天然氣凈化裝置氣氣換熱器運行效果評價

魯校 鮑云翔 閆梅 劉振寧 趙建軍（長慶油田分公司第一采氣廠）

1 概述

在凈化裝置長期運行過程中，隨著原料天然氣H2S 濃度含量升高，從脫硫塔出來的濕凈化氣溫度逐漸升高，造成濕凈化氣含水量較大，引起脫硫單元補液頻繁、脫水單元負荷較高等問題[1-3]。根據(jù)某凈化廠的凈化裝置運行情況進行分析后，可以得到凈化裝置設(shè)計與實際運行參數(shù)對比見表1。

表1 凈化裝置設(shè)計與實際運行參數(shù)對比

為降低濕凈化氣溫度從而解決脫硫單元退液、補液頻次高、脫水單元負荷高的運行狀況，特增加濕凈化氣與原料氣的換熱設(shè)備—氣氣換熱器，并且同步增加了濕凈化氣分離器排液流程[4-6]。

2 氣氣換熱器改造流程簡述

2.1 氣氣換熱器

進行氣氣換熱器安裝后，經(jīng)過脫硫塔處理過的濕凈化氣在進入脫水塔之前進入氣氣換熱器，使?jié)駜艋瘹庀扰c進脫硫塔的原料氣進行換熱，濕氣溫度降低后，經(jīng)濕凈化器分離器將濕氣的溶液最大程度的分離出來，再進入脫水塔，并在濕凈化氣進換熱器前設(shè)置三通調(diào)節(jié)閥，以靈活調(diào)節(jié)進入換熱器氣量[7-8]。

2.2 濕凈化氣分離器排液管線安裝

為減少MDEA 溶液退液操作頻次，增設(shè)濕凈化氣分離器排液至脫硫單元閃蒸塔流程，進行遠程操作控制，讓分離出的溶液重新進入脫硫系統(tǒng)，減少脫硫系統(tǒng)補液頻次。

通過氣氣換熱器與濕凈化氣分離器排液管線的安裝，對凈化裝置區(qū)原料氣與濕凈化氣溫度進行調(diào)節(jié)，降低濕凈化氣溫度，從而減少濕凈化氣攜液量，降低脫水系統(tǒng)負荷。并且及時回收濕凈化氣分離器中分離的MDEA 溶液，達到節(jié)能降耗的目的。

表2 2017 年、2018 年同期運行中各裝置平均溫度變化情況

3 氣氣換熱器安裝前后效果分析

3.1 脫水裝置負荷對比

3.1.1 原料氣與濕凈化氣溫度

安裝氣氣換熱器的目的在于降低濕凈化氣溫度，以降低脫水負荷。因此最直觀的參數(shù)為濕凈化氣與原料氣溫度，統(tǒng)計2018 年10 月與2017 年同期數(shù)據(jù)，具體情況見表2。

氣氣換熱器安裝后，在原料氣進裝置溫度一致的情況下，換熱后的原料氣進脫硫塔溫度明顯上升，濕凈化氣溫度有了明顯下降。

3.1.2 脫水再生釜燃料氣量

氣氣換熱器安裝完成后凈化裝置區(qū)于2018 年9月25 日投產(chǎn)，數(shù)據(jù)截取9 月26 日—10 月23 日運行參數(shù)進行分析，氣氣換熱器安裝前截取6月1日—27 日運行參數(shù)進行分析。對氣氣換熱器安裝前后數(shù)據(jù)進行對比：原料氣壓力5.05～5.25 MPa；裝置處理氣量在300×104～350×104m3/d；原料氣H2S 含量850～1 000 mg/m3；原料氣CO2含量3.4%～4.3%。

通過取樣化驗分析，氣氣換熱器安裝后TEG 富液濃度為97.2%～97.7%，較安裝前提高0.5%。脫水再生釜溫度為198～200 ℃，故脫水系統(tǒng)可通過再生釜燃氣量來判斷脫水運行負荷。

通過改造前后濕凈化氣溫度與脫水再生釜燃氣量關(guān)系（圖1）可以看出，氣氣換熱器安裝后，濕凈化氣溫度和再生釜燃氣流量明顯降低，現(xiàn)場巡檢人員也未發(fā)現(xiàn)再生釜發(fā)生爐吼現(xiàn)象，脫水系統(tǒng)運行負荷明顯減小，汽提氣投用次數(shù)也隨之降低。根據(jù)對氣氣換熱器安裝前后運行參數(shù)的分析與對比進行計算，氣氣換熱器安裝前脫水再生釜日燃料氣消耗量平均為1 741.92 m3/d，氣氣換熱器安裝后脫水再生釜日燃料氣消耗量平均為840.72 m3/d，根據(jù)計算可知，氣氣換熱器安裝后每年可節(jié)約燃料氣量：32.9×104m3，充分實現(xiàn)了節(jié)約了燃料氣用量。

3.2 脫水汽提氣量

汽提氣的主要作用是降低重沸器內(nèi)水蒸氣的分壓，提高再生質(zhì)量。根據(jù)統(tǒng)計氣氣換熱器投運前與投運后的凈化產(chǎn)品氣氣質(zhì)同期進行進行對比，可知使用脫水汽提氣量2017 年10 月的1.851 3×104m3降低至2018 年10 月的0.015 9×104m3。使用量下降明顯。分析原因可知：由于脫水負荷的降低，因此對脫水溶液的再生濃度要求也隨之降低。原先用來提純?nèi)芤旱钠釟饬恳搽S之減少，按照現(xiàn)有的原料氣量和汽提氣量即可滿足凈化裝置水露點達標(biāo)。

3.3 產(chǎn)品氣氣質(zhì)對比

統(tǒng)計氣氣換熱器投運前與投運后的凈化產(chǎn)品氣氣質(zhì)進行對比，可得氣氣換熱器安裝前后產(chǎn)品氣氣質(zhì)對比，見圖2。

根據(jù)上圖可以看出，在氣氣換熱器安裝后，產(chǎn)品氣H2S、CO2較安裝前均在4～16 mg/m3內(nèi)波動，含量無明顯變化，水露點明顯降低，由原來-3～0 ℃降至-9～-4 ℃，凈化裝置脫水系統(tǒng)運行效果提升明顯。

3.4 脫硫系統(tǒng)運行情況對比

氣氣換熱器投運前脫硫塔差壓最高可達到12.48 kPa，安裝氣氣換熱器后，適當(dāng)提高原料氣進塔溫度后，脫硫塔差壓最高僅有8.62 kPa。同時，氣氣換熱器投運之后脫硫裝置阻泡劑加注量也明顯減少。氣氣換熱器安裝前后阻泡劑加注情況見表3。

圖1 改造前后濕凈化氣溫度與脫水再生釜燃氣量關(guān)系圖

圖2 氣氣換熱器安裝前后產(chǎn)品氣氣質(zhì)對比圖

表3 2018 年氣氣換熱器安裝前后阻泡劑加注情況對比

根據(jù)對上述數(shù)據(jù)與圖表的分析可以看出，氣氣換熱器安裝前，脫硫塔差壓維持在8～12 kPa 阻泡劑加注較為頻繁，共15 次；而在氣氣換熱器安裝以后，差壓降至4～8 kPa，脫硫系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，阻泡劑加注量與頻次也大幅度降低，較之前相比阻泡劑消耗量減少86.67%，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

3.5 濕凈化器分離器退液與脫硫溶液補液次數(shù)對比

由于濕凈化氣經(jīng)原料氣換熱后溫度降低，促使更多濕氣中的溶液分離出來，更多的溶液被回收進系統(tǒng)，濕凈化氣進脫水塔含水量高的情況也得到很大的改善，濕化器分離器退液流程見圖3。

結(jié)合現(xiàn)場運行情況，通過統(tǒng)計得出2018 年氣氣換熱器安裝前后MDEA 溶液補液量見表4。

由表4 可以看出，與氣氣換熱器安裝前對比，安裝后MDEA 溶液補液頻次和補液量大幅度降低，MDEA 溶液損耗明顯減少。

圖3 濕凈化器分離器退液流程

表4 2018 年氣氣換熱器安裝前后MDEA 溶液補液量對比

通過對氣氣換熱器安裝前后MDEA 溶液損失量的分析與計算，氣氣換熱器安裝前MDEA 溶液日損失量為0.35 m3/d，氣氣換熱器安裝后MDEA 溶液日損失量為0.096 m3/d，氣氣換熱器安裝后每年可減少溶液損失92.55 m3。

通過計算可以看出氣氣換熱器安裝后溶液損失量僅為安裝前的27.55%，大大降低了生產(chǎn)成本，充分達到了了節(jié)能降耗的目的。

4 后期改造及建議

某凈化廠氣氣換熱器安裝后運行周期較短，在運行過程中仍有諸多問題尚未暴露出來，在此對一些可能出現(xiàn)的問題進行分析。

1）產(chǎn)品氣H2S、CO2濃度異常升高，在原料氣酸氣濃度沒有大幅度增高的情況下，有可能是氣氣換熱器內(nèi)管束竄漏，可以通過全關(guān)三通閥截斷氣氣換熱器流程，化驗產(chǎn)品氣氣質(zhì)，判斷是否存在管束竄漏現(xiàn)象[9]。

2）在裝置運行過程中，根據(jù)原料氣H2S、CO2濃度調(diào)整氣氣換熱器三通閥開度，防止因為原料氣溫度過高，影響產(chǎn)品氣氣質(zhì)[10]。

3）冬季運行時，濕凈化氣經(jīng)過與原料氣換熱后濕氣帶液易增加，容易引起低點管線積液凍堵，后期根據(jù)運行情況需增加伴熱。此問題在氣氣換熱器的后期調(diào)試改造中進行解決。

5 總結(jié)

1）安裝氣氣換熱器后有效降低了脫水系統(tǒng)負荷，減少了脫水再生釜的燃氣消耗量，提高了外輸氣水露點的合格率。

2）氣氣換熱器投運后有效減少了阻泡劑的使用量，凈化裝置生產(chǎn)更為平穩(wěn)。

3）氣氣換熱器換熱后濕凈化氣分離器的溶液回收率大幅度增加，有效減少了脫硫溶液損耗。

4） 氣氣換熱器運行過程中仍存在管線易積液、排液管線孔板易堵塞的問題，后期需持續(xù)關(guān)注并解決。

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