天然氣凈化裝置定排擴(kuò)容器乏汽回收技術(shù)改造

胡海光 馬永波

1. 重慶商務(wù)職業(yè)學(xué)院財經(jīng)管理學(xué)院,重慶 401331;2. 中國石化達(dá)州天然氣凈化有限公司,四川 達(dá)州 635000

0 前言

隨著中國高含硫氣田的大規(guī)模開發(fā),節(jié)能減排工作日漸受到重點關(guān)注[1]。在“十四五”規(guī)劃中,國家多次明確指出節(jié)能環(huán)保工作的重要性,圍繞嚴(yán)峻的安全環(huán)保形勢相繼出臺了相關(guān)政策,通過多項舉措,有效推進(jìn)節(jié)能減排工作落地,實現(xiàn)節(jié)能降碳減排協(xié)同發(fā)展,為實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)奠定基礎(chǔ)[2-4]。

國內(nèi)其它行業(yè)關(guān)于定排擴(kuò)容器乏汽回收開展了較多研究工作[5-6],提出對定排擴(kuò)容器等設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造,并應(yīng)用到實踐中,取得了一定效果[7]。李倩[8]在芳烴裝置增加乏汽回收裝置,將4套透平壓縮機(jī)組以及透平機(jī)蒸汽噴射泵的乏汽100%回收;吳就等人[9]在已有成果基礎(chǔ)上提出新的乏汽回收技術(shù),通過實例論證,節(jié)能效果顯著;李東明等人[10]采用1臺JRW型噴射式混合加熱器,對定排擴(kuò)容器乏汽進(jìn)行回收；李賀新[11]在鍋爐定排擴(kuò)容器上安裝乏汽回收裝置,不僅回收了全部乏汽熱量,而且回收了大量的優(yōu)質(zhì)凝結(jié)水,經(jīng)濟(jì)性很好；石新華等人[12]對排氧口產(chǎn)生的乏汽和凝結(jié)水在回收過程中產(chǎn)生的部分二次乏汽進(jìn)行了研究,并利用乏汽回收裝置對其進(jìn)行了再次回收利用。

綜上所述,乏汽回收在電力、化工等生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,是企業(yè)生產(chǎn)關(guān)注的熱點問題,經(jīng)過一系列的應(yīng)用改造,均達(dá)到了節(jié)能降耗的目的,也從側(cè)面反映出開展乏汽回收工作的必要性和重要性[13-15]。

某天然氣凈化廠是中國規(guī)模較大、產(chǎn)量較高的高含硫天然氣凈化廠[16],建廠至今一直高度重視節(jié)能環(huán)保工作,結(jié)合凈化裝置定排擴(kuò)容器乏汽外排等實際問題,通過技術(shù)改造和設(shè)備升級管理等措施,有效解決了生產(chǎn)中的“白霧”問題,為凈化裝置安全高效平穩(wěn)運行提供保障。

1 凈化工藝流程及定排擴(kuò)容器的作用

1.1 凈化工藝流程

某天然氣凈化廠共有6套凈化裝置,每套凈化裝置包含脫硫單元、脫水單元、硫磺回收單元、尾氣處理單元及酸水汽提單元[17-19]。原料氣經(jīng)過一系列開采工序由地下轉(zhuǎn)至集氣站,通過管道輸送至天然氣凈化廠進(jìn)行凈化處理,主要經(jīng)過脫硫、脫水后經(jīng)管道外輸。具體凈化過程如下:原料氣進(jìn)入輸氣管道,首先進(jìn)入脫硫單元原料氣過濾器,過濾原料氣中的雜質(zhì),然后依次進(jìn)入一級主吸收塔、水解反應(yīng)器與二級主吸收塔,在一級和二級主吸收塔內(nèi)與甲基二乙醇胺溶液(MDEA)接觸反應(yīng),選擇性吸收原料氣中的硫化氫和二氧化碳后,進(jìn)入脫水單元使用三甘醇(TEG)進(jìn)行脫水處理,達(dá)到外輸產(chǎn)品氣要求,輸送出去。吸收硫化氫的胺液經(jīng)再生塔,將所吸收的硫化氫解吸出來,輸送進(jìn)入硫磺回收單元,經(jīng)過克勞斯?fàn)t與兩級克勞斯反應(yīng),將硫化氫變?yōu)橐簯B(tài)硫,通過管道輸送進(jìn)入液硫罐區(qū)及硫磺成型裝置,最終成為合格的液態(tài)硫和固態(tài)硫磺。

1.2 定排擴(kuò)容器的作用

每套凈化裝置的中壓和低壓余熱鍋爐設(shè)計有定、連排管線,目的是排除鍋爐內(nèi)高濃度鹽類及固體、絮狀雜質(zhì),以保證其安全、高效運行[20]。凈化裝置運行期間,中壓鍋爐汽包和低壓鍋爐汽包產(chǎn)生的污水排至定排擴(kuò)容器,經(jīng)過汽化及汽水分離器等工藝處理,乏汽直接當(dāng)空排放,污水進(jìn)入污水處理池進(jìn)行下一步處理。

2 定排擴(kuò)容器運行存在問題

定排擴(kuò)容器通常為常壓罐,中壓和低壓余熱鍋爐排放的爐水由于溫度高,經(jīng)過定排擴(kuò)容器擴(kuò)容減壓后會釋放大量乏汽和部分不凝氣,正常生產(chǎn)從放空管線排出大量乏汽。目前,各套凈化裝置均出現(xiàn)乏汽外排的現(xiàn)象,會產(chǎn)生能耗浪費、設(shè)備腐蝕、影響標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等問題。

2.1 能耗浪費

生產(chǎn)期間,凈化裝置定排擴(kuò)容器乏汽長期外排,在生產(chǎn)現(xiàn)場形成“白霧”,造成大量低壓乏汽損失,一定程度上造成能源浪費。

2.2 設(shè)備腐蝕

乏汽長期外排,隨著溫度降低,由氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài),散落在周邊的設(shè)備、管線上,導(dǎo)致附近裝置區(qū)域大氣濕度增加,對設(shè)備、管線的大氣腐蝕增強(qiáng)。

2.3 影響標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)

乏汽的無序外排,給凈化裝置的清潔生產(chǎn)帶來不利,影響凈化裝置的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

3 技術(shù)改造及效果分析

3.1 制定技術(shù)改造方案

在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[5-15],結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際,通過開展技術(shù)攻關(guān)與研究,實施工藝流程改造,將定排擴(kuò)容器產(chǎn)生的乏汽加以回收和利用,在定排擴(kuò)容器頂部增設(shè)噴淋式冷卻器,在保證水流壓力與噴淋距離滿足要求的條件下,使上升的熱氣流在噴淋器噴灑金屬鮑爾環(huán)時被快速降溫液化,實現(xiàn)蒸汽回收。

3.2 設(shè)備選擇

3.2.1 冷卻器選擇

由于空間受限,冷卻器建議選擇體積小、高度適中的設(shè)備。通過技術(shù)文獻(xiàn)的查詢、論證,優(yōu)選噴淋式冷卻器作為蒸汽冷卻設(shè)備,且設(shè)備頂部裝有容器法蘭,以便更換內(nèi)部填料。

3.2.2 冷卻介質(zhì)選擇

考慮就近利用冷卻介質(zhì),以減少土建工程施工量,且考慮蒸汽冷凝回收后的水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況,確?；厥绽淠耗軌虮谎h(huán)利用,優(yōu)選循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)。

冷卻器內(nèi)部從上到下依次為絲網(wǎng)除沫器、噴淋式冷卻器、填充金屬鮑爾環(huán)。噴淋器選用篩孔盤式噴淋方式,以便在日后維護(hù)中便于修理更換。噴淋式冷卻器工藝流程見圖1。

圖1 噴淋式冷卻器工藝流程圖Fig.1 Flowchart of spray-type cooler process

3.2.3 設(shè)備材質(zhì)選擇

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研分析,結(jié)合設(shè)備運行情況,對定排擴(kuò)容器改造的設(shè)備等規(guī)格進(jìn)行優(yōu)選,主要包括噴淋式冷卻器、直管、閘閥和彎頭,具體規(guī)格和數(shù)量要求見表1。

表1 定排擴(kuò)容器乏汽回收設(shè)備規(guī)格表Tab. 1 Specification list of exhaust steam recovery equipment for periodic blowdown flash tank

3.3 技術(shù)改造流程

經(jīng)過設(shè)備選擇,技術(shù)人員及施工人員現(xiàn)場選擇最佳工藝改造路徑，確認(rèn)冷卻器關(guān)鍵設(shè)備的位置，結(jié)合改造方案,優(yōu)選改造位置,改造后現(xiàn)場部分工藝流程見圖2。

a)乏汽冷凝進(jìn)入循環(huán)水場a)Process of exhaust steam condensate into the circulation water yards

4 效果及效益分析

4.1 應(yīng)用效果

在6套中的一聯(lián)合二系列凈化裝置應(yīng)用定排擴(kuò)容器乏汽回收技術(shù)改造流程,通過精確控制循環(huán)水的流量可以實現(xiàn)乏汽的完全回收,實現(xiàn)零排放,運行效果良好,見圖3～4。

圖3 改造前照片F(xiàn)ig.3 Before technical innovation

圖4 改造后照片F(xiàn)ig.4 After technical innovation

改造后的工藝流程簡單,容易控制,乏汽回收率達(dá)98%以上;故障率低,改造完成至今,沒有出現(xiàn)跑冒滴漏等故障;減少了噪音干擾,保護(hù)員工的身心健康。

4.2 節(jié)能效果

對比降溫池泵出口的流量可知,改造前降溫池產(chǎn)生的水量約為120 t/d,改造后產(chǎn)生的水量約為280 t/d,其中冷卻所用循環(huán)水量約為50 t/d。

4.3 效益分析

4.3.1 經(jīng)濟(jì)效益

技術(shù)改造項目回收的冷凝水并入凈化廠循環(huán)水管網(wǎng),據(jù)統(tǒng)計,單系列1 a節(jié)約循環(huán)水補(bǔ)水量約(160-50) ×365=40 150 t;生產(chǎn)給水按2元/t計算,按單系列技術(shù)改造所需材料費2.3萬元,人工費用合計約1.5萬元,總計投資約3.8萬元，單系列節(jié)約費用4.23萬元。

4.3.2 社會效益

實現(xiàn)定排擴(kuò)容器乏汽的回收利用,可減少乏汽的無序排放,實現(xiàn)清潔生產(chǎn),獲得較好的節(jié)能效果。

5 乏汽回收措施及建議

5.1 乏汽回收措施

1)注重設(shè)備材質(zhì)。某天然氣凈化廠原料氣中硫化氫含量高、設(shè)備腐蝕問題比較嚴(yán)重,對于一些關(guān)鍵運行設(shè)備要及時進(jìn)行升級、更換,在質(zhì)量上要嚴(yán)格把關(guān),延長設(shè)備的運行壽命。

2)優(yōu)化調(diào)整工藝參數(shù)。在已有改造流程的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步加強(qiáng)工藝參數(shù)優(yōu)化控制,提高蒸汽質(zhì)量和品質(zhì),現(xiàn)場加強(qiáng)源頭控制,力爭乏汽回收率達(dá)到100%。

3)加強(qiáng)日常管理。乏汽外排是化工企業(yè)普遍存在的問題,在生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)日常巡檢力度,發(fā)現(xiàn)問題及時處置,確保外排乏汽得到回收。

5.2 技術(shù)推廣建議

定排擴(kuò)容器乏汽回收技術(shù)改造項目已在一聯(lián)合二系列凈化裝置成功應(yīng)用，建議其它5套凈化裝置全部實施定排擴(kuò)容器乏汽回收技術(shù)改造,回收定排擴(kuò)容器放空乏汽并進(jìn)行再次利用。定排擴(kuò)容器乏汽回收技術(shù)改造突破了原有設(shè)計理念,實現(xiàn)了對乏汽的有效回收,具有一定的先進(jìn)性和可推廣性。

6 結(jié)論

1)天然氣凈化裝置運行期間,受各種因素綜合影響,乏汽外排問題依然存在,要徹底解決需要一定的人力和物力,可以從設(shè)備材質(zhì)、工藝參數(shù)及日常管理方面進(jìn)行整改,實現(xiàn)對乏汽的有效回收。

2)針對普遍存在的定排擴(kuò)容器乏汽外排問題,可利用裝置檢修、維修等停工機(jī)會,優(yōu)選節(jié)能設(shè)備,通過技術(shù)改造和設(shè)備材質(zhì)升級等舉措,實現(xiàn)對外排乏汽的高效回收,為其它化工企業(yè)節(jié)能降耗提供借鑒和指導(dǎo)。

3)某天然氣凈化廠已經(jīng)安全運行13年,設(shè)備腐蝕、能耗消耗大等問題日益凸顯,在后續(xù)運行管理中,應(yīng)創(chuàng)新管理和操作方式,堅持安全運行與節(jié)能降耗同步進(jìn)行,在安全平穩(wěn)生產(chǎn)的前提下,以降低水、電、氣、風(fēng)等能源的消耗率為目標(biāo),實現(xiàn)能源利用最優(yōu)化、 經(jīng)濟(jì)效益最大化。