丙烷制冷装置工艺系统参数优化

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丙烷制冷装置工艺系统参数优化

王鹏

大庆油田天然气分公司

摘要：通过研究发现，冷换设备的冷却效果、制冷温度及系统压力等参数对装置产能影响较大；合理分配各单元物料供应量，能够减少物料消耗。2010年3～6月，对北压浅冷装置优化措施进行考核，考核期间装置运行各项参数均在优化范围内，装置运行平稳，轻烃收率提高，装置能耗和物料消耗降低，达到了预期效果。北压浅冷装置预计年可多产轻烃约1500t，减少消耗量3000kg，减少循环水消耗量2.5×104t。经核算，增产轻烃年可多创效益600万元，减少乙二醇、水消耗，年可节约资金18万元。

关键词：参数控制；系统优化；轻烃收率；压力；温度doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2012.1.032大庆油田天然气分公司北压浅冷装置（以下简称北压浅冷）主压缩机是由京城环保有限责任公司生产的JC-2DW-70/0.1-14.5天然气压缩机，制冷系统采用丙烷压缩制冷工艺。制冷量为925kJ，天然气处理量50×104m 3/d，日产轻烃67.5t，制冷温度-35℃，收率为1.35t/104m 3。

北压浅冷主要流程概述：采油厂来油田伴生气经入口分离器脱除凝析水和油滴后进入主压缩机压缩，经压缩的气体进入一级三相分离器；分离出的气相进入烃气换热器换热，再经贫富气换热器换热后（为避免气体冻结和水化物的生成，在贫富气换热器富气入口及出口注入乙二醇溶液），进入丙烷蒸发器进行冷却（制冷温度-35℃）；从丙烷蒸发器出来的三相流体（天然气、轻烃和乙二醇溶液），进入二级三相分离器进行分离；分离出的轻烃进入轻烃储运单元，乙二醇进行回收利用，脱出的污水回注采油厂。

1天然气系统

1.1空冷器冷却效果

北压浅冷夏季满负荷运行时，空冷器出口温度偏高，导致后冷却器消耗循环水量增加。北压浅冷空冷器设计能力238×104kJ/h，是根据原有4RDS 压缩机组配套的，而现有的2DW 压缩机出口温度比4RDS 压缩机出口温度高25℃，空冷器处理能力不够。为满足装置冷量需求，增加了后冷却器耗水量。

优化措施：目前空冷器节能措施主要在冬季实施，冬季装置低负荷运行时，运行空冷器，退出后冷却器运行，靠风冷给天然气降温，可满足装置运行需求，年可节约新鲜水2880t。另外根据空冷器设计偏小的现状，建议增加空冷器换热面积，满足

夏季换热需求，有效减轻后冷器的热负荷，节约新鲜水。1.2制冷温度

北压浅冷制冷温度设计范围是-30～-36℃，目前，北压浅冷丙烷蒸发器微漏，丙烷易污染（经化验系统内丙烷含量66.99%），制冷温度达不到最佳值，实际制冷负温值为-32～-34℃。经模拟计算，北压浅冷制冷温度达到-36℃时，收率可以提高0.035，年可多产轻烃520t。

优化措施：控制空冷器、后冷器、气烃换热器及贫富换热器天然气出口温度，确保富气进入蒸发器前的温度控制在5～-5℃[1]；对丙烷蒸发器维修，确保丙烷纯度。1.3系统压力分析及优化

北压浅冷装置冬季负荷低时，系统压力控制偏低，处在工艺卡范围下限，不利于轻烃回收。经模拟计算得出，装置的轻烃产量在其他参数不变的工况下随着系统压力的上升而提高，系统压力从0.85MPa 提高到0.95MPa，轻烃产量可以提高3.9%。

优化措施：通过调节装置外输阀控制二级三相分离器的压力是提高轻烃收率的关键点，所以严格控制系统压力在0.91～0.95MPa 范围内。

2轻烃储运系统

轻烃来自二级三相分离器，经烃气热换器换热到12～18℃进入轻烃闪蒸罐闪蒸。闪蒸后的轻烃进入轻烃储罐进行沉降后外输。

北压浅冷气烃换热器轻烃出口温度控制范围较大；在冬季因系统压力低，使轻烃闪蒸罐压力控制偏低，造成轻烃挥发损失；轻烃罐设计最高压力为

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2.0MPa。由于污水回收系统无轻烃回收泵，轻烃

罐提压后，污水罐分离的轻烃无法回收。轻烃储存压力只能控制在0.65MPa 左右，此压力低于轻烃储存温度下的轻烃饱和蒸汽压（C 3在15℃温度下的饱和蒸汽压0.69MPa [2]），造成轻烃中C 2、C 3一定量的挥发损失（经测算每天损失轻烃约0.65t ）。

优化措施：气烃换热器出口轻烃温度严格控制在14～16℃；轻烃闪蒸罐压力严格控制在0.87～0.90MPa；对污水系统增设轻轻回收泵，轻烃储存压力即可提高到1.0MPa。轻烃罐储存压力控制在0.95～1.0MPa，年提高轻烃产量约210t。

3乙二醇系统

乙二醇系统属于辅助系统，乙二醇喷注到未脱水的天然气中，防止天然气系统冻堵，也起到一定的脱水作用。

乙二醇损失主要来自于：①三相分离器乙二醇液位控制过高，轻烃带走乙二醇；②三相分离器乙二醇液位控制过低，乙二醇携带轻烃造成水分馏塔带压冲塔；③三相分离器分离效果差，外输天然气携带乙二醇；④乙二醇加热器温度控制过高，造成乙二醇分解损失。另外，乙二醇泵排量（1250L/h ）未因装置负荷变化而进行调节，乙二醇泵长期高负荷运行，一方面造成乙二醇损失，另一方面造成乙二醇泵及电加热器耗电量增加。

优化措施：严格按工艺卡控制三相分离器乙二醇液位和水分馏塔塔底、塔顶温度，避免乙二醇损失；根据来气含水量及三项分离器操作压力、温度，核算出乙二醇喷注量比例，天然气处理量变化时，按表1

及时调整乙二醇喷注量。

4循环水系统

北压浅冷和北二浅冷同用1套循环水场（设计

能力为1000m 3/h，3台流量为485m 3/h 的循环水泵）。2套装置夏季平均负荷105%，循环水场负荷随之升高，水场供水温度达26℃以上，回水33℃以上，导致大量补水降温，日最高补水量达1000m 3以上。

优化措施：按装置负荷在105%情况下，计算了各水冷设备所需冷量，合理分配2套浅冷装置各用水单元供水量，根据供水和回水温度差及时调节冷却水分配量，详见表

2。

5考核效果

2010年3～6月，对北压浅冷装置优化措施进行考核，考核期间装置运行各项参数均在优化范围内，装置运行平稳，轻烃收率提高，装置能耗和物料消耗降低，达到了预期效果。

（1）通过优化天然气、轻烃系统，在丙烷蒸发器存在微渗情况下（制冷负温-32℃），轻烃收率提高了0.094，年可多产轻烃约1500t。当制冷负温达到-36℃时，收率可再提高0.03左右。

（2）通过优化乙二醇系统，2010年3～6月乙二醇消耗量比去年同期减少了1200kg，年预计可减少消耗量3000kg。

（3）通过优化循环水系统，解决了北压2套浅冷装置用水不合理问题，新鲜水消耗量比2009年同期下降0.85×104t，年预计可减少消耗量2.5×104t。

6结语

通过研究发现，冷换设备的冷却效果、制冷温度及系统压力等参数对装置产能影响较大；合理分配各单元物料供应量，能够减少物料消耗；北压浅冷工艺系统优化运行后，轻烃收率进一步提高，装置能耗和物料消耗进一步降低。经核算，增产轻烃年可多创效益600万元，减少乙二醇、水消耗，年可节约资金18万元。参考文献

[1]王育明．天然气处理工艺的优化[J].油气田地面工程，2008，27（2）：52-54．

[2]李光．天然气处理中丙烷制冷工艺的探讨[J]．内蒙古石油化工，2008，34（8）：64-65．

（栏目主持

焦晓梅）

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