穩(wěn)定系統(tǒng)中不凝氣回收利用技術(shù)研究

陳繼珍

(中海石油葫蘆島精細(xì)化工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

穩(wěn)定系統(tǒng)[1]是常壓蒸餾裝置的一部分，是常壓蒸餾裝置輕烴回收的主要裝置，它通過精餾原理回收初餾塔頂拔頭油和三頂油氣中的C3和C4組分。穩(wěn)定系統(tǒng)的輕烴回收功能用于處理海上終端輕質(zhì)凝析油，從輕質(zhì)凝析油中拔出液化石油氣，提高凝析油的飽和蒸氣壓，形成獨立的運行模式。

1 穩(wěn)定系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)狀

穩(wěn)定系統(tǒng)由穩(wěn)定塔(T-1)、塔頂冷卻器(E-1A/B)、塔底再沸器(E-2)、穩(wěn)底冷卻器(E-3A/B)、進(jìn)料換熱器(E-4、E-5A/B)、供料泵(P-1)、回流罐(D-2)、回流泵(P-2)及工藝管線組成，工藝流程見圖1。

圖1 穩(wěn)定系統(tǒng)工藝流程圖

穩(wěn)定塔是穩(wěn)定系統(tǒng)的核心，塔徑為 Ф600 mm，全塔采用4段ZUPAK3.0規(guī)整填料。凝析油通過供料泵加壓至 0.9 MPa，經(jīng)過換熱器E-4和E-5A/B后溫度提升至 110 ℃，進(jìn)入穩(wěn)定塔中部第二層填料上方。在塔內(nèi)氣液相經(jīng)過傳質(zhì)傳熱，輕組分逐漸汽化至塔頂，塔頂氣相經(jīng)過小于 30 ℃ 冷卻溫度的進(jìn)入回流罐，然后經(jīng)過回流泵一部分返回至塔頂，另一部分作為液化石油氣產(chǎn)品輸送至產(chǎn)品罐；重組分逐漸冷凝至塔底，一部分進(jìn)入塔底再沸器加熱至 130 ℃，氣相返回至塔底部，另外一部分作為穩(wěn)底油產(chǎn)品，經(jīng)冷卻溫度降至 30 ℃ 以下自壓至產(chǎn)品罐。穩(wěn)定系統(tǒng)熱源由2臺蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽提供，蒸汽壓力 0.9 MPa，溫度 160 ℃；系統(tǒng)冷源由循環(huán)水系統(tǒng)供應(yīng)。

穩(wěn)定系統(tǒng)在100%負(fù)荷狀態(tài)下，加工海上終端凝析油穩(wěn)定塔頂將產(chǎn)生 140 m3/d 的不凝氣，占凝析油加工量的2.3‰，此油氣組分見表1。通常情況這部分油氣引入常壓加熱爐進(jìn)行焚燒處理，但穩(wěn)定系統(tǒng)獨立運行時常壓系統(tǒng)處于停用狀態(tài)，常壓爐并未啟用，常壓爐無法回收利用此氣體。按照《大氣污染防止法》及《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB31571-2015等規(guī)定，不凝氣不可直接排放至大氣。公司目前未設(shè)置有火炬系統(tǒng)，故不能采用火炬焚燒的方式處理此氣體。若不能解決不凝氣的外排問題，穩(wěn)定塔運行過程中塔壓持續(xù)升高，操作參數(shù)偏離工藝指標(biāo)，使穩(wěn)定塔無法正常運轉(zhuǎn)，同時存在系統(tǒng)超壓，安全閥起跳，甚至發(fā)生泄漏爆炸事故。

表1 穩(wěn)定塔頂不凝氣組分表

蒸汽鍋爐為臥式內(nèi)燃雙回程燃?xì)忮仩t，鍋爐型號WNS2-1.25-Y(Q)、設(shè)計出力 2 t/h、設(shè)計壓力 1.25 MPa、設(shè)計溫度 194 ℃，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過管輸至穩(wěn)定系統(tǒng)塔底再沸器和進(jìn)料換熱器，換熱后蒸汽變成凝結(jié)水循環(huán)回至蒸汽鍋爐。

鍋爐燃燒器為德國威索燃?xì)馊紵?，此燃燒器可使用液化氣和天然氣兩種燃料。目前采用天然氣作為燃料，天然氣組成見表2。

表2 天然氣組成

鍋爐運行過程中根據(jù)蒸汽壓力，燃燒器自動啟停并自動調(diào)節(jié)大小火負(fù)荷，大火燃燒耗氣量 166.5 m3/h，小火燃燒為 80.2 m3/h，鍋爐日消耗天燃?xì)?1827 m3/d。

2 方案研究

根據(jù)以上生產(chǎn)現(xiàn)狀，穩(wěn)定系統(tǒng)若要正常運行，必須要解決不凝氣的去向問題。在沒有儲氣設(shè)備的情況下，處理不凝氣唯一的辦法就是焚燒變成可排放的二氧化碳和水。方案一：新建火炬系統(tǒng)，不凝氣排放到火炬焚燒；方案二：將不凝氣回收排放至蒸汽鍋爐燃?xì)夤芫W(wǎng)，不凝氣和天然氣混合后在鍋爐燃燒器燃燒，回收利用不凝氣燃燒熱能給蒸汽加熱。

新建火炬方案需要滿足安全距離要求。按照《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》5.5.21規(guī)定，“距火炬筒 30 m 范圍內(nèi)，不應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w放空”。廠區(qū)呈正方形，中心布局為主生產(chǎn)裝置，裝置周邊以東為油品收發(fā)臺，且緊鄰公路和消防大隊，以南為辦公生活區(qū)，以西是壓縮天然氣站，以北為油品罐區(qū)，設(shè)施間布局緊湊，在廠區(qū)內(nèi)沒有合適的火炬布置位置，故方案一無法實現(xiàn)。

方案二從系統(tǒng)原理、工藝流程、設(shè)備設(shè)施性能方面均滿足要求，但是存在以下問題：1)不凝氣和天然氣管網(wǎng)屬于不同的壓力等級，并入燃?xì)夤芫€存在超壓的風(fēng)險，超壓后容易造成安全事故；2)燃料組成的變化，必將導(dǎo)致燃?xì)鉄嶂岛突瘜W(xué)需氧量的不同，燃燒器能否滿足要求須對燃料進(jìn)行分析。

問題1：(天然氣流程見圖2)。天然氣管網(wǎng)設(shè)計從廠區(qū)鍋爐房邊界處入廠，經(jīng)過減壓后，壓力降至 0.2 MPa，支流到鍋爐房和生產(chǎn)區(qū)加熱爐。穩(wěn)定系統(tǒng)不凝氣壓力為 0.9 MPa，在生產(chǎn)區(qū)與天然氣主管線并網(wǎng)，和天然氣混合后進(jìn)入加熱爐燃燒。后期技術(shù)革新過程中不凝氣引入油氣回收系統(tǒng)，經(jīng)油氣回收系統(tǒng)穩(wěn)壓后，通過管線輸送至加熱爐，新增1個加熱爐火嘴用于不凝氣單獨燃燒。但是后期改造過程中保留了不凝氣至天然氣主管線的原設(shè)計流程，這樣為不凝氣進(jìn)入天然氣管網(wǎng)創(chuàng)造了有利條件。

圖2 天然氣管網(wǎng)流程示意圖

從本質(zhì)安全角度考慮，防止因燃?xì)馐褂媒K端停用造成燃?xì)夤芫W(wǎng)超壓，減壓撬自動切斷的情況發(fā)生，不凝氣至燃?xì)庵鞴芫W(wǎng)須加裝減壓閥，排放壓力從 0.9 MPa 降至天然氣操作管網(wǎng)壓力 0.2 MPa。

問題2：查詢?nèi)紵飨嚓P(guān)設(shè)計參數(shù)[2]，通過查詢此燃燒器可使用天然氣、液化氣和城市煤氣3種燃料，但不同的燃料燃燒器的功率和需氧量區(qū)別很大。不凝氣通過組分表分析其主要組成為乙烷、丙烷和丁烷。利用Aspen軟件對燃?xì)饣旌辖M分熱值進(jìn)行計算，結(jié)果見圖3和表3。

圖3 Aspen模擬流程圖

表3 不同燃?xì)饽M結(jié)果

在標(biāo)況下，天然氣的高位熱值是 39.67 MJ/m3，不凝氣的高位熱值達(dá)到 92.81 MJ/m3。如果直接使用不凝氣作為鍋爐的燃料，鍋爐熱負(fù)荷將增加2倍，不凝氣的需氧量是天然氣的2倍，這種情況極易發(fā)生閃爆事故。根據(jù)兩鍋爐正常用氣量和不凝氣正常排放量的混合比例(體積比)76.1∶5.8再次進(jìn)行軟件模擬計算。通過計算得到混合氣的高位熱值為 42.05 MJ/m3，與天然氣熱值相當(dāng)。根據(jù)熱值推斷出混合氣需氧量略高于天然氣，鍋爐正常操作煙氣氧含量3%～5%，在不做燃?xì)馀c空氣調(diào)配情況下可滿足要求。問題的關(guān)鍵就是保證鍋爐持續(xù)運行，這樣管道內(nèi)的氣體始終處于均勻混合態(tài)。

3 改造實施及效果測試

根據(jù)燃?xì)庑再|(zhì)和工藝指標(biāo)，選擇RT2-12/25G型燃?xì)庹{(diào)壓閥作為高壓不凝氣與天然氣管網(wǎng)的銜接。減壓閥安裝采用現(xiàn)場管線局部拆除，送至安全動火區(qū)域預(yù)制安裝的辦法。閥門安裝后經(jīng)測試閥前壓力0.7～0.9 MPa,閥后壓力平穩(wěn)維持在0.19～0.21 MPa。

計算混合氣流量：由日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知天然氣流量 1827 m3/d，高位熱值 39.67 MJ/m3；混合氣高位熱值 42.05 MJ/m3；鍋爐熱效率0.92。

根據(jù)計算數(shù)據(jù)和鍋爐日常操作經(jīng)驗，調(diào)整鍋爐大小火燃?xì)庥昧?大火用氣量須滿足大于 71.8 m3/h，小火用氣量須滿足小于 71.8 m3/h 的要求，初步確定大火用氣量為 110 m3/h，小火用氣量為 50 m3/h，并根據(jù)確定值對燃?xì)馄鬟M(jìn)行調(diào)整。在鍋爐燃?xì)馄髡{(diào)整完成后進(jìn)行點火測試，測試過程中進(jìn)行微調(diào)，最終燃?xì)饬繛榇蠡?116.5 m3/h，小火 56.6 m3/h。鍋爐開始不停爐持續(xù)燃燒運行，運行過程中根據(jù)蒸汽壓力自動調(diào)整大小火，燃?xì)馇闆r正常。

在后期操作中，為保證安全，操作規(guī)定若鍋爐熄火停運，必須馬上將不凝氣切除，待鍋爐運行正常后方可改入鍋爐燃料管網(wǎng)。

4 結(jié)論

此次不凝氣回收利用技術(shù)研究和技術(shù)革新改造，通過對比分析不凝氣、工藝流程、設(shè)備性能等，提出將穩(wěn)定系統(tǒng)不凝氣回收至蒸汽鍋爐的方案。對方案實施的具體步驟進(jìn)行工藝核算，對工藝管線上設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，根據(jù)燃料情況對燃燒器進(jìn)行調(diào)整，并作出相應(yīng)的操作規(guī)定。在多角度、全方位技術(shù)保障下，改造后的燃?xì)庀到y(tǒng)順利投用，使穩(wěn)定系統(tǒng)生產(chǎn)正常進(jìn)行，解決了制約生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。