利用ASPEN HYSYS軟件處理凝析油穩(wěn)定系統(tǒng)存在的問題

徐紹祖 張 帆 張煒森 樊春明 靳其兵

(1.北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2.中海石油深海開發(fā)有限公司)

利用ASPEN HYSYS軟件處理凝析油穩(wěn)定系統(tǒng)存在的問題

徐紹祖1張 帆2張煒森2樊春明2靳其兵1

(1.北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2.中海石油深海開發(fā)有限公司)

使用化工模擬軟件ASPEN HYSYS模擬出凝析油穩(wěn)定單元工藝和HydroCOM控制系統(tǒng)壓縮機(jī)流程。先完善模擬軟件內(nèi)的參數(shù)，再根據(jù)模擬數(shù)據(jù)優(yōu)化現(xiàn)場工藝流程，最終實(shí)現(xiàn)凝析油穩(wěn)定單元零放空運(yùn)行并達(dá)到閃蒸氣壓縮機(jī)額定處理量，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

凝析油穩(wěn)定系統(tǒng) ASPEN HYSYS 閃蒸氣壓縮機(jī) HydroCOM

國內(nèi)某油氣設(shè)施凝析油穩(wěn)定系統(tǒng)自投產(chǎn)以來，因下游需求量變化頻繁，流程參數(shù)不穩(wěn)定，導(dǎo)致閃蒸氣壓縮機(jī)HydroCOM系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定值無法實(shí)時(shí)與設(shè)計(jì)值吻合，處理量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，長期存在放空，不僅產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)損失，還對環(huán)境造成了影響[1]。因此，調(diào)整工藝流程和閃蒸氣壓縮機(jī)參數(shù)成為減小凝析油單元放空量的關(guān)鍵。筆者參考了ASPEN HYSYS的模擬數(shù)據(jù)，調(diào)整并優(yōu)化現(xiàn)場參數(shù)，對優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行分析，在零成本投入的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)凝析油穩(wěn)定單元零放空運(yùn)行的目標(biāo)。

1 工藝簡介與存在的問題

1.1 工藝簡介

凝析油穩(wěn)定單元工藝流程如圖1所示。預(yù)處理單元分離的凝液首先節(jié)流至2.90MPa、7.8℃，進(jìn)凝析油一級閃蒸分離器(V-1201)進(jìn)行一級分離，分離出的氣相進(jìn)閃蒸氣壓縮機(jī)(C-1201A/B)三級入口，增壓到6.90MPa、45.0℃，與脫碳后的天然氣混合進(jìn)入脫水單元；一級閃蒸分離器(V-1201)分出的液相節(jié)流到1.15MPa，經(jīng)凝析油進(jìn)料換熱器(E-1201)換熱升溫到55.0℃后進(jìn)凝析油二級閃蒸分離器(V-1202)做進(jìn)一步氣液分離，分出的氣相進(jìn)入閃蒸氣壓縮機(jī)(C-1201A/B)二級入口。

圖1 凝析油穩(wěn)定單元工藝流程

二級閃蒸分離器(V-1202)出口凝液(1.12MPa、55.0℃)有兩個(gè)去向，一部分凝液節(jié)流至0.45MPa、52.55℃，與凝析油穩(wěn)定塔底重沸器(E-1203)來凝析油換熱升溫至129.0℃后進(jìn)入凝析油穩(wěn)定塔(T-1201)中部；另一部分節(jié)流至0.40MPa、52.2℃，直接進(jìn)入凝析油穩(wěn)定塔(T-1201)頂部。凝析油穩(wěn)定塔操作壓力為0.40MPa，塔頂氣進(jìn)入凝析油穩(wěn)定塔頂分離器，分離出的氣相經(jīng)閃蒸氣壓縮機(jī)增壓后(6.90MPa、45.0℃)與脫碳后的天然氣混合進(jìn)入脫水單元。分離器出的液相經(jīng)凝液增壓泵增壓至2.00MPa后去脫丙烷塔。

1.2 存在的問題

凝液分離器的液相進(jìn)入凝析油穩(wěn)定單元，但是凝液分離器液位控制閥為兩位閥(on 700mm,off 400mm)，在排液的瞬間會(huì)造成凝析油穩(wěn)定單元進(jìn)料量瞬時(shí)增大，使系統(tǒng)出現(xiàn)短時(shí)波動(dòng)，氣液相流量也會(huì)短時(shí)增大，壓縮機(jī)負(fù)荷高低波動(dòng)，如壓縮機(jī)不能吸收變化量，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)放空。

由于一、二級閃蒸分離器進(jìn)料溫度低會(huì)造成部分輕組分在一、二級閃蒸分離器無法閃蒸出來，輕組分大量在凝析油穩(wěn)定塔閃蒸，導(dǎo)致凝析油穩(wěn)定塔壓力升高，壓縮機(jī)一級負(fù)荷來不及匹配，造成系統(tǒng)波動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生放空。而凝析油穩(wěn)定單元一級閃蒸分離器的進(jìn)料來自段塞流補(bǔ)集器液相，進(jìn)料溫度不受人為控制，所以控制凝析油穩(wěn)定單元二級閃蒸分離器的進(jìn)料溫度就成為了解決問題的要因。

閃蒸氣壓縮機(jī)HydroCOM氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的PID參數(shù)和各級壓力設(shè)定點(diǎn)與系統(tǒng)處理量不匹配導(dǎo)致三級負(fù)荷相差較大：一級66%,二級79%，三級66%，且機(jī)組功率僅為310kW。凝析油穩(wěn)定單元無放空最大處理量僅為65m3/h，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2 問題優(yōu)化與成果

ASPEN HYSYS軟件中常用的物性方程有PENG-ROBISON方程和NRTL-RK方程。數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確度取決于物性方程的選取是否合適，從而也會(huì)影響到全部工藝流程的精準(zhǔn)度。對凝析油穩(wěn)定工藝而言，ASPEN HYSYS內(nèi)部設(shè)有專門針對該工藝的PENG-ROBISON物性包，其中含有兩個(gè)熱力學(xué)計(jì)算模型，分別是Li-Mather模型和Kent-Eisenberg模型，在此筆者采用Kent-Eisenberg模型作為氣液相模型[2]。模擬凝析油單元流程如圖2所示。

圖2 ASPEN HYSYS模擬凝析油單元流程

2.1 優(yōu)化凝析油穩(wěn)定單元進(jìn)口總量

在ASPEN HYSYS軟件中將原有的兩位控制閥改為液位連續(xù)控制閥。液位控制閥設(shè)定點(diǎn)SP為600mm，并根據(jù)一級閃蒸分離器液位與出口液位控制閥的開度變化調(diào)整凝析油穩(wěn)定單元的處理量，保證一級閃蒸分離器液位與出口液位控制閥的開度基本保持不變[3]。對凝液分離器液相出口控制閥進(jìn)行改造后，基本解決了凝液分離器排液時(shí)放空的問題，但是仍然無法解決凝析油穩(wěn)定單元本身原因產(chǎn)生的放空。凝液分離器排液速度優(yōu)化方案實(shí)施前后放空量對比如圖3所示。

圖3 凝液分離器排液速度優(yōu)化前后放空量對比

2.2 凝析油穩(wěn)定單元各工藝參數(shù)(壓力、溫度設(shè)定點(diǎn))優(yōu)化

要優(yōu)化工藝流程參數(shù)，提高進(jìn)料換熱器所能提供的熱負(fù)荷最為關(guān)鍵，有以下兩種方式：

a. 減少二級閃蒸分離器液相進(jìn)進(jìn)塔換熱器的流量，減少熱量在進(jìn)塔換熱器的損失，從而提高進(jìn)料換熱器所能提供的熱負(fù)荷；

b. 增加凝析油穩(wěn)定塔底重沸器的設(shè)定溫度，從源頭上提高熱量的來源。

在ASPEN HYSYS模擬中增加旁通二級閃蒸分離器液相進(jìn)進(jìn)塔換熱器流量的控制閥門FV-1241開度，并在合理設(shè)計(jì)范圍內(nèi)逐步增加凝析油

穩(wěn)定塔底重沸器加熱溫度的設(shè)定點(diǎn)。在凝析油處理量為123m3/h，且保證凝析油穩(wěn)定單元平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，緩慢將二級閃蒸分離器的入口溫度從現(xiàn)在的42℃提高至設(shè)計(jì)值55℃，對二級閃蒸分離器入口溫度與放空量進(jìn)行對比(圖4)。

圖4 二級閃蒸分離器入口溫度與放空量對比

2.3 HydroCOM控制器參數(shù)優(yōu)化

通過ASPEN HYSYS模擬得到閃蒸氣壓縮機(jī)HydroCOM的理論設(shè)計(jì)參數(shù)，降低一級、二級閃蒸分離器閃蒸壓力，增加一、二級閃蒸流量，增大壓縮機(jī)二、三級負(fù)荷，減小穩(wěn)定塔閃蒸量，減少穩(wěn)定塔放空[4]。增大HydroCOM無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)一級壓力控制器設(shè)定點(diǎn)，減小二、三級壓力控制器設(shè)定點(diǎn)，使壓縮機(jī)級間負(fù)荷基本達(dá)到平衡(100%，98%，99%)，參數(shù)調(diào)整見表1。

表1 調(diào)整HydroCOM參數(shù)前后閃蒸氣壓縮機(jī)基本參數(shù)

3 效果分析

設(shè)定凝析油單元入口流量70m3/h，一、二級閃蒸分離器間溫度設(shè)定點(diǎn)55℃等參數(shù)。連續(xù)對2015年9～12月凝析油單元放空量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在優(yōu)化參數(shù)后，從9月至12月，該設(shè)施凝析油單元運(yùn)行平穩(wěn)正常，并且日放空量由5 000m3減少至0m3，優(yōu)化效果顯著，實(shí)現(xiàn)凝析油穩(wěn)定單元零放空的同時(shí)優(yōu)化參數(shù)后的現(xiàn)場系統(tǒng)與ASPEN HYSYS模擬流程高度匹配。以最小處理量70m3/h和最大處理量117m3/h為例，無論在小處理量70m3/h時(shí)，還是在最大處理量117m3/h的工況下，閃蒸氣壓縮機(jī)三級負(fù)荷貼近設(shè)計(jì)值，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常且凝析油系統(tǒng)無放空。

4 結(jié)束語

使用ASPEN HYSYS軟件模擬凝析油穩(wěn)定單元，與現(xiàn)場實(shí)際操作相結(jié)合，能夠更深入地了解閃蒸氣壓縮機(jī)HydroCOM系統(tǒng)的控制精髓，從而能夠完美地適應(yīng)不同處理量下的運(yùn)行工況。ASPEN HYSYS模擬軟件將現(xiàn)場的工況最真實(shí)地展現(xiàn)在電腦上，在今后的化工設(shè)備和系統(tǒng)調(diào)試前，可以嘗試先使用ASPEN HYSYS系統(tǒng)進(jìn)行模擬，將可能出現(xiàn)的問題先暴露出來，把現(xiàn)場改動(dòng)參數(shù)、設(shè)備流程的風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失降至最低。筆者在零成本投入的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)凝析油穩(wěn)定單元零放空運(yùn)行并達(dá)到閃蒸氣壓縮機(jī)額定處理量，提高了系統(tǒng)可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

[1] 車長波,朱杰,李富兵，等. 全球油氣資源形勢[J].天然氣工業(yè),2010,30(1):1～4.

[2] Meng-Hul Li,Keh-Perng Shen.Densities and Solubilities of Solutions of Carbon Dioxide in Water+Monoethanolamine+ N-Met Hyldiethanoiamine[J]. Journal of Chemical & Engineering Data,1992,37：288～290.

[3] 孫仁龍,刁建華,嚴(yán)文強(qiáng),等. Aspen Hysys在油田凈化商品油蒸餾裝置的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表,2015,42(9)：1019～1023.

[4] 姚紅,左鵬,景曄.壓縮機(jī)氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)在連續(xù)重整裝置上的應(yīng)用[J].化工機(jī)械,2016,43(1)：107～111.

ProblemsinProcessingCondensateOilStabilitySystemwithASPENHYSYSSoftware

XU Shao-zu1,ZHANG Fan2, ZHANG Wei-sen2, FAN Chun-ming2, JIN Qi-bing1
(1.CollegeofInformationScienceandTechnology,BeijingUniversityofChemicalTechnology；2.CNOOCDeepwaterDevelopmentCo.,Ltd.)

Making use of ASPEN HYSYS, a special chemical process simulation software, to simulate the process of condensate oil stability unit and that of the compressor in HydroCOM process control system was implemented, in which, having parameters inside the simulation software perfected and the analog data based to optimize technological process on-site, in this way, the zero escaping operation of the stable condensate unit can be finally realized, including the rated capacity of the flash gas compressor; and the system reliability, safety, economy and environmental protection can be improved.

condensate oil stability system, ASPEN HYSYS, flash gas compressor, HydroCOM

TP399

B

1000-3932(2017)04-0388-04

2016-09-22，

2017-03-15)

徐紹祖(1989-)，碩士研究生，從事采油生產(chǎn)工藝的研究，2291088078@qq.com。