红压深冷装置优化运行分析

2017-03-20刘刚大庆油田天然气开发部黑龙江大庆163000

化工管理 2017年6期

关键词：深冷轻烃丙烷

刘刚(大庆油田天然气开发部，黑龙江大庆 163000)

红压深冷装置优化运行分析

刘刚(大庆油田天然气开发部，黑龙江大庆 163000)

根据红压深冷装置运行现状，分析存在问题，提出优化方案，实现机组整体制冷能力增加、能耗降低、轻烃收率增加的目标。通过对比优化前、后装置制冷量、能耗、收率等关键参数，确定最佳操作点，将优化结果应用到实际生产中，取得增产、降耗的效果。

制冷;优化;丙烷机;膨胀机;能耗;收率

1 红压深冷装置运行现状

红压深冷装置采用单级膨胀+丙烷辅助制冷工艺，日处理天然气为90万立方米。装置原料气经离心压缩机增压后，一路由冷箱换热，一路经丙烷机换热获取冷量，两路气体汇合后进入膨胀机入口或经J-T旁通阀直接进入塔顶，冷凝产生轻烃。在目前工况下，深冷装置来气二氧化碳含量高（3.5%），在操作压力下（膨胀机入口4.10MPa，塔压0.9MPa），膨胀机通气量达到27000m3/h时，膨胀机转速达到26500rpm，出口温度降至-92.5℃，膨胀机发生冻堵，为防止冻堵，多余气量走J-T旁通阀，直接进入塔顶，降低了制冷负温；为保证塔顶制冷温度，只能提高丙烷机负荷，使脱甲烷塔塔顶温度保持在-83～-85℃。

2 运行中存在问题分析[1]

2.1 膨胀机制冷负荷小

为防止机组冻堵，多余气量只能走J-T旁通阀，旁通阀开度保持在45%左右，约10000m3/h天然气未经过制冷直接进入塔顶，降低装置制冷负温，影响装置产烃（图1）。

2.2 膨胀机易冻堵

当气量波动时，膨胀机转速升高，易发生冻堵，冻堵发生后员工需立刻降低膨胀机负荷，升温化冻，同时喷注甲醇。

2.3 丙烷机负荷大

为保证塔顶制冷温度，丙烷机长期在高负荷状态下运行，平均电流在38A左右（高报40A），能耗偏高。

2.4 丙烷机电机线圈温度高

电流大导致电机线圈温度高，在临界报警温度下运行，尤其在夏季环境温度高时，温度可达82℃（停机值85℃），为保证装置安全平稳运行，需减少装置入口气量，不仅增加员工劳动强度，而且影响装置产烃和平稳运行。

图1 红压深冷装置工艺示意图

3 优化运行方案

3.1 优化原理

根据膨胀机做功原理，通过调节J-T旁通阀，来降低膨胀机入口压力，减小膨胀机的的膨胀比，降低膨胀机出口负温；然后增大膨胀机入口导向叶片开度，提高膨胀机通气量，最大限度利用气体自身内能获取冷量，直到膨胀机出口温度达到临界值，当膨胀机导向叶片全开或机组转速达到额定值后，仍不能满足制冷需要，通过增加丙烷机负荷来提供额外冷量。

3.2 优化步骤

（1）根据C02凝析曲线及装置塔顶压力核算膨胀机出口临界温度；

（2）丙烷机空载，调整膨胀机入口压力到设定值；

（3）慢慢增加膨胀机入口导流叶片开度，直到膨胀机出口温度达到临界值，当膨胀机导向叶片全开或机组转速达到额定值后，仍不能满足制冷需要，通过增加丙烷机负荷来提供额外冷量；

（4）在上述工况下运行48小时，记录相关参数；

（5）调整设定参数，开始新一组实验，一个压力梯度为0.05MPa。

表1 优化实验数据表

4 生产优化结果

在膨胀机入口压力较高时，膨胀机通气量小，做功不足，丙烷机负荷大，塔顶温度偏高；入口压力过低时，膨胀机通气量大，但制冷量小，需增加丙烷机负荷来保证塔顶温度；当入口压力控制在3.90~3.95之间时，膨胀机制冷量较大，丙烷机负荷小，装置轻烃收率较大，因此确定制冷单元操作点为膨胀机入口压力3.95 MPa，出口温度-92℃，与装置优化前工况（4.10 MPa，-92℃）进行比较。

图2 丙烷机电流及装置收率随试验压力变化趋势图

4.1 制冷量对比[2]

应用天然气临界参数经验公式、查阅气体通用焓熵图和天然气热力学性质可计算优化前后丙烷机、膨胀机及制冷机组整体的制冷量。

图3 气体通用焓熵图图

4.2 耗电量对比

由数据看出，优化后丙烷机负荷降低，丙烷机组耗电量大幅下降；同时由于膨胀机入口压力降低，压缩机出口背压减小，压缩比下降，压缩机耗电量也有所减小。其中丙烷机单耗由94.3kwh/104m3下降到78.7kwh/104m3，压缩机单耗由1060kwh/ 104m3下降到1010kwh/104m3，装置综合能耗由17.61千克标煤/吨产品下降到16.72千克标煤/吨产品。