天然氣凈化廠降本增效實踐與探索

瞿 楊 夏 林 李婷婷 雷 婧 李長治

中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠, 重慶 400021

0 前言

隨著中國經(jīng)濟進入高質(zhì)量、高速度的發(fā)展新階段,作為首選清潔能源的天然氣,其消費需求將保持穩(wěn)定增長,在經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮重要作用,天然氣行業(yè)發(fā)展前景廣闊。2020年以來,面對新冠肺炎疫情的沖擊和國際油價斷崖式暴跌的影響,某天然氣凈化廠生產(chǎn)經(jīng)營面臨提高產(chǎn)量、降低成本等多重壓力,對其發(fā)展經(jīng)營效益帶來重大影響和挑戰(zhàn)。

1 天然氣凈化廠現(xiàn)狀

隨著川東地區(qū)老氣田進入中后期開發(fā),地層天然氣壓力逐漸降低,開采難度逐漸增大,某天然氣凈化廠產(chǎn)能呈逐年下降趨勢,脫硫裝置長期處于低負荷運行狀態(tài),部分工藝參數(shù)偏離設(shè)計值,能源消耗和化工原材料消耗相對較高,生產(chǎn)成本增加。隨著GB 17820—2018《天然氣》和GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標準》正式發(fā)布,對天然氣產(chǎn)品氣質(zhì)量和尾氣排放提出了更高的要求。另外，在推進智能凈化廠[1]建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型上,也存在工作效率不夠高、智能化程度不夠深、創(chuàng)新能力不夠強等問題。

面臨復雜、嚴峻的形勢,某天然氣凈化廠開展了降本增效工作的實踐與探索,以效益最大化為目標,牢固樹立“一切成本皆可降”理念和長期應(yīng)對低油價新常態(tài)認識,堅持提高天然氣產(chǎn)量,增加效益,全力推進智能化和數(shù)字化的天然氣凈化廠建設(shè)[1],切實降低天然氣成本,提升業(yè)績,實現(xiàn)節(jié)能降耗和降本增效。

2 降本增效舉措

2.1 優(yōu)化脫硫裝置生產(chǎn)運行

2.1.1 優(yōu)化工藝操作流程及參數(shù)

加強原料氣預處理單元的過濾和排污操作,確保脫硫溶液系統(tǒng)清潔度,減少溶液過濾原件的消耗,降低溶液在清洗過程中的損耗,減少清洗水的產(chǎn)生,減輕污水處理裝置負荷。對生產(chǎn)參數(shù)進行大數(shù)據(jù)分析,在保證天然氣產(chǎn)品氣質(zhì)量的前提下,摸索某天然氣凈化廠的脫硫裝置實時最優(yōu)操作參數(shù),調(diào)整脫硫溶液濃度,增加脫硫溶劑選擇吸收性,提高天然氣商品率。根據(jù)天氣變化適時調(diào)整原料氣和酸氣放空火炬長明火燃料氣以及分子封吹掃氣的消耗量,提升脫硫裝置燃料氣使用效率[2]。

2.1.2 摸索脫硫裝置低負荷運行邊界條件

根據(jù)脫硫裝置生產(chǎn)實際需要,測試脫硫裝置最低處理負荷,計算最低處理負荷下的能耗,確保低負荷狀態(tài)下脫硫裝置安全環(huán)保經(jīng)濟運行[3-6];通過測試,摸索脫硫裝置的低負荷運行邊界條件[7],提出工藝參數(shù)的最優(yōu)組合,為脫硫裝置科學、高效運行提供技術(shù)參考,在保障脫硫裝置安全生產(chǎn)的同時,達到脫硫裝置經(jīng)濟環(huán)保運行。

2.1.3 實施脫硫裝置降壓操作運行

川東地區(qū)氣田開采后期井口產(chǎn)能下降較快,為配合氣田產(chǎn)能的開發(fā),某天然氣凈化廠分步進行了降壓試驗,在脫硫裝置運行平穩(wěn)、產(chǎn)品氣合格外輸?shù)那疤嵯?天然氣凈化裝置系統(tǒng)壓力下降0.2～1.0 MPa。通過實施脫硫裝置降壓運行,有效降低了氣田、氣井的經(jīng)濟廢棄壓力,充分挖掘老氣田的潛力,使氣田產(chǎn)能得到進一步發(fā)揮,同時起到良好的節(jié)能降耗效果。

2.1.4 優(yōu)化脫硫裝置產(chǎn)能配置

根據(jù)上游單位原料氣配產(chǎn)方案,在不影響產(chǎn)能發(fā)揮的前提下,適時停運部分脫硫裝置,通過協(xié)調(diào)上游氣礦調(diào)配原料氣輸量,增加其他凈化廠的裝置負荷率,降低凈化廠的裝置能耗及生產(chǎn)成本。2014年關(guān)停1套脫硫裝置,2017年關(guān)停1套脫硫裝置,2020年關(guān)停2套脫硫裝置[8],通過合理調(diào)配原料天然氣氣質(zhì),有效調(diào)整其余原料天然氣脫硫裝置低負荷運行狀況,充分挖掘脫硫裝置運行潛能,使脫硫裝置設(shè)備盡可能處于最優(yōu)工況下運行,對保證脫硫裝置生產(chǎn)安全、節(jié)能降耗及降低生產(chǎn)成本等具有重要的現(xiàn)實意義。

2.1.5 總結(jié)長周期運行經(jīng)驗

總結(jié)影響脫硫裝置長周期運行的因素,從設(shè)計源頭、加強設(shè)備日常維護、提高設(shè)備運行可靠性、強化工藝過程操作、保持脫硫裝置運行穩(wěn)定等方面入手,實現(xiàn)脫硫裝置“兩年一修或三年一修”工作,在一個檢修周期內(nèi)脫硫裝置根據(jù)實際情況調(diào)整為不停產(chǎn)大修或者改為臨停檢修,達到降本增效的目的。

2.2 實施脫硫裝置技改措施

某天然氣凈化廠始終把降本增效放在重要位置,與企業(yè)管理有機結(jié)合、相互促進,通過深挖內(nèi)潛、自主創(chuàng)新、技術(shù)改造脫硫裝置、修舊利舊等工作方式,力促降本增效上臺階。

2.2.1 適時實施技術(shù)改造

由于部分脫硫裝置長期處于低負荷運行,循環(huán)冷卻水總量只有設(shè)計的一半,循環(huán)冷卻水的流量、壓力均有較大富裕。某天然氣凈化廠通過調(diào)研及理論核算,提出涼水塔電動風機改水動風機的技術(shù)改造方案,經(jīng)改造后節(jié)約電能6.78×104kW·h/a[9-10]。

部分原料天然氣脫硫裝置硫黃回收風機風量富裕,通過將多余風量引至污水處理單元曝氣,從主風機來的多余風量完全滿足污水處理單元日常曝氣所需,原提供曝氣的羅茨鼓風機停運備用,僅在主風機停用后再啟用,節(jié)約污水處理設(shè)施能源消耗[11]。

硫黃回收裝置生產(chǎn)出來的液硫經(jīng)硫黃造粒機冷卻、固化、稱量、包裝后生產(chǎn)成固體工業(yè)硫黃。但在實際生產(chǎn)過程中,固體工業(yè)硫黃易受裝卸、運輸、庫存等因素的影響,經(jīng)常出現(xiàn)雜質(zhì)、水分含量過高的現(xiàn)象,影響硫黃產(chǎn)品質(zhì)量,另外硫黃造粒機運行維護成本較高,且固體工業(yè)硫黃的生產(chǎn)、裝車等人工成本較高。為了更好地銷售硫黃,用保溫槽車直接運送液硫至銷售企業(yè),節(jié)省了成型、包裝過程中水電氣和化工原材料的消耗,有效節(jié)約人力,降低生產(chǎn)成本,獲取更大的經(jīng)濟效益。

2.2.2 修舊利舊

通過對已經(jīng)使用后因存在某些故障而不能繼續(xù)正常使用的舊設(shè)備、零部件進行維修,使其性能達到或接近原產(chǎn)品的技術(shù)指標,或從舊設(shè)備中拆卸有效零件經(jīng)檢修鑒定合格,用于其他場合,最大限度降低材料消耗,節(jié)約生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟效益。

某天然氣凈化廠通過修復燃料氣自力式調(diào)節(jié)閥,閥門定位器維修再利用,機泵聯(lián)軸器修復,板式換熱器密封墊國產(chǎn)化[12],進口分析儀采用耐高溫、耐酸、耐堿通用氟橡膠O型圈[13]延長使用壽命等方式,降低生產(chǎn)成本,達到節(jié)約的目的。

2.3 創(chuàng)新脫硫裝置技術(shù)驅(qū)動

2.3.1 建成天然氣脫硫裝置余壓發(fā)電

脫硫裝置產(chǎn)品天然氣壓力與外輸管網(wǎng)壓力之間存在差壓,致使該部分余壓未得到有效利用[14-16]。余壓發(fā)電技術(shù)是利用膨脹機將天然氣產(chǎn)品氣與外輸管網(wǎng)間的差壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。余壓發(fā)電技術(shù)在某天然氣凈化廠進行試點,提出生產(chǎn)裝置與發(fā)電裝置的無擾動切換思路,并依據(jù)此思路設(shè)計聯(lián)鎖邏輯,確保發(fā)電裝置與生產(chǎn)裝置分別出現(xiàn)故障時,互不影響,安全運行,達到回收余壓能量的目的，通過技術(shù)改造后,發(fā)電量約140×104kW·h/a,可節(jié)約成本87萬元/a。

2.3.2 推行電站無人值守模式

變電站穩(wěn)定運行是為了保障天然氣凈化廠供電網(wǎng)絡(luò)的安全平穩(wěn)運行,在某天然氣凈化廠開展電站智能機器人巡檢試點建設(shè),率先推行電站無人值守模式[17]。同時通過加強計算機技術(shù)、圖像數(shù)字化技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用,實現(xiàn)電站的綜合監(jiān)控、集中管理,利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對前端的圖像、環(huán)境、設(shè)備運行狀態(tài)、門禁、周界防范等進行有效的監(jiān)控和管理,大幅度提高了對電站設(shè)備監(jiān)控的實時性、有效性,減少了員工總量，降低了管理成本。

2.3.3 智能凈化廠建設(shè)

開展天然原料氣脫硫裝置信息化基礎(chǔ)設(shè)施升級改造工程,提升網(wǎng)絡(luò)傳輸能力、優(yōu)化設(shè)備性能、豐富傳輸模式;加快物聯(lián)網(wǎng)項目推廣應(yīng)用,提升數(shù)據(jù)入庫率和入庫質(zhì)量,實現(xiàn)裝置全面感知能力,為智能凈化廠建設(shè)提供基礎(chǔ)支撐。以“投資+成本+科研”的方式[18-20],從工藝技術(shù)、設(shè)備管理、安全環(huán)保、生產(chǎn)運行等核心業(yè)務(wù)著手,重點提升生產(chǎn)現(xiàn)場管控能力的項目建設(shè)，如自動化作業(yè)、先進控制系統(tǒng)、數(shù)字化管理平臺、智能分析預測預警等,盡快建成具備“全面感知、自動操控、智能預測、輔助決策”功能的智能凈化廠[1]。

3 降本增效效果

某天然氣凈化廠通過優(yōu)化脫硫裝置工藝流程及操作參數(shù),減少脫硫裝置水、電、氣以及化工原料消耗,摸索脫硫裝置低負荷運行邊界條件,實施脫硫裝置降壓操作運行,總結(jié)長周期運行經(jīng)驗,實現(xiàn)天然氣脫硫裝置長周期安全平穩(wěn)運行,2020年天然氣處理量達143.03×108m3,生產(chǎn)硫黃17.36×104t。通過天然氣余壓發(fā)電技術(shù)改造、過程氣在線分析儀等的修舊利舊、積極爭取享受國家電價優(yōu)惠和直購電政策、落實新冠肺炎疫情期間國家支持企業(yè)發(fā)展的費用減免政策、電站無人值守等推行智能凈化廠建設(shè)等一系列措施，2020年某天然氣凈化廠降本增效節(jié)約費用達3 523萬元,見表1。

表1 2020年某天然氣凈化廠降本增效效果表

4 結(jié)論

某天然氣凈化廠的降本增效工作是一項長期性、關(guān)鍵性和基礎(chǔ)性工程。要積極踐行“綠水青山就是金山銀山”理念,堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展,堅決守住安全環(huán)保底線,良好的安全環(huán)保形勢是降本增效的前提,脫硫裝置平穩(wěn)高效運行是降本增效的基本。要突出問題導向,瞄準關(guān)鍵環(huán)節(jié),堅持向內(nèi)部挖潛要效益,樹牢“一切成本皆可降”的理念,要在生產(chǎn)運行管理、技術(shù)改造、成果創(chuàng)新、智能凈化廠建設(shè)等方面下功夫,切實降低生產(chǎn)運行成本。要加快創(chuàng)新轉(zhuǎn)化,向科技創(chuàng)新要效益,加快技術(shù)成果化、有形化步伐,加快推動智能凈化廠建設(shè),牢固建立天然氣凈化廠未來發(fā)展的長期提質(zhì)增效點。