DHX工藝中膨脹機(jī)密封氣系統(tǒng)優(yōu)化改造

王沫云 謝 軍 王 磊 張 霖 許家才 周光榮 黃海宇

（中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦江油輕烴廠）

江油輕烴廠45×104m3/d 輕烴回收裝置是以回收中壩氣田須二氣藏不含硫天然氣中的C3H8、C4H10、C5H12及以上輕烴組分為目的的生產(chǎn)裝置。隨著中壩氣田進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期， 其產(chǎn)量不斷降低，為了提高天然氣利用率，江油輕烴廠對(duì)裝置膨脹機(jī)密封氣系統(tǒng)進(jìn)行了改造，筆者針對(duì)川西北氣礦江油輕烴廠輕烴回收裝置情況［1］，對(duì)膨脹機(jī)密封氣進(jìn)行回收利用， 不但可以降低天然氣放空量，增加經(jīng)濟(jì)效益，還可以解決密封氣中帶油對(duì)鍋爐燃燒機(jī)的影響，消除安全隱患。

1 裝置簡(jiǎn)介

江油輕烴回收裝置采用 “雙塔脫水+膨脹機(jī)制冷＋重接觸塔＋脫乙烷塔回收C3+”的工藝過(guò)程［2］，具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 江油輕烴廠工藝流程

由于江油輕烴廠燃料氣鍋爐和加熱爐為間歇運(yùn)行，導(dǎo)致多余的燃料天然氣直接放空，造成資源浪費(fèi)和大氣污染，且密封氣帶有少量膨脹機(jī)潤(rùn)滑油，在燃料系統(tǒng)中長(zhǎng)期積存容易導(dǎo)致鍋爐燃燒機(jī)進(jìn)口燃料氣過(guò)濾器液堵，影響燃燒機(jī)的安全正常運(yùn)行。 因此，有必要通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行回收利用，以達(dá)到節(jié)能降耗和安全環(huán)保的目的。

2 膨脹機(jī)密封氣系統(tǒng)改造情況

江油輕烴廠的膨脹機(jī)設(shè)計(jì)處理量為16 585m3/h，進(jìn)口壓力3.495MPa，出口壓力1.6MPa，額定轉(zhuǎn)速34kr/min。 主要由蝸殼、噴嘴環(huán)、工作輪、擴(kuò)壓器、轉(zhuǎn)軸、密封系統(tǒng)、軸承及機(jī)體等組成［2］。 配套有潤(rùn)滑、密封氣、控制和安全保護(hù)系統(tǒng)。

2.1密封氣系統(tǒng)改造

江油輕烴廠原有密封氣來(lái)自低溫分離器頂部干氣（溫度為-54℃，壓力為3.0MPa），經(jīng)過(guò)冷箱復(fù)熱至15~20℃后，進(jìn)入密封中段，以阻止低溫氣體向軸承段泄漏，保證機(jī)組的安全，同時(shí)減少冷量損失。 最后密封氣與潤(rùn)滑油一起從軸承箱流到壓力油箱中，氣體在油箱中分離出來(lái)經(jīng)過(guò)密封氣過(guò)濾器，來(lái)自膨脹機(jī)的密封氣（約0.4~0.5MPa）經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后進(jìn)入燃料氣緩沖罐，通過(guò)調(diào)壓閥控制在0.3MPa，進(jìn)入鍋爐和加熱爐作為燃料氣，多余的密封氣放空，而且江油輕烴廠鍋爐和加熱爐為間歇性工作，導(dǎo)致鍋爐或加熱爐停運(yùn)時(shí)密封氣放空量增加，造成天然氣損失增大。 改造后通過(guò)外輸干氣單獨(dú)引一股氣作為燃料氣，使膨脹機(jī)密封氣通過(guò)新建工藝管線去原料氣壓縮機(jī)前端分離器（分-102）進(jìn)行全部回收利用［3］。 改造前后燃料氣系統(tǒng)流程如圖2 所示。

2.2改造前后密封氣系統(tǒng)主要參數(shù)及設(shè)備對(duì)比

結(jié)合江油輕烴廠裝置工藝現(xiàn)狀，要實(shí)現(xiàn)將放空的密封氣進(jìn)入增壓機(jī)前端作為原料氣，首先要提高密封氣出口壓力。 因?yàn)槊芊鈿饽壳俺隹趬毫?.5MPa，而進(jìn)入增壓機(jī)前端原料氣壓力為0.6~0.9MPa，所以必需對(duì)密封氣運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化調(diào)整。 經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)膨脹機(jī)組運(yùn)行工況進(jìn)行分析后， 確認(rèn)可以將膨脹機(jī)密封氣回收系統(tǒng)壓力由0.5MPa 提高1.2MPa， 改造前后密封氣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，設(shè)備對(duì)比情況見(jiàn)表2。

圖2 改造前后燃料氣系統(tǒng)的流程

3 密封氣系統(tǒng)技術(shù)改造前后的效果對(duì)比

3.1密封氣系統(tǒng)改造前后燃料氣組成分析

密封氣系統(tǒng)改造前裝置使用密封氣作為燃料氣， 由于密封氣從軸承箱流到膨脹機(jī)油箱中，氣體在油箱中分離出來(lái)經(jīng)過(guò)密封氣過(guò)濾器，導(dǎo)致燃料氣中帶油嚴(yán)重（分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表3），容易導(dǎo)致鍋爐火焰發(fā)紅發(fā)暗，燃燒機(jī)外部有油滴飛濺。 改造后利用外輸干氣作為燃料氣（分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表4），可以解決燃料氣中帶油嚴(yán)重的問(wèn)題，不但可以解決鍋爐燃燒的安全問(wèn)題，而且可以降低污染物排放［4，5］。

表1 改造前后密封氣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù) MPa

表2 改造前后密封氣系統(tǒng)設(shè)備對(duì)比

3.2密封氣系統(tǒng)改造前后節(jié)能降耗分析

選取2017 年和2018 年1~4 月，裝置生產(chǎn)平穩(wěn)時(shí)對(duì)密封氣系統(tǒng)改造前后燃料氣用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表5、6）。

由表5、6 可知：密封氣系統(tǒng)改造前后鍋爐和加熱爐用氣量無(wú)明顯變化，改造前平均每月燃料天然氣放空量約2.88×104Nm3， 改造后無(wú)燃料天然氣，按照每年開(kāi)工330d 計(jì)算，每年可節(jié)約天然氣約 31×104Nm3。

3.3膨機(jī)密封氣系統(tǒng)改造后膨脹機(jī)效率對(duì)比

在改造后， 根據(jù)膨脹機(jī)進(jìn)出口天然氣組成、壓力、溫度，對(duì)江油輕烴廠膨脹機(jī)效率進(jìn)行了對(duì)比極端，可計(jì)算膨脹機(jī)效率其中，η 為膨脹機(jī)效率；H1為膨脹機(jī)進(jìn)口天然氣焓值；H2為膨脹機(jī)出口天然氣焓值；HS為天然氣作等熵膨脹焓值。經(jīng)計(jì)算可知，改造前膨脹機(jī)效率約72.89%，改造后為73.07%，改造前后幾乎保持不變。

表3 改造前燃料氣（來(lái)自密封氣）組成

表4 改造后燃料氣（來(lái)自外輸干氣）組成

表5 改造前燃料氣用量 ×104Nm3

表6 改造后燃料氣用量 ×104Nm3

4 結(jié)論

4.1通過(guò)對(duì)密封氣系統(tǒng)進(jìn)行工藝改造，可以將放空的密封氣進(jìn)行回收利用，可使裝置節(jié)約天然氣約 31×104Nm3。

4.2密封氣系統(tǒng)改造后解決了鍋爐燃燒存在的安全隱患，同時(shí)降低污染物排放。

4.3通過(guò)對(duì)密封氣系統(tǒng)輔助設(shè)備功能改造，提高了膨脹機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行程度， 保障其安全平穩(wěn)運(yùn)行。

4.4改造前膨脹機(jī)效率約72.89%， 改造后為73.07%，改造前后幾乎不變。