溫公尺70萬方裝置工藝
優化設計與實施
溫公尺採油廠輕烴工區
2023年11月6日
目錄前言
一、 裝置工藝執行現狀
二、 裝置工藝存在問題及分析
三、 裝置工藝的優化設計
四、 優化方案的實施
五、 經濟效益
六、 結束語
前言溫公尺輕烴70萬方天然氣處理裝置自2023年9月擴容改造以來，執行相對較為平穩，基本達到擴容改造的目的。但裝置在有些方面仍存在一定的問題，對裝置c3收率、執行時率及操作有較大的影響。為此我們組織工區技術力量，對裝置工藝系統進行了大量的研究工作，並根據裝置的實際情況，制定了工藝優化設計方案。
通過本次工藝優化設計及改造的實施，裝置的c3收率、平穩執行時率和產量都有較大幅度提高，經濟效益極為顯著，為吐哈油田第二經濟支柱的發展作出了較大貢獻。
一、 裝置工藝執行現狀
2023年裝置擴容改造在工藝系統上作了較大的改動，包括增加透平膨脹機系統、重接觸塔工藝系統、導熱油加熱系統等。經過擴容改造後2年多時間的運**況來看，裝置不論新增系統還是原有系統在工藝上不同程度地存在一些問題，主要包括幹氣放空及計量問題、重接觸塔執行效果差問題、外輸遮蔽幫浦不能平穩執行問題、透平膨脹機的控制系統平穩執行問題等等，這些問題的存在，對裝置的「安全、平穩、優質、高效」執行造成一些不利的影響。同時，在一定程度上也增加了操作人員的勞動強度，因而，目前對裝置整體系統進行工藝優化設計就顯得極為緊迫和十分重要了。
二、 裝置工藝存在問題及分析
溫公尺輕烴裝置設計c3收率為80％，但在實際執行中c3收率僅60％左右，80％的設計值相距甚遠。同時，由於裝置從50萬方擴容到70萬方，雖然經過設計院進行設計，但不可否認擴容部分與原裝置在工藝銜接上存在一定的問題。在裝置上由於計算及選型問題，裝置運**況不能滿足工藝要求等等。
為了有效地解決這些問題，我們根據裝置的實際運**況，進行了大量的調查研究，找出了裝置在工藝上存在的問題，並對問題逐一進行分析，查出問題存在的原因，為制定裝置工藝優化方案作好充分的準備工作。
1. 存在問題
裝置在工藝方面存在的問題統計如下：
(1). 幹氣不能自動調節放空，致使系統壓力波動較大，影響系統的平穩操作執行；
(2). 原料氣、幹氣計量極不準確，不利於對裝置情況的掌握和考核，不利於裝置的日常管理；
(3). 檢修改造時，原料氣不能輸往丘東氣處理廠。若作幹氣外輸，將嚴重影響幹氣質量；
(4). 外輸遮蔽幫浦執行不平穩，容易發生氣蝕現象，特別是夏季情況更為嚴重；
(5). 重接觸塔工藝系統執行效果較差，不能充分發揮吸收塔的作用，嚴重影響裝置c3收率；
(6). 脫乙烷塔回流幫浦達不到工藝要求，執行極不平穩，致使脫乙烷塔頂的溫度偏高，對裝置的c3收率存在一定影響；
(7). 丙烷製冷系統經濟器不能投運，使製冷機耗能嚴重，有時容易超負荷執行；
(8). 電動原料氣壓縮機、高壓分離器不能自動排汙，既增加了操作人員的勞動強度，又對裝置裝置的安全、平穩執行造成一定的影響；
(9). 透平膨脹機控制易受外界電磁干擾，致使膨脹機經常出現誤報警停機，嚴重影響膨脹機的安全、平穩執行；
(10). 製冷機在冬季開機潤滑油加熱較為困難，有時不得不強制開機，對製冷機的安全、平穩執行造成一定影響。
2. 存在問題分析
(1). 幹氣不能自動放空，原因是雖然有自動放空調節閥，但一方面調節閥型號選擇不對，因為裝置幹氣外輸壓力為1.20 mpa，而放空匯管壓力只有不足0.
10 mpa，這樣一來，幹氣調節閥閥芯前後壓差達1.1 mpa以上，但現有調節閥設計壓差僅為0.8 mpa，在執行過程中，調節閥在壓差的影響下，不能自動調節。
另一方面工藝流程設計存在問題，由於有時要求幹氣放空量比較大，而原放空管線只有φ50， 流通能力嚴重不足，從而使系統憋壓，造成系統壓力波動過大。
(2). 原料氣和幹氣計量問題是裝置擴容改造遺留的問題，目前原料氣只能計量1#、2#、3#壓縮機，新增4#、5#壓縮機不能計量，故我們一直不知道裝置處理的能力。原因是新增4#、5#壓縮機原料氣入口安裝在原50萬方裝置原料氣流量計之前。
而幹氣計量的流量計仍使用原50萬方裝置幹氣流量計，由於擴容改造裝置處理量增大，其量程滿足不了工藝要求，從而使幹氣計量不准。另一方面幹氣放空點在流量計之前，放空部分的幹氣無法計量，致使無法準確知道裝置幹氣產量。
(3). 裝置檢修原料氣目前只能作乾氣外輸，不能壓至丘東採油廠處理，其原因是丘東採油廠氣處理的最低壓力為2.40 mpa，而溫公尺外輸幹氣管線設計壓力只有1.
20 mpa，雖然管線可以承受2.40 mpa的壓力，但裝置上一些閥門、儀表等壓力級別不夠。
(4). 外輸遮蔽幫浦氣蝕的主要原因是產品儲罐出口（幫浦入口）安裝有原50萬方的限流閥，因擴容改造產量增加，更換了更大排量的外輸幫浦，從而使
提高c3收率的研究
1. 方案研究
我們組織了技術人員，對如何利用擴容改造之機大幅度提高裝置c3收率的問題進行了專提討論，最後研究出了一套投資省、效益好的解決方案：
(1) 充分利用擴容後幹氣流量增大、幹氣外輸存在較大可利用壓力能的優勢，決定增設透平膨脹機組，把原丙烷製冷系統作為輔助冷源，進一步降低製冷溫度，使裝置的製冷溫度達到中冷。
(2) 借鑑丘陵lpg裝置的成功經驗，採用重接觸塔與透平膨脹機相結合的先進工藝技術，增設一具重接觸塔，最大限度地提高裝置的c3收率。
(3) 改造增設一台新冷箱，充分、合理利用膨脹機產生的冷量，盡可能降低裝置的製冷深度。
2. 目標及可行性分析
裝置擴容改造後c3收率的目標值為80％。可行性分析如下：
裝置採用丙烷+膨脹機製冷，原料氣經丙烷製冷系統預冷至-38℃，低溫幹氣在-38℃,2.60mpa的條件下經過透平膨脹機等熵膨脹至1.30mpa，溫度降低大部分c3+液化後，進重接觸塔氣液分離並再**幹氣中的部分c3+組分，從而達到提高c3收率的目的。
流程示意圖如圖一：
在工程上，我們可利用絕熱壓縮溫公升方程來計算幹氣膨脹後的溫度，即：
式中：t1、t2 ---- 氣體等熵膨脹前後的溫度，k ；
p1、p2 ---- 氣體等熵膨脹前後的壓力，mpa ；
k ---- 氣體的絕熱指數，k=1.4 ～ 1.35。
通過幹氣取樣化驗得到幹氣組成，查圖可知k值。在幹氣的流量約為1000 kmol/h的條件下，再通過電算即可得出低溫幹氣經過等熵膨脹後的出口溫度約為-63.1℃，由相平衡可計算出重接觸塔頂幹氣在1.
30mpa,-65℃時c3+的含量，從而可算出裝置c3收率可達82.3％。
(二) 方案實施
1. 根據設計流程，安裝四川空分裝置公司透平膨脹機組和重接觸塔，並對膨脹機組主體進行認真、仔細的解體檢查。
2. 認真除錯膨脹機組相關的儀表、電器及輔助裝置，為膨脹機組的投運作好準備工作。
3. 針對透平膨脹機+重接觸塔工藝在執行過程**現的問題，我們認真研究整改方案並實施，主要解決的問題有：
(1) 增加密封氣換熱器，解決膨脹機密封氣帶液問題，防止液烴稀釋膨脹機潤滑油，延長了膨脹機軸承使用壽命。改造流程示意簡圖如圖二：
(2) 改造膨脹機滑油幫浦機械密封，解決滑油幫浦機械密封洩漏問題，減少膨脹機潤滑油的損耗量，提高了裝置基礎工作水平。
(3) 改造膨脹機增壓機流量自動控制工藝系統，解決增壓機因流量控制不平穩而造成的喘振問題，提高了膨脹機平穩執行時率。
(4) 增加重接觸塔液位控制調節閥，解決液位控制不平穩問題，防止因重接觸塔底無液烴而損壞塔底幫浦。
(5) 更換重接觸塔底幫浦，解決塔底幫浦因氣蝕不上量問題，既可防止重接觸塔淹塔而造成事故，又可降低脫乙烷塔頂溫度而提高裝置的c3收率。
4. 認真組織全體職工進行操作技能培訓，舉辦膨脹機專題技術講座，提高了操作人員的操作水平。
(三) 方案實施後的效果
改造後，裝置製冷深度、c3收率、產品產量都有較大幅度提高，現將改造前後有關對比資料列於表1：
表1 改造前後裝置主要引數對比表
三、 供熱系統的改造
（一） 供熱系統存在的問題
溫公尺輕烴原裝置供熱系統採用的是，眾所周知，蒸汽鍋爐在執行中存在許多不足之處，另外，裝置分子篩再生氣原採用明火，該加熱爐也存在較多問題，曾兩次出現爐管爆裂的事故。現將供熱系統存在的問題總結如下：
1. 蒸汽鍋爐操作壓力較高、維護費用昂貴、對水質要求嚴格、管線極易腐蝕、安全效能較差、故障率較高等等。
2. 供熱系統採用水蒸汽，蒸汽壓力溫度不易控制，造成裝置工藝系統引數波動較大，嚴重影響了裝置的產品質量、產量及裝置的安全、平穩執行時率。
3. 供熱系統採用水蒸汽，冬天加熱爐出現故障時，管線有凍堵的危險，安全係數不高。
4. 再生氣加熱爐熱效率較差、操作溫度不易控制、安全效能難以保證。
5. 加熱爐數量較多，執行管理費用較高、操作人員的勞動強度較大。
（二） 供熱系統解決方案
針對上面的問題，我們經過充分研究後決定對裝置的供熱系統進行改造，具體方案如下：
1. 借鑑鄯善輕烴、丘陵lpg裝置導熱油加熱系統的先進經驗，將裝置原蒸汽鍋爐換成導熱油加熱爐。
2. 增加一具再生氣加熱器，取消再生氣加熱爐，實現「三爐合一」，減少燃料消耗。
3. 徹底改造裝置伴熱系統，改蒸汽為導熱油伴熱，解決裝置冬天極易凍堵的問題。
（三） 解決方案實施
在導熱油系統改造實施過程中，我們關鍵把好安裝和施工質量關，尤其是裝置的伴熱系統，管線數量多、管線細、伴熱流程複雜，施工難度極大。為此，我們組織人員加強施工協調和監督，確保導熱油加熱系統投運成功。
改造後的導熱油加熱系統的流程示意圖如圖三：
（四） 方案實施效果
導熱油加熱爐系統投運以後，裝置平穩執行時率由86％提高到98％，裝置的產品質量合格率由92％提高到99％以上，產品產量相應也有較大程度的增長。
四、 工藝系統的改造
（一） 存在的問題
溫公尺輕烴裝置工藝系統存在的問題主要有：
1. 穩定塔塔頂溫度波動過大，嚴重影響液化氣產品質量。
2. 再生氣分離器排汙冬季易凍堵,影響分子篩正常再生。
3. 再生氣分離器溫度不易控制，冬季有較多輕油析出。
4. 製冷機二級排壓冬季波動較大，嚴重影響機組正常執行。
5. 製冷機系統潤滑油跑失嚴重, 造成較大的經濟損失，嚴重影響了後續流程的換熱效果。
（二） 存在的問題分析與改進措施
1. 穩定塔塔頂溫度波動過大
液化氣中c5+組分含量的高低，主要由穩定塔的塔壓及穩定塔的塔頂溫度來控制。原設計穩定塔塔頂溫度及液化氣產品外輸控制方案為塔頂回流幫浦排出的液烴，一部分由塔頂溫度控制向塔頂打回流，一部分由塔頂回流罐液位控制打到產品罐作液化氣產品外輸。當塔頂溫度和回流罐液位都很高時，回流和外輸調節閥將同時全開。
因產品罐壓力（0.45 mpa）比穩定塔的壓力(0.85 mpa)小，回流幫浦排出的液烴絕大部分作產品外輸，故回流量將明顯不足，從而導致塔頂溫度進一步公升高。
直到回流罐液位降低外輸調節閥開度減小後才能滿足回流量，塔頂溫度才開始降低，但此時溫度已遠高於設定值了，以至造成塔頂溫度的波動，影響液化氣產品的質量。
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