輕烴處理裝置干燥設備失效的對策探討

王中喜 鮑春榮 王秀紅 張廣濱 孫霖

摘要：本文主要針對輕烴處理裝置干燥設備運行失效這一問題，對不同處理工藝條件下的運行情況，進行調(diào)查分析，通過干燥系統(tǒng)設備的改造及優(yōu)化運行參數(shù)的操作，有效降低了干燥設備分子篩的失效問題，取得了明顯的經(jīng)濟效益，確保了輕烴處理裝置的安全、穩(wěn)定運行。

關鍵詞：干燥設備；分子篩；脫水效益

一、前言

河口采油廠壓氣站是日處理天然氣7.5×104m3的輕烴處理單位，主要處理設備有四臺4L-19/0.5-16型往復活塞式石油天然氣壓縮機，W-LJ16100III氨制冷機組兩臺，LG16BMYJ氨制冷機組一臺，干燥設備、脫硫設備各一套，主要生產(chǎn)產(chǎn)品是液化氣和輕質(zhì)油。

近幾年由于原料氣組份的變化，原料氣中含水量也隨之變化，干燥系統(tǒng)的分子篩脫水能力不佳，致使天然氣的脫水效果差，從而導致后續(xù)裝置的制冷系統(tǒng)發(fā)生凍堵，給輕烴生產(chǎn)帶來一些安全隱患。為此通過現(xiàn)場調(diào)查分析，提出相應的輕烴檢修改造方案及優(yōu)化操作運行方案，有效解決了干燥設備分子篩的失效問題，提高了干燥設備的脫水運行效益。

二、存在問題

1、干燥設備分子篩脫水效率低，原料氣含水量大

分子篩吸附后，原料氣水露點為-37℃（328ppmv）—-63℃（19ppmv）波動，一般在-50℃（15ppmv），低于SY/T0076《天然氣脫水設計規(guī)范》和SY/T0077《天然氣凝液回收設計規(guī)范》要求的膨脹機水露點-72℃，分子篩脫水能力較低。

2、干燥設備分子篩碳化結(jié)塊較嚴重

分子篩對原料氣中的重組分和有機物有優(yōu)先吸附能力，當分子篩吸附和冷吹長期運行在40？℃以下時，原料氣中未分離干凈的的重組分以及有機物會大量沉積在分子篩的表面，經(jīng)過后續(xù)280？℃左右的再生加熱過程，分子篩上的重組分碳化結(jié)塊，從而使分子篩碳化結(jié)塊較嚴重。

3、分子篩床層降低

壓氣站所用的干燥吸附劑是4A分子篩，運行后塔內(nèi)床層塌陷（見分子篩床層降低圖、分子篩床層結(jié)構(gòu)圖），吸附能力降低，極易達到吸附飽和狀態(tài)，導致進入后續(xù)系統(tǒng)的原料氣含水超標，達不到輕烴回收工藝系統(tǒng)正常運行的要求，極易造成輕烴裝置的后路生產(chǎn)設備的凍堵。

4、輕烴生產(chǎn)存在安全隱患

干燥系統(tǒng)的低效工作，造成吸附塔原料氣的露點值較高，使輕烴生產(chǎn)過程中必須頻繁地進行倒塔切換，不可避免的對干燥塔造成沖擊，加重了分子篩的粉化，吸附能力明顯下降，輕烴處理裝置的生產(chǎn)運行存在一定的安全隱患。

三、干燥設備運行效率低的原因分析

1、輕烴處理的脫水過程簡介

原料氣脫水在輕烴生產(chǎn)處理過程中是非常重要的一個工藝過程。河口壓氣站干燥設備就是將原料氣中的游離水脫除的關鍵設備。干燥設備組成由三臺干燥塔組成，一臺處于工作周期，一臺處于加熱周期，另一臺處于冷卻周期，采用時間程序切換。經(jīng)過增壓后的原料氣進入兩臺串聯(lián)的分離器，脫除夾帶的殘余游離水和液滴后，自上而下通過干燥塔進入粉塵過濾器，濾出氣流中夾帶的分子篩粉塵后進入冷箱進行輕烴生產(chǎn)。

2、原料氣與固體吸附劑的性質(zhì)

本站采用的脫水方法為固體吸附法，吸附劑為4A條形分子篩。由于分子篩對極性分子和不飽和分子有很高的親和力，而水是強極性分子，因此分子篩是原料氣脫水的優(yōu)良吸附劑。

原料氣中的水一般是以液、氣兩種狀態(tài)存在。在一定的條件下，隨氣體壓力、溫度而變化，壓力升高、溫度降低，原料氣的飽和水含量下降。

固體吸附劑吸附量隨來氣溫度的升高而減少，隨吸附質(zhì)在氣相中的分壓（濃度）的增大而增加。固體吸附劑的這種性質(zhì)表明，吸附過程在較高壓力、較低溫度環(huán)境下進行更為有效。

由此可以得出結(jié)論：

（1）吸附能力強的吸附劑能得到好的吸附效果。

（2）原料氣保持較高壓力、較低溫度下可得到好的脫水效果。否則飽和水含量高，會增加吸附劑的負荷，縮短干燥塔使用壽命。

3、干燥設備運行效率低的影響因素

結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析認為影響干燥系統(tǒng)高效運行的主要原因有：

（1）分子篩吸附能力下降

據(jù)有關資料指出，吸附劑的平均壽命一般為2～3年。本站所用的干燥塔吸附劑是在2013年更換的4A柱狀分子篩，分子篩老化嚴重，吸附能力降低，極易達到吸附飽和狀態(tài)，導致進入后路系統(tǒng)的原料氣含水超標，達不到輕烴回收工藝系統(tǒng)正常運行的要求，極易造成輕烴裝置的后路凍堵。

（2）分子篩負荷增大

由于原料氣外供系統(tǒng)的改變，工藝條件也隨之變化，造成原料氣組份較重，而分子篩對氣中的重組份及有機物的吸附能力較強，這些重組份會吸附在分子篩的表面，如過多對分子篩再生加熱和冷吹的反復操作，發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，增加了分子篩負荷，從而降低其吸附能力。

（3）倒塔切換加重分子篩粉化

由于原料氣中含水量高，干燥設備平均每6個小時就要切換一次，充（泄）壓過于頻繁造成了分子篩的破壞。分子篩的吸附量增高增加了床層的壓力降并使分子篩產(chǎn)生相對運動，造成分子篩的磨損，同時又使得分子篩極易達到吸附飽和狀態(tài)，又增加了對干燥塔進行切換的次數(shù)，從而形成一個惡性循環(huán)，降低了干燥設備效率，縮短了使用壽命。

四、采取的應對措施

為有效提高干燥設備的運行效率，在生產(chǎn)運行中，采取以下應對措施，確保輕烴處理裝置的安全正常穩(wěn)定運行。

1、降低分子篩充泄壓力

據(jù)有關資料指出，需要改變干燥塔壓力時，應緩慢增壓或減壓，如果壓力變化速度控制在0.24MPa/min以下，就可減小對分子篩床層的沖擊?，F(xiàn)場操作操作人員在改變干燥設備壓力時，緩慢增壓或減壓，使分子篩層不受到太強的氣流沖擊，就可減小對分子篩床層的沖擊，降低床層的壓力降，同時又使得分子篩在達到吸附飽和狀態(tài)，提高干燥設備效率并延長其使用壽命。

2、合理調(diào)整再生流量及溫度

為提高干燥設備的脫水效果，就要控制好再生及冷吹流量?？筛鶕?jù)氣體流量比例進行適當調(diào)配，再生溫度不可低于規(guī)定溫度，再生塔進口溫度 250℃±10℃，出口溫度 220℃±10℃。冷吹塔進口溫度常溫，冷吹出口溫度≤45℃。

以此確保冷吹、再生流量，防止氣體滯留，使再生氣溫度、流量達標，較好地脫除原料氣中的水份，干燥設備吸附效果提高，從而提高干燥設備的脫水效率。

3、更換分子篩，提高分子篩脫水能力

2016年2月17日，對3個干燥塔進行檢修，重新充填分子篩，并對1#、2#干燥塔進行了補焊。于2月24日分子篩填充完畢，填充量約2噸，2#塔的填充量較多，在干燥塔人孔打開后，經(jīng)觀察，有近1/2的分子篩被磨損成為粉塵，尤其是干燥塔上部的分子篩損壞較為嚴重，床層下降了近1.2米。由于2#塔人孔漏，進行整改時，對其多加了兩層絲網(wǎng)，用鐵絲進行捆扎。

4、加強分離器排污，減少分子篩負荷

加強對壓縮系統(tǒng)的各級分離器的排污，確保原料氣中的水及重組份能及時的凝析出來，有效減小分子篩的粉化現(xiàn)象，分子篩負荷減小，后續(xù)生產(chǎn)設備、管線、閥門存在凍堵的安全隱患降低。

5、加強露點監(jiān)控，確保干燥效果

定期取樣分析原料氣干燥度，監(jiān)控干燥設備運行情況。利用便攜式露點儀對經(jīng)干燥后進冷箱的原料氣露點測量并記錄，將其納入日常報表記錄體系，及時地掌握干燥設備脫水運行效果。

五、對策實施效果

通過采取以上措施后，后續(xù)輕烴生產(chǎn)凍堵的次數(shù)降低，由平均2次/月降至1次/月，取得以下經(jīng)濟效益：

干燥設備脫水效果不理想導致的輕烴凍堵，平均每次需停產(chǎn)吹掃5小時，按每小時生產(chǎn)輕烴3噸，每天每噸0.6萬元，每月停產(chǎn)5小時計算，每月可減少的輕烴損失為3×0.6×5=9萬元。

由此可見實施應對措施后，干燥設備脫水運行效果好，輕烴生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品損失降低，同時也降低了輕烴生產(chǎn)運行的安全風險。

六、結(jié)語

綜上所述，項目實施后進入裝置生產(chǎn)區(qū)的原料氣水分含量降低，降低了后續(xù)生產(chǎn)設備、管線、閥門存在凍堵的安全隱患，對生產(chǎn)生活環(huán)境、提高勞動積極性等方面有一定積極的作用。