冷溫度由-78℃降至-79.5℃，在能耗不增的情況下，年增產(chǎn)輕烴720 t，單位產(chǎn)品綜合能耗降低。

3　結論

1）確定了適宜深冷分子篩出口凈化過濾工藝的三級凈化：即重力沉降、旋風分離、高效氣體過濾器。

2）過濾技術延長了過濾器的使用壽命，保證了裝置長周期的安全平穩(wěn)運行；降低了設備維護成本，減輕了工人更換濾芯的勞動強度，年可節(jié)約維護費用29萬元。

3）過濾技術在南壓深冷裝置的應用，降低了過濾器自身壓降和后續(xù)設備壓降，提高生產(chǎn)能力，降低單位產(chǎn)品綜合能耗，為在同類裝置推廣提供了技術依據(jù)。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.007

2016-01-05

（編輯 莊景春）

邢杰，高級工程師，1993年畢業(yè)于中國石油大學，從事油田伴生氣處理研究工作，E-mail:xingj@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田公司天然氣分公司工程技術大隊，163416。

[1]金國淼.除塵器[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008:31-36.

[2]張殿印，顧海根，肖春，等.除塵器運行維護與管理[M].北京：化學工業(yè)出版社,1994：53-55.