LPG裝置低負(fù)荷操作運行管理淺析

張杰（中國石油西南油氣田公司川中油氣礦輕烴廠，四川 遂寧 629000）

1 概況

川中油氣礦輕烴廠現(xiàn)有五套LPG輕烴回收裝置，根據(jù)目前各套裝置生產(chǎn)情況，除三臺站LPG 裝置處于滿負(fù)荷運行外，其余各套裝置都存在不同程度處理量降低情況。研究低負(fù)荷下裝置的運行操作和管理措施，優(yōu)化各套裝置工藝參數(shù)和現(xiàn)場操作，對提高LPG裝置的運行效益具有重要意義。

2 低負(fù)荷運行操作

在各套LPG輕烴回收裝置中，南充和磨溪LPG裝置因缺原料氣處于停產(chǎn)狀態(tài)，遂寧LPG 裝置的運行負(fù)荷在60%左右，廣安LPG 裝置的運行負(fù)荷在40%左右。由于各套LPG 裝置工藝流程和原理基本一致，對于LPG 裝置低負(fù)荷操作運行管理，我們主要以廣安LPG裝置進(jìn)行分析討論。

2.1 生產(chǎn)情況概述

廣安LPG 裝置于2010 年10 月投產(chǎn)，設(shè)計處理量為100×104m3/d，由于氣田氣量衰減，處理量由最初投產(chǎn)時的80×104m3/d降至現(xiàn)在的40×104m3/d，進(jìn)站壓力由最初的3.3MPa降至目前的2.5MPa，膨脹機(jī)膨脹比由最初的2.36 降至目前的1.78（具體參數(shù)如表1所示）。裝置各設(shè)備均存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象。夏季高溫天氣時，裝置制冷系統(tǒng)溫度平均上升10℃左右，脫丁烷塔塔壓上升0.1～0.2MPa，導(dǎo)致產(chǎn)品收率降低，能耗升高，工藝參數(shù)偏離設(shè)計值。

表1：裝置工藝參數(shù)對比表壓力：MPa 溫度：℃流量：104m3/d

2.2 脫水單元操作

LPG裝置脫水單元主要是對原理天然氣進(jìn)行深度脫水，避免深冷裝置冰堵，當(dāng)裝置低負(fù)荷運行時，可調(diào)整分子篩塔切換周期[1]，降低裝置的能耗。裝置原設(shè)計切換周期為：吸附時間為12小時，再生加熱時間8小時，再生冷卻時間4小時。但隨著氣量的衰減，原料氣日處理氣量降低到設(shè)計處理量的40%左右，因此可以適當(dāng)延長吸附塔切換周期，減少分子篩熱吹再生天然氣能耗和再生氣壓縮機(jī)電耗。分子篩塔切換周期調(diào)整后為：吸附時間為24小時，再生加熱時間8小時，再生冷卻時間4小時，停運再生氣壓縮機(jī)12小時。對切換周期調(diào)整后，需做好干氣水露點分析和監(jiān)控，確保干氣水露點滿足輕烴回收裝置要求，避免發(fā)生冰堵。

2.3 脫乙烷塔操作

當(dāng)裝置低負(fù)荷運行時，裝置進(jìn)站壓力降低，膨脹機(jī)膨脹比由最初的2.36 降至1.78，膨脹機(jī)制冷量降低，脫乙烷塔塔頂溫度由原來的-92℃升高至-83℃，導(dǎo)致產(chǎn)品收率降低。

根據(jù)上表表1可知，氣田的氣量與原料氣壓力成正態(tài)關(guān)系，當(dāng)原料氣氣量降低，原料氣壓力隨之降低，膨脹機(jī)膨脹比降低，裝置冷量下降，裝置收率降低。為了提高膨脹機(jī)膨脹比，可適當(dāng)降低脫乙烷塔塔壓，同時適當(dāng)降低脫乙烷塔塔底溫度[3]。

脫乙烷塔塔壓降低后，可適當(dāng)降低脫乙烷重沸器的蒸汽用量，如果脫乙烷塔塔底溫度偏高，將會造成產(chǎn)品收率降低；脫乙烷塔塔底溫度偏低，液烴中C2含量將偏高，LPG 產(chǎn)品質(zhì)量不合格，同時液烴中C2含量偏高，將導(dǎo)致脫丁烷塔壓力不好控制，影響裝置正產(chǎn)操作。

2.4 透平膨脹機(jī)操作

當(dāng)裝置處理氣量低于35×104m3/d，壓力低于2.3MPa 時，膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速逼近設(shè)備臨界轉(zhuǎn)速14000r/min，裝置長時間低負(fù)荷運行，其主要影響在：一是膨脹機(jī)膨脹比大幅度下降，裝置制冷量嚴(yán)重降低，膨脹機(jī)出口溫度升高，裝置收率降低；二是機(jī)組低轉(zhuǎn)速將會引起軸承油膜形成不好，潤滑變差，容易引起機(jī)組軸承干磨，溫度過高導(dǎo)致燒瓦；三是機(jī)組轉(zhuǎn)速太低，容易引起機(jī)組發(fā)生喘振，并發(fā)出強(qiáng)烈的“喘氣”聲響和振動，造成設(shè)備損壞。

在裝置低負(fù)荷運行情況下，一是打開裝置越站旁通閥，增加裝置進(jìn)氣量，提高裝置進(jìn)氣量和進(jìn)氣壓力；二是對膨脹機(jī)進(jìn)行改造，降低膨脹機(jī)處理量；三是可適當(dāng)提高膨脹機(jī)油壓；四是可適當(dāng)調(diào)整膨脹機(jī)噴嘴開度，調(diào)節(jié)防喘振閥開度，來保證膨脹機(jī)組平穩(wěn)運行。

2.5 產(chǎn)品氣壓縮機(jī)操作

廣安LPG 裝置天然氣壓縮機(jī)組設(shè)計轉(zhuǎn)速為750～1200 r/min，當(dāng)裝置處于低負(fù)荷運行時，機(jī)組將在低于設(shè)計工況750 r/min 下運行，機(jī)組存在下列隱患：

（1）影響發(fā)動機(jī)使用壽命，低轉(zhuǎn)速下長期運行，氣缸內(nèi)易積碳，火花塞容易堵塞。

（2）進(jìn)氣量小可能導(dǎo)致殘油不能隨氣流排出，氣閥容易產(chǎn)生積炭，從而降低氣閥的使用壽命。

（3）容易造成活塞、氣閥、連桿、曲軸彎曲或斷裂。

（4）運轉(zhuǎn)部件的潤滑不到位，有可能發(fā)生十字頭小頭瓦或者大頭瓦燒毀的風(fēng)險。

因此在低負(fù)荷情況下，為保證裝置正常運行，應(yīng)做好下列措施：

（1）調(diào)節(jié)機(jī)組可變余隙容積（VVCP），使部分氣體在壓縮缸內(nèi)部打循環(huán)，減小對外做功，從而降低處理量。

（2）切換壓縮機(jī)的作用形式，由現(xiàn)在的二級壓縮改為一級壓縮，降低壓縮機(jī)組整體能耗和機(jī)組磨損率。

2.6 儀控操作

裝置低負(fù)荷運行，會引起裝置計量不準(zhǔn)確，儀表各點參數(shù)不易控制，比如調(diào)節(jié)閥由于與設(shè)定值差別較大，調(diào)節(jié)閥長期處于小閥位開度，存在如下問題：

（1）調(diào)節(jié)閥節(jié)流間隙小，流速大，沖刷厲害，閥芯密封面容易受損，影響閥的使用壽命。

（2）介質(zhì)流速、壓力變化，超過閥的剛度時，閥穩(wěn)定性差，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重振蕩。

（3）對于流閉狀態(tài)下工作的閥，會產(chǎn)生跳躍關(guān)閉或跳躍起動現(xiàn)象，調(diào)節(jié)閥無法正常調(diào)節(jié)。

針對以上情況，為了提高閥的使用壽命、穩(wěn)定性、正常調(diào)節(jié)等工作性能，調(diào)節(jié)閥應(yīng)避免在小閥位開度工作，對部分調(diào)節(jié)閥、流量儀表的孔板、壓力儀表需要重新選型更換；對裝置各調(diào)節(jié)回路和PID參數(shù)進(jìn)行重新整定，對報警系統(tǒng)各點參數(shù)需要重新討論、修改及整定。

3 裝置低負(fù)荷的運行管理

由于LPG裝置低負(fù)荷運行偏離裝置設(shè)計運行工況，不便于日常工藝參數(shù)控制，影響設(shè)備使用壽命，增加了裝置的運行成本，降低了裝置的生產(chǎn)效益。因此在裝置生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)裝置生產(chǎn)負(fù)荷的變化，及時進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整，加強(qiáng)裝置的運行管理：

（1）如果裝置負(fù)荷降低超過30%，就應(yīng)開展裝置的標(biāo)定工作，確定在該工況下裝置的最佳操作條件及對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行變更，對運轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，以適合當(dāng)前的工況。

（2）采用新工藝、新技術(shù)對裝置進(jìn)行適應(yīng)性技術(shù)改造，保證裝置在最佳工況下高效運行。

（3）應(yīng)加強(qiáng)對裝置工藝設(shè)備管線的巡檢，特別是核心設(shè)備的巡檢，做好設(shè)備運行參數(shù)記錄和分析，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，及時整改。

（4）定期組織技術(shù)人員對裝置運行情況進(jìn)行系統(tǒng)的分析和討論，制定出適應(yīng)當(dāng)下裝置負(fù)荷的參數(shù)，對無法實現(xiàn)自動控制的參數(shù)，及時進(jìn)行手動控制。