分析天然氣處理廠導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用與研究

康雯楊 王云龍 嵇翔

摘 要：導(dǎo)熱油系統(tǒng)在石油化工天然氣處理企業(yè)被廣泛運用，導(dǎo)熱油通過導(dǎo)熱油爐加熱通過油泵提供循環(huán)動力，利用換熱器給介質(zhì)和用戶提供熱量。導(dǎo)熱油爐負(fù)荷通過燃燒器自動控制，空燃比調(diào)節(jié)方便，升降溫速度快，運行穩(wěn)定等特點?，F(xiàn)在天然氣處理工藝已將運行溫度分為高低溫導(dǎo)熱油系統(tǒng)的設(shè)計理念。高、低溫導(dǎo)熱油系統(tǒng)投運達(dá)到一定運行溫度后會出現(xiàn)氣體聚集在系統(tǒng)中。分子篩脫水系統(tǒng)再生到吸附過程切換時高溫?zé)嵊拖到y(tǒng)波動流量變化也會引起停爐;通過溫度及熱量的核算合理利用熱能，降低高溫導(dǎo)熱油爐設(shè)定溫度，降低低溫導(dǎo)熱油爐負(fù)荷，能夠最大程度節(jié)能降耗，保障裝置整體安全、平穩(wěn)運行。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱油系統(tǒng);導(dǎo)熱油爐;燃燒器;低沸點物質(zhì);氣化率;空氣預(yù)熱器

中圖分類號：TE974+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）04-0037-06

Abstract：Heat transfer oil system is widely used in petrochemical natural gas treatment enterprises. Heat transfer oil is heated by heat transfer oil furnace to provide circulating power through oil pump， and heat exchanger is used to provide heat for medium and users. The load of heat conduction oil furnace is automatically controlled by burner， the air-fuel ratio is easy to adjust， the temperature rise and fall is fast， and the operation is stable. At present， the natural gas treatment process has divided the operation temperature into the design concept of high and low temperature heat transfer oil system. When the high and low temperature heat transfer oil system is put into operation and reaches a certain operating temperature， gas will gather in the system. When the molecular sieve dehydration system is switched from regeneration to adsorption process， the fluctuation flow of high-temperature hot oil system will also cause boiler shutdown; reasonable use of heat energy through the calculation of temperature and heat can reduce the set temperature of the high-temperature heat-conducting oil furnace and reduce the load of the low-temperature heat-conducting oil furnace， which can save energy and reduce consumption to the greatest extent， and ensure the overall safe and stable operation of the device.

Key words：heat transfer oil system; heat transfer oil furnace; burner; low boiling matter; gasification rate; air preheater

1 導(dǎo)熱油系統(tǒng)概述

天然氣處理裝置主要生產(chǎn)合格的液化氣和穩(wěn)定輕烴，脫水脫烴后的天然氣供給用戶。導(dǎo)熱油系統(tǒng)主要給個單元用戶提供不同溫度梯度的熱源，對裝置影響非常關(guān)鍵：

1.1 這是裝置投運以來的裝故障問題統(tǒng)計圖

通過圖1裝置運行故障統(tǒng)計圖可以看出裝置運行主要故障為高低溫導(dǎo)熱油系統(tǒng)故障占比88.6%。

1.2 下圖為導(dǎo)熱油系統(tǒng)的故障統(tǒng)計圖

通過圖2導(dǎo)熱油爐故障排列圖可以看出，導(dǎo)熱油爐燃燒器故障也是引起停爐的常見原因;高低溫?zé)嵊拖到y(tǒng)流量突然降低、差壓控制調(diào)節(jié)不及時導(dǎo)致高低溫導(dǎo)熱油爐停爐等故障。

2 導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)工藝分析

低溫導(dǎo)熱油單元主要給一二列裝置脫已、脫丁塔底換熱器提供熱源見圖3低溫導(dǎo)熱油單元圖。高溫導(dǎo)熱油單元主要給一二列分子篩再生氣加熱器提供熱量，如圖4高溫導(dǎo)熱油單元圖。導(dǎo)熱油區(qū)域與脫水脫汞區(qū)及裝置區(qū)距離過遠(yuǎn)。問題集中在兩列分子篩冷吹、熱吹切換時，導(dǎo)熱油爐溫度控制不穩(wěn)定（高溫320～280℃，低溫230～210℃）并且高溫流量波動較大（350～280m3/h，低溫580～550m3/h）對導(dǎo)熱油爐運行影響非常大。我們可以通過系統(tǒng)差壓閥調(diào)整只能暫時緩解波動造成的影響。

針對導(dǎo)熱油爐溫度波動和高、低溫導(dǎo)熱油爐低流量連鎖故障，從導(dǎo)熱油工藝系統(tǒng)、設(shè)備故障兩個方面進(jìn)行分析。

3 導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備分析

現(xiàn)場導(dǎo)熱油系統(tǒng)設(shè)備主要有高低溫?zé)嵊蜖t熱油泵、熱油儲罐、熱油膨脹罐。問題集中在五臺熱油爐故障和隱患包括：

（1）導(dǎo)熱油爐燃燒器故障。設(shè)備故障：導(dǎo)熱爐燃燒器陸續(xù)暴露出很多問題，熱油爐達(dá)到設(shè)定溫度值休眠后，啟動時因故障無法自啟。同時燃燒器表面溫度偏高，熱油爐不能滿負(fù)荷運行。

（2）導(dǎo)熱油爐燃燒器空燃比調(diào)節(jié)配比不合適。燃燒器故障：導(dǎo)熱油爐正常停爐后，再次啟動時經(jīng)常出現(xiàn)燃燒器火焰檢測故障。

（3）熱油爐總管及各支管流量波動大故障停爐。工藝自控故障：高溫導(dǎo)熱油爐在一列裝置分子篩程序切換至二列時導(dǎo)熱油爐匯管入口經(jīng)常出現(xiàn)低流量連鎖停爐，冬季更明顯。

（4）導(dǎo)熱油系統(tǒng)漏點多，整改時需要切換或者緊急停爐處理。泄漏點多：導(dǎo)熱油的滲透性強，導(dǎo)熱油爐區(qū)域運行會在法蘭、閥門滲漏、滴油儀表接頭存在泄漏。

而問題最多集中在兩點：①導(dǎo)熱油爐溫度控制不穩(wěn)。②導(dǎo)熱油爐燃燒器故障多。

4 現(xiàn)場導(dǎo)熱油爐實際問題分析與處理

爐膛熱量沿燃燒器邊緣外泄。高低溫導(dǎo)熱油區(qū)域。圖5導(dǎo)熱油爐燃燒器現(xiàn)場圖和空燃比對比圖。情況：外散周邊溫度達(dá)到130℃高溫將側(cè)板燒烤黑。對策：檢修拆除燃燒器，內(nèi)部防火層破損嚴(yán)重、防火磚脫落。實施：設(shè)計新型籠型護(hù)照，更換新型防火層固定在燃燒器四周。效果：外散周邊溫度不到40℃。

由于空氣風(fēng)道進(jìn)口與防火材料距離過近，出現(xiàn)防火材料破損和吹壞導(dǎo)致溫度外散。如圖6導(dǎo)熱油爐燃燒器三維圖。吹散的防火層碎屑對火焰檢測器檢測造成非常大的影響造成故障停爐，耽誤啟爐時間。容易造成整個系統(tǒng)地溫度波動。

實施內(nèi)容： 如圖7 導(dǎo)熱油爐內(nèi)部施工前后對比圖。

（1）對5臺出現(xiàn)故障火焰檢測器進(jìn)行整體更換。

（2）設(shè)計防火層遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)通道。

（3）設(shè)計籠型固定護(hù)網(wǎng)。

（4）更換新型防火材料。熱油爐啟爐成功率提高在5～8min便可啟動運行，明顯減小對裝置系統(tǒng)溫度影響。

再生切換時系統(tǒng)流量波動。圖8分子篩程序DCS變更圖。情況：分子篩程序切換時，導(dǎo)熱油爐匯管入口低流量降低到280m3/h報警和250m3/h停爐。對策：解決一、二列裝置分子篩程序切換時，導(dǎo)熱油爐匯管入口低流量報警和停爐。實施：通過程序控制設(shè)定差壓閥和溫度控制閥同步調(diào)節(jié)提高系統(tǒng)切換的穩(wěn)定性。效果波動明顯降低，流量最低在324m3/h。

DCS系統(tǒng)優(yōu)化分子篩調(diào)解程序，由原設(shè)計的程序進(jìn)行多次變更。圖9分子篩程序閥控調(diào)整對比圖（變更審批后）實施控制程序修改和測試，最終達(dá)到了同步切換，使能控制的平穩(wěn)過度。

兩列分子篩切換過程再生氣調(diào)節(jié)閥切換導(dǎo)致高溫導(dǎo)熱油系統(tǒng)流量波動比較大，同時高溫導(dǎo)熱油爐進(jìn)出口流量和分管程流量波動大。

（1）修改PLC程序中032100PDV301的最小限位。

（2）將兩列TV110的動作時間延長。

（3）將兩列分子篩切換時TV110的開度進(jìn)行調(diào)整。

（4）修改程序在分子篩切換適用導(dǎo)熱油流量控制差壓。解決遺留問題，完善和修改分子篩程序見圖10導(dǎo)熱油系統(tǒng)平穩(wěn)運行曲線圖：兩列分子篩切換導(dǎo)熱油爐進(jìn)出口流量和分管程流量波動基本無波動，再未出現(xiàn)因分子篩切換導(dǎo)致導(dǎo)熱油爐停爐的現(xiàn)象，解決了開廠至今存在的一項問題。

由上圖可得癥結(jié)解決情況：鞏固期，癥結(jié)導(dǎo)熱油系統(tǒng)運行波動2個月內(nèi)各出現(xiàn)1次，導(dǎo)熱油爐故障在3月只出現(xiàn)1次，整體導(dǎo)熱油系統(tǒng)運行平穩(wěn)，波動范圍微小。綜上所述，導(dǎo)熱油系統(tǒng)波動大的癥結(jié)已解決。

5 導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)氣質(zhì)分析

各類導(dǎo)熱油氣化率是隨著溫度升高而增加，高溫導(dǎo)熱油也會因系統(tǒng)溫升產(chǎn)生渦旋氣流，部分氣流會聚集在系統(tǒng)中，大部分會通過導(dǎo)熱油膨脹罐呼吸閥排入大氣。

圖11導(dǎo)熱油溫度隨蒸汽壓變化曲線圖，從曲線表中可以看出隨著溫度的不斷升高，蒸氣壓也會升高，達(dá)到300℃以上會不斷在系統(tǒng)中產(chǎn)生煙霧狀氣化氣。但通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)高溫膨脹罐呼吸閥很容易已被導(dǎo)熱油粘稠物質(zhì)堵塞，當(dāng)壓力達(dá)到35kPa時未能及時打開和微量排放導(dǎo)致系統(tǒng)氣體持續(xù)聚集達(dá)到一定量值導(dǎo)致熱油泵氣蝕和熱油爐流量波動等現(xiàn)象。圖12導(dǎo)熱油膨脹罐呼吸閥位置圖。

通過現(xiàn)場膨脹罐導(dǎo)熱油氣樣取樣檢測數(shù)據(jù)如圖13所示。

通過分析數(shù)據(jù)氣樣消除誤差后未發(fā)現(xiàn)烴類物質(zhì)，如圖14未發(fā)現(xiàn)換熱器管束泄漏現(xiàn)象。

這些產(chǎn)生的低沸點物質(zhì)，需要定期打開氮封或系統(tǒng)高點排空口排氣，定期打開的時間間隔與開放的時間長短，與系統(tǒng)工作溫度、系統(tǒng)設(shè)計都有關(guān)系，沒有固定模式，需要現(xiàn)場根據(jù)實際狀態(tài)總結(jié)經(jīng)驗。如圖15導(dǎo)熱油高、低溫膨脹罐溫度范圍圖，在標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定熱油膨脹罐溫度不應(yīng)超過70℃。這也是控制過多產(chǎn)生氣體的措施。

6 導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)研究

對于不合格產(chǎn)品輕組分放空，重組分回?zé)?。極大減少了天然浪費和能耗浪費。導(dǎo)熱油系統(tǒng)運行平穩(wěn)后，大大減少了員工操作工作負(fù)荷，頻繁操作的風(fēng)險。

通過此次活動，即解決了熱油泄漏點多地隱患，也通過工藝優(yōu)化改造解決了熱油系統(tǒng)排放的廠級安全隱患。設(shè)備運行的平穩(wěn)和熱油系統(tǒng)地平穩(wěn)運行，對兩列提高輕烴C3+收率達(dá)到96.3%以上打下了堅強的基礎(chǔ)。液化氣產(chǎn)品質(zhì)量合格率達(dá)到100%，無一次不合格產(chǎn)品出現(xiàn)和外輸。

鞏固措施如圖16高、低導(dǎo)熱系統(tǒng)差壓閥調(diào)節(jié)圖。①燃燒器配風(fēng)比的調(diào)整和PID差壓閥參數(shù)設(shè)定與優(yōu)化。②冬季熱備線流程的優(yōu)化（熱備線流量嚴(yán)格控制，高、低溫爐不能低于120m3/h），保障油泵和導(dǎo)熱油爐隨時啟動。形成標(biāo)準(zhǔn)化操作，根據(jù)班組JCC分析和上會討論對相應(yīng)的操作規(guī)程、操作卡（工藝、設(shè)備）進(jìn)行修訂并鞏固實施。

低溫導(dǎo)熱油爐燃?xì)庥昧考s為52800Nm?/d～67200Nm?/d，高溫導(dǎo)熱油爐燃?xì)庥昧考s為14400Nm?/d，裝置每日總?cè)細(xì)庥昧考s為80000Nm?/d，設(shè)計值83000Nm?/d。通過適度降低高溫導(dǎo)熱油爐設(shè)定溫度，降低低溫導(dǎo)熱油爐負(fù)荷，調(diào)節(jié)脫乙烷塔底溫度，脫丁烷塔底溫度，可達(dá)到節(jié)能降耗的目的，圖17為相同負(fù)荷下裝置燃?xì)庀膶Ρ取?/p>

降低高溫導(dǎo)熱油爐設(shè)定溫度，保證兩列再生氣流量。

根據(jù)裝置運行負(fù)荷高低，及時降低低溫導(dǎo)熱油爐負(fù)荷，降低脫丁烷塔負(fù)荷。

7 總結(jié)

如圖18所示，調(diào)整空氣預(yù)熱器旁路提高空氣溫度在200℃左右，空燃比調(diào)節(jié)后，最大程度實現(xiàn)節(jié)能降耗節(jié)約燃?xì)庥昧俊?/p>

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