天然氣凈化裝置節(jié)能途徑探討

黃雪鋒　李　濤　李　靜　陶兆勇　程　璐　匡林驕

中國(guó)石油西南油氣田公司川中油氣礦磨溪天然氣凈化廠,　四川　遂寧　629000

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天然氣凈化裝置節(jié)能途徑探討

黃雪鋒李濤李靜陶兆勇程璐匡林驕

中國(guó)石油西南油氣田公司川中油氣礦磨溪天然氣凈化廠,四川遂寧629000

天然氣凈化屬高耗能領(lǐng)域,且節(jié)能工作點(diǎn)多面廣,故凈化裝置存在可觀節(jié)能潛力。針對(duì)含硫天然氣凈化裝置節(jié)能運(yùn)行問(wèn)題,圍繞凈化廠關(guān)鍵耗能點(diǎn),從工藝節(jié)能、設(shè)備節(jié)能、電氣節(jié)能、儀表節(jié)能等方面論述了凈化裝置節(jié)能途徑。所述節(jié)能途徑可為凈化廠節(jié)能工作提供技術(shù)借鑒。

節(jié)能；工藝參數(shù)；脫硫；脫水；硫黃回收；天然氣凈化

0　前言

在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中,天然氣凈化廠工作重心側(cè)重于生產(chǎn)任務(wù)和產(chǎn)品氣質(zhì)量,而節(jié)能工作點(diǎn)多面廣,未有系統(tǒng)性的節(jié)能運(yùn)行指導(dǎo)措施,加之環(huán)境氣候、氣質(zhì)變化、氣量波動(dòng)、工藝及設(shè)備適應(yīng)性等因素,使得各地區(qū)凈化裝置存在不同程度的節(jié)能空間。針對(duì)含硫天然氣凈化裝置一般性工藝,結(jié)合國(guó)內(nèi)天然氣凈化廠生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的典型問(wèn)題及節(jié)能經(jīng)驗(yàn),天然氣凈化廠節(jié)能途徑進(jìn)行了探討。

1　關(guān)鍵耗能點(diǎn)分析

含硫天然氣凈化工藝裝置主要包括脫硫裝置、脫水裝置、硫黃回收裝置、硫黃成型裝置、尾氣處理裝置、污水處理裝置、火炬與放空系統(tǒng)、公用工程等。含硫天然氣凈化廠主要耗能點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1含硫天然氣凈化廠主要耗能點(diǎn)

耗能點(diǎn)耗能介質(zhì)說(shuō)明脫硫再生塔重沸器蒸汽耗費(fèi)全廠蒸汽消耗總量90%以上[3]MDEA貧液空冷器電24h運(yùn)轉(zhuǎn),耗電大戶(hù)MDEA貧液后冷器循環(huán)水水耗與MDEA循環(huán)量密切相關(guān)酸氣空冷器電24h運(yùn)轉(zhuǎn),耗電大戶(hù)酸氣后冷器循環(huán)水水耗與再生酸氣量密切相關(guān)主胺泵電連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),耗電大戶(hù)再生塔頂回流泵電連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)脫水再生重沸器燃料氣、汽提氣耗氣量受TEG再生溫度、循環(huán)量影響TEG循環(huán)泵電連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)尾氣灼燒爐燃料氣耗氣量受操作參數(shù)影響主風(fēng)機(jī)電連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),耗電大戶(hù)鍋爐燃料氣耗氣量受制于鍋爐負(fù)荷其他燃料氣、溶液等裝置跑、冒、滴、漏引起的能量損耗

2　節(jié)能途徑

2.1工藝及設(shè)備

結(jié)合表1主要能耗點(diǎn),各工藝單元操作參數(shù)的控制和高效化工設(shè)備的普及是最直接的節(jié)能途徑。

2.1.1脫硫單元

胺液循環(huán)量控制。胺液循環(huán)量直接影響主胺泵電耗以及再生重沸器蒸汽負(fù)荷,是節(jié)能的重點(diǎn)對(duì)象。控制辦法為針對(duì)原料氣中H2S和CO2含量,以及凈化氣凈化度和CO2控制指標(biāo),選擇較經(jīng)濟(jì)的氣液比[6],確定切實(shí)可行的最佳循環(huán)量。

貧、富液入塔溫度控制。貧液入塔溫度影響H2S吸收深度以及塔體正常運(yùn)行。例如,某凈化廠貧液入塔溫度控制范圍為35～45℃,但實(shí)際運(yùn)行中溫度波動(dòng)不宜過(guò)大,溫度過(guò)高不利于選吸,過(guò)低則冷卻介質(zhì)耗量增加,且易導(dǎo)致原料氣中烴類(lèi)冷凝,引起溶液發(fā)泡。當(dāng)半貧液溫度一定時(shí),富液入塔溫度越高越利于降低重沸器蒸汽負(fù)荷,它取決于貧富液換熱器換熱效果。故一方面需加強(qiáng)貧富液換熱器進(jìn)出口介質(zhì)溫度監(jiān)控,防止堵塞現(xiàn)象發(fā)生；另一方面,選用可靠性高、換熱效率高的換熱器,一般選取多管程列管式換熱器。

胺液循環(huán)泵(多級(jí)離心泵)流量控制,避免循環(huán)泵不匹配工況的現(xiàn)象。當(dāng)原料氣中H2S含量減少引起胺液循環(huán)量減少時(shí),可通過(guò)以軸套代替葉輪的辦法來(lái)減少循環(huán)量,從而節(jié)約電耗,并避免整體更換循環(huán)泵帶來(lái)的大幅投資。

再生塔壓力、溫度、回流比控制。再生塔高溫低壓,利于再生,但若壓力過(guò)低,則酸氣流速增大,易造成沖塔；塔頂溫度過(guò)高,則重沸器蒸汽耗量增大,酸氣帶液嚴(yán)重,亦同樣造成沖塔[7],如磨溪凈化廠試采工程的再生壓力控制小于80 kPa,再生塔塔頂溫度控制范圍為93～113 ℃,保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行,減少不必要能耗；在保證貧液再生質(zhì)量的前提下,盡量降低塔底溫度,因?yàn)樵搮?shù)對(duì)重沸器負(fù)荷影響較大[8],此外,控制再生塔頂回流比小于2,降低回流泵能耗[9]。

其他節(jié)能措施。胺液經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,必然存積管線腐蝕物、熱穩(wěn)定性鹽等雜質(zhì),胺液吸收性能受到影響,且存在溶液發(fā)泡隱患,故應(yīng)加強(qiáng)原料氣過(guò)濾及貧、富液過(guò)濾,防止胺液污染,減少吸收塔胺液發(fā)泡[7]。對(duì)于300×104m3/d以上處理量?jī)艋b置,據(jù)某凈化廠實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn),當(dāng)系統(tǒng)溶液電導(dǎo)大于2 000 μs/cm時(shí),即需啟用胺液復(fù)活系統(tǒng),直至系統(tǒng)溶液電導(dǎo)小于1 500 μs/cm,從而減少因發(fā)泡引起的非計(jì)劃放空；選擇質(zhì)量過(guò)硬的富液過(guò)濾濾芯,杜絕使用濾布易坍塌、皺縮的濾芯；脫硫閃蒸氣引入燃料氣系統(tǒng)作為工廠自耗氣；回收脫硫裝置大修時(shí)設(shè)備首次清洗水用作MDEA溶液循環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)充水,減少凝結(jié)水消耗,節(jié)省能耗[9]。

2.1.2脫水單元

精餾柱塔頂溫度控制。塔頂溫度大于121 ℃時(shí),TEG極易蒸發(fā)損失,實(shí)際運(yùn)行中建議塔頂溫度控制在107 ℃,溫度調(diào)控通過(guò)控制進(jìn)入塔內(nèi)盤(pán)管的富液閥門(mén)開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

TEG再生器內(nèi)壓力控制。TEG再生器內(nèi)壓力越低,越利于TEG中水分蒸發(fā),進(jìn)而減少燃料氣量。一般地,TEG再生器內(nèi)壓力控制為微負(fù)壓。

換熱設(shè)備、疏水器。近年來(lái),國(guó)內(nèi)天然氣凈化廠紛紛采用換熱效率高的板式換熱器。如某天然氣凈化一廠脫水單元TEG貧富液換熱器采用板式換熱器,相比傳統(tǒng)的管殼式換熱器,占地面積大幅度減小,換熱效率高,貧液溫度由約200 ℃降至95 ℃左右,降低了貧液空氣冷卻器和貧液后冷器負(fù)荷,而富液溫度由約55 ℃大幅提高到約160 ℃,減少了再生器燃料氣用量,大大提高了熱量回收率[11]。為進(jìn)一步利用貧液熱量,可將貧富液換熱器出口富液引入再生器緩沖罐,進(jìn)行盤(pán)管換熱后再引入精餾柱。監(jiān)視疏水器回水溫度,過(guò)高則表明疏水器竄汽,造成蒸汽浪費(fèi)。

2.1.3硫黃回收單元

凝結(jié)水罐排空蒸汽回收。采用CPS工藝的回收單元,其凝結(jié)水罐持續(xù)排空凝結(jié)水閃發(fā)蒸汽,經(jīng)技術(shù)改造,將排汽管線接入至蒸汽空冷器的進(jìn)口管線上,回收蒸汽并對(duì)其再次進(jìn)行冷卻,同時(shí)使得凝結(jié)水罐的氧腐蝕現(xiàn)象得到有效控制[12]。

蒸汽疏水閥優(yōu)化選型。合理選擇疏水閥是確保凝結(jié)水回收系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。若不按照壓差和排量選取疏水閥排水孔直徑,將造成疏水閥排量過(guò)大或過(guò)小,出現(xiàn)漏汽或開(kāi)旁通的浪費(fèi)現(xiàn)象[12]。

N2用量?jī)?yōu)化。回收單元主燃燒爐爐頭24 h不間斷提供N2作為保護(hù)氣,實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)摸索出合理的流量值,避免N2浪費(fèi)；液硫儲(chǔ)罐在首次灌滿N2后,應(yīng)立刻調(diào)低N2輸入量；吹氣式液位計(jì)的吹氣量隨被測(cè)對(duì)象容積的不同而不同,不宜統(tǒng)一設(shè)定為高流量值。對(duì)于擁有3臺(tái)以上空壓機(jī)的凈化廠,應(yīng)根據(jù)裝置用氣工況確立適宜的空壓機(jī)啟運(yùn)臺(tái)數(shù),避免供過(guò)于求的現(xiàn)象。

2.1.4其他節(jié)能措施

采用高效絕熱的保溫材料,優(yōu)化保溫結(jié)構(gòu),減少設(shè)備、管道的熱能損失[10]。

調(diào)整長(zhǎng)明燈燃料氣量至合理的最小流量值,放空火炬的分子封密封氣,在火炬頭出口處的流速控制在 0.02 m/s 內(nèi),以減少燃料氣耗量[9]。

2.2電氣及儀表

電耗在凈化廠生產(chǎn)成本中占相當(dāng)比例,關(guān)于電耗的節(jié)能技術(shù)主要是變頻器的應(yīng)用,如酸氣空冷器、貧液空冷器,在使用變頻器之前為手工調(diào)節(jié)空冷器頂部百葉窗開(kāi)度,工藝參數(shù)控制不理想,電能浪費(fèi)大,變頻器的投用實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)精確控制,從而節(jié)約電能[12-13]。另外杜絕廠區(qū)照明浪費(fèi),大力推廣節(jié)能電器設(shè)備也不失為有效的節(jié)能手段。

現(xiàn)代化工廠離不開(kāi)自動(dòng)化儀表,并在工廠生產(chǎn)運(yùn)行中占舉足重輕的地位。開(kāi)展儀表節(jié)能主要有幾點(diǎn)[14]：

1)節(jié)約儀表資源。如蒸汽鍋爐上水無(wú)需安裝流量計(jì)；濕凈化氣不用設(shè)置溫度計(jì)；無(wú)需在各個(gè)換熱器循環(huán)水進(jìn)口均設(shè)置循環(huán)水溫度計(jì),而僅在循環(huán)水總管設(shè)置溫度計(jì)即可。

3)節(jié)省安裝材料。盡量減少引壓管長(zhǎng)度,如此可減少開(kāi)工熱量損失。

4)儀表維護(hù)節(jié)能。監(jiān)視疏水器回水溫度,過(guò)高則表明疏水器躥汽,造成蒸汽浪費(fèi)；重視儀表風(fēng)管線、卡套式接頭等處的漏風(fēng)巡檢,避免漏風(fēng)現(xiàn)象；加強(qiáng)天然氣孔板計(jì)量精確度研究,減小計(jì)量誤差[15]。

3　結(jié)論

針對(duì)我國(guó)天然氣凈化廠不同程度存在節(jié)能空間的問(wèn)題,分析了天然氣凈化裝置主要耗能點(diǎn),指明了凈化廠節(jié)能對(duì)象。并按工藝、設(shè)備、電氣、儀表等專(zhuān)業(yè)詳細(xì)論述了凈化裝置節(jié)能辦法，可供凈化廠節(jié)能工作借鑒。

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相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰采氣量逾10×108m3

截至2016年3月初，相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)累計(jì)調(diào)峰采氣量逾10×108m3，其中，上載中貴線4.61×108m3、進(jìn)川渝管網(wǎng)5.49×108m3。

2013年6月29日投運(yùn)注氣以來(lái)，相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)累計(jì)歷經(jīng)3個(gè)注氣和2個(gè)采氣周期，共建成注采井11口，2014年12月1日首次向川渝管網(wǎng)調(diào)峰采氣，2015年11月19日首次向中衛(wèi)—貴陽(yáng)聯(lián)絡(luò)線調(diào)峰采氣，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了雙向調(diào)峰功能以及與全國(guó)管網(wǎng)的互聯(lián)互通。

去冬今春，全國(guó)大部分地區(qū)遭遇寒流，華北地區(qū)特別是北京天然氣保供形勢(shì)嚴(yán)峻。中國(guó)石油西南油氣田公司周密組織，全力保障冰雪天氣下安全平穩(wěn)采氣，相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)單日最高調(diào)峰采氣量突破1 400×104m3，通過(guò)中貴線華北地區(qū)最高日供氣量突破900×104m3，保證了每日500×104m3以上調(diào)峰氣進(jìn)入全國(guó)輸氣管網(wǎng)。

(曾妍摘自中國(guó)石油新聞中心網(wǎng))

2015-08-31

黃雪鋒(1989-),男,四川鄰水人,助理工程師,碩士,主要從事天然氣凈化工藝技術(shù)研究。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.02.006