天然氣加工工藝存在問題解析

程萬倉

摘 要：天然氣作為一種可再生的清潔能源，它的使用范圍比石油更加廣泛。天然氣相比石油和煤炭來說使用過程中減少了有害氣體的排放，這正符合當(dāng)前保護(hù)環(huán)境的時代趨向。但是天然氣處理裝置在運(yùn)行過程中也存在著一定的問題，比如天然氣處理的各種產(chǎn)品質(zhì)量問題直接影響著產(chǎn)品的產(chǎn)量。因此，提升產(chǎn)品質(zhì)量成為眾多天然氣處理裝置目前急需解決的課題。

關(guān)鍵詞：天然氣;加工工藝;問題解析;產(chǎn)品精制;

1 天然氣加工處理存在的問題

某天然氣處理裝置在正常運(yùn)行時可生產(chǎn)出高質(zhì)量的輕烴產(chǎn)品，其中C3、C4和C5+產(chǎn)品純度99%以上，達(dá)到高純級。但在每次的裝置開機(jī)投產(chǎn)期間會產(chǎn)生約30噸的輕烴不達(dá)標(biāo)中間產(chǎn)品，這批中間產(chǎn)品只能外輸并儲存在成品罐區(qū)備用罐中，最后通過降級降價(jià)銷售的辦法進(jìn)行解決。隨著油氣開發(fā)步入中后期，加之油氣開發(fā)低成本戰(zhàn)略影響，油氣產(chǎn)量逐年下降，天然氣日均接收量隨之下滑，輕烴生產(chǎn)的噸成本逐年增加，裝置區(qū)產(chǎn)生的不達(dá)標(biāo)中間產(chǎn)品越多成品罐區(qū)儲存中間不合格品的壓力就越大，同時銷售難度越大，帶來的經(jīng)濟(jì)損失就越大。因此，為了解決產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)中間產(chǎn)品不出裝置，實(shí)現(xiàn)輕烴中間產(chǎn)品100%合格后外輸，開展了輕烴中間產(chǎn)品回?zé)捈夹g(shù)在氣體處理裝置的研究與應(yīng)用。

2 主要研究內(nèi)容

針對天然氣處置裝置的中間產(chǎn)品回?zé)捈夹g(shù)從以下三個方面開展了技術(shù)攻關(guān)：

（1）回?zé)捔髁康拇_定

從工藝流程及實(shí)際操作得知，C2塔底物料的流量大約為16m3，溫度約為102℃，塔底物料的比熱為c1。假設(shè)回?zé)挼牧髁繛镼2，溫度為t2，約為30℃，回?zé)捨锪系谋葻釣閏2，混合后的溫度用t表示。兩者物料進(jìn)行混合，由于均為液相，因此不用考慮相變的影響。根據(jù)物料平衡原理，c1.m1.（t-t1）=c2.m2.（t-t2）。由于塔底物料為C3、C4及戊烷油的混合液體，比熱不好確定，采用此計(jì)算方式不可取。便于簡化計(jì)算內(nèi)容，在這里對精餾塔的回?zé)挷捎昧薍YSYS模擬計(jì)算。

C3外輸儲罐設(shè)計(jì)容量39m3，最多盛裝16.38噸的C3。以回?zé)捵畲笕萘坎缓细馛3為例，為設(shè)計(jì)容量的70%，即每次最大回?zé)捜萘繛?1.466噸，假設(shè)回?zé)挄r間為t，則回?zé)捔髁繛?1.466/t，根據(jù)C3塔的參數(shù)通過HYSYS軟件模擬得出不同回?zé)挄r間下的流量，以及混合后的溫度差。

根據(jù)HYSYS模擬計(jì)算的結(jié)果整理出不同回?zé)捔髁肯碌臏囟汝P(guān)系，可以得出當(dāng)回?zé)挼臅r間越長，流量就越小，混合后的溫度差就越小，對精餾塔的操作影響就越小。考慮到混合后的物料參數(shù)（尤其是溫度）對精餾塔的參數(shù)不能造太大的波動，根據(jù)實(shí)際操作的要求，混合后的進(jìn)料溫度與原進(jìn)料溫度在5℃范圍內(nèi)有利于精餾塔的操作。因此取流量為0.60t/h作為最大回?zé)捔髁?。根?jù)體積流量與質(zhì)量流量的換算關(guān)系：

ws=vsρ? ? ρ取462.441kg/m3

帶入數(shù)值vs=0.6*1000/462.441=1.29m3/h。

（2）管線材質(zhì)、規(guī)格的確定;

根據(jù)《工藝管道管徑計(jì)算導(dǎo)則》的要求，不同流體按其性質(zhì)、狀態(tài)和操作要求的不同，應(yīng)選用不同的流速。粘度較高的液體，摩擦阻力較大，應(yīng)選較低流速。允許摩擦壓力降較小的管道，例如常壓自流管道和輸送泡點(diǎn)狀態(tài)液體的泵入口管道，應(yīng)選用較低的流速。為了防止因介質(zhì)流速過高而引起管道沖蝕、磨損、振動和噪聲等現(xiàn)象，液體流速一般不宜超過4 m/s。氣體流速一般不超過其臨界速度的85%，真空下最大不超過100m/s;液體碳鋼管一般推薦1.5-4m/s。泵進(jìn)口0.5-1.5m/s，常壓，出口為1.5-2m/s，塔進(jìn)料及底部出口流速建議1.0-1.5m/s。塔頂P>0.35 MPa時氣相流速為12～15 m/s，常壓時流速為18～30 m/s，負(fù)壓P<0.07時為38～60m/s。

通過計(jì)算后的數(shù)據(jù)得知只要回?zé)挼墓軓讲淮笥?1mm即可以滿足實(shí)際工藝需求。根據(jù)實(shí)際需求，選用DN25的管徑，材質(zhì)為碳鋼。

（3）回?zé)捊尤朦c(diǎn)的確定

通過對現(xiàn)場的考察及討論，最初回?zé)捁芫€取自外輸泵后，接入點(diǎn)考慮兩處，一是C2塔底液位調(diào)節(jié)閥旁通閥，二是C3塔入口。根據(jù)比較，最終確定C2塔底液位調(diào)節(jié)閥旁通閥作為C3回?zé)捁芫€的接入點(diǎn)。

3 研究內(nèi)容實(shí)施

該項(xiàng)目包括兩個子項(xiàng)目：C3、C4產(chǎn)品外輸管線改造;C3、C4和C5+中間產(chǎn)品回?zé)挕?/p>

（1）C3、C4產(chǎn)品外輸管線改造：新加一條C3、C4產(chǎn)品外輸管線，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度低時無需啟動外輸泵輸送產(chǎn)品的目的。

由于裝置的C3、C4產(chǎn)品從塔頂采出冷凝后進(jìn)入回流罐，經(jīng)回流泵加壓，一部分作為回流送回塔內(nèi)，一部分經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入產(chǎn)品儲罐，產(chǎn)品儲罐的產(chǎn)品經(jīng)產(chǎn)品外輸泵加壓輸送至成品罐區(qū)。裝置生產(chǎn)期間外輸泵需24小時運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗大量的電能。除了夏季環(huán)境溫度高的情況，其余時間丙C4回流泵出口壓力均大于成品罐區(qū)的壓力（C5+產(chǎn)品罐為常壓罐，壓力均低于成品罐區(qū)壓力），因此可實(shí)現(xiàn)改造目的。

（2）C3、C4和C5+中間產(chǎn)品回?zé)挘簩?shí)現(xiàn)中間產(chǎn)品不進(jìn)儲罐直接外輸后，將C3、C4和C5+現(xiàn)有的產(chǎn)品儲罐作為中間產(chǎn)品儲罐，儲存裝置開機(jī)期間生產(chǎn)的中間產(chǎn)品，在中間產(chǎn)品純度不達(dá)標(biāo)時將其導(dǎo)入裝置區(qū)產(chǎn)品外輸儲罐。待各精餾塔操作穩(wěn)定后，啟動外輸泵將產(chǎn)品回輸至上一個塔的塔底出料管線上，將不達(dá)標(biāo)中間產(chǎn)品回輸至本塔重新提純，達(dá)到中間產(chǎn)品純度合格率100%后外輸?shù)哪康摹?/p>

（3） 改造主要工作量

該項(xiàng)目實(shí)施的主要工作量包括以下內(nèi)容：

工藝準(zhǔn)備：裝置停運(yùn)，進(jìn)行排液、泄壓、置換，切斷相關(guān)流程，裝置進(jìn)出口及相關(guān)部位加裝盲板;工藝管線安裝：C3、C4、C5+回?zé)捁芫€安裝;C3、C4外輸管線的安裝;相應(yīng)工藝管道的防腐工作;工藝閥門安裝：C3、C4、C5+回?zé)掗y門安裝;C3、C4外輸閥門的安裝;相應(yīng)閥門的防腐工作;回?zé)挷僮鞣桨妇帉懀壕帉慍3、C4、C5+中間產(chǎn)品回?zé)挷僮鞣桨?，并對回?zé)掃^程中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識;組織崗位及技術(shù)人員培訓(xùn)：培訓(xùn)C3、C4、C5+中間產(chǎn)品回?zé)挷僮鞣桨?，現(xiàn)場進(jìn)行流程講解;裝置開機(jī)回?zé)挷僮鬟M(jìn)行時，技術(shù)人員帶領(lǐng)班組人員現(xiàn)場指導(dǎo)操作。

4 效果驗(yàn)證

中間產(chǎn)品回?zé)掜?xiàng)目應(yīng)用后，為了能更好地體現(xiàn)改造效果，裝置開機(jī)正常后4小時，對儲罐液位進(jìn)行了記錄、以及回?zé)捛昂髢迌?nèi)中間產(chǎn)品組分進(jìn)行了取樣化驗(yàn)，產(chǎn)品合格率達(dá)到了百分百。通過此次對輕烴深加工處理工藝流程進(jìn)行了分析梳理，優(yōu)化過程控制點(diǎn)和關(guān)鍵工序，質(zhì)量預(yù)防節(jié)點(diǎn)前移，中間產(chǎn)品100%合格率保證了外輸產(chǎn)成品的100%合格。去除儲罐產(chǎn)成品調(diào)和、降級處理過程，相對降低能源消耗。同時提高了對產(chǎn)品異常的分析、排查效率。確定了輕烴處理加工過程中工藝流程和工藝控制的結(jié)合點(diǎn)，新增兩個工藝操作控制點(diǎn)，四個中間產(chǎn)品檢驗(yàn)點(diǎn)，完善了整體工藝流程。

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