红压深冷装置节能降耗技术措施

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摘 要：红压深冷装置作为大庆油田设计院自主设计的第一套天然气深冷分离装置，制约其高效节能运行的因素较多。本文立足生产实际，在分析装置物耗、能耗高原因基础上，总结了近年来开展的膨胀机增压扩能技术科研攻关、过滤单元改造、低温多级降压套筒技术研究、冷箱吹扫技术研究、循环水和导热油系统技术攻关等一系列成效显著的节能降耗措施，并对其产生的经济效益进行了评价分析，从而为同类深冷装置节能优化运行提供借鉴。

关键词：天然气 深冷 节能

一、装置概况

红压深冷装置以杏树岗地区四套浅冷装置外输天然气为原料，采用单级膨胀制冷与丙烷辅助制冷工艺，设计处理能力90×104m3/d，操作弹性80%～120%，设计轻烃产量191t～239t/d。

二、装置运行成本及能耗分析

1.运行成本分析

红压深冷装置作为大庆油田设计院自主设计的第一套天然气深冷分离装置，自投产以来，在低温膨胀阀、过滤器及冷箱等物料使用消耗巨大，主要原因为：

1.1低温膨胀降压套筒阀多孔式芯频繁堵塞，年更换费用高装置采用日本引进的多孔式低温膨胀降压套筒阀节流轻烃降压制冷。该阀由600余个φ0.5mm的孔隙构成，阀芯孔隙小，易被杂质、粉尘及水化物堵塞，需频繁更换阀座才能保证塔顶轻烃回流温度（回流温度视为影响轻烃收率的重要指标）。该阀芯年均更换4次，更换费用10.4万元。（见表1）

1.2过滤器滤芯更换费用高

装置脱水单元设计在增压单元前，为防止分子筛粉尘损伤压缩机，避免后续冷冻单元中分体式冷箱和换热器发生堵塞，共设计5台过滤器共105根滤芯，比分公司新投产深冷装置多一倍左右（见表2），该过滤器未设计反吹扫系统，无法再生滤芯，年均更换滤芯4次，共计420根，更换费用195.5万元。

1.3冷冻单元易发生水化物冻堵，导致甲醇消耗量大

装置运行中，冷箱、低温膨胀降压套筒阀等处经常发生水化物冻堵，需喷注甲醇进行化冻，年消耗甲醇量65吨（甲醇消耗量见表3）。原本可用爆破法对冷箱内杂质、粉尘进行吹扫，增加冷箱内天然气流通量，减少甲醇喷注次数，但由于冷箱热流两端没有设计爆破用短接，装置自投产以来一直无法实施冷箱换热器爆破及杂质清理。

2.能耗分析

自投产以来，红压深冷装置膨胀机、循环水和导热油系统的能耗问题比较突出。主要原因为：

2.1膨胀机处理气量小，同轴增压机增压能力不足

装置膨胀机组膨胀端设计处理气量3.8×104m3/h，实际运行中气量达到2.5×104m3/h时，膨胀机转速接近跳车值50100 rpm，为保证膨胀机运行，多余气量只能通过J-T阀旁路进入塔顶，同时加大丙烷支路制冷负荷，维持装置制冷深度。增大了丙烷机耗电量。

2.2装置停运期间，导热油和循环水系统无法停运

装置每年冬季按计划停运3个月，期间为了防冻需要，循环水及导热油系统无法停运，年增加循环水泵耗电量16.5万千瓦时、导热油泵耗电量4.5万千瓦时、燃料气消耗4万立方米。装置无法实现完全封闭，空耗大量能源的同时存在安全隐患。

2.3循环水换热器耗电量高

装置10台换热器全部采用循环水作为冷却介质，运行期间需启动3台循环水泵满足其用水负荷，电量消耗较大。

三、装置节能降耗措施

1.降低运行成本措施

开展降低运行成本技术攻关。一是通过低温膨胀降压套筒阀技术研究，延长阀芯使用周期；二是实施深冷过滤器反吹工艺系统改造，实现过滤器滤芯再生；三是开展冷箱吹扫技术攻关，降低装置甲醇喷注量。

1.1开展低温膨胀降压套筒阀技术研究

针对多孔式低温膨胀降压套筒阀芯频繁堵塞，年更换费用高的问题，对阀芯进行技术攻关。通过工艺分析、模拟，对对膨胀阀13层共520个节流孔阀芯进行激光钻孔，增大阀芯节流孔隙。

改造运行后阀芯节流温差一直保持在9℃以上，与设计温差（11.4～12.3℃）偏离较小。通过流通量等参数对比，确定改造后阀芯流量特性和调节特性能够满足工艺要求，长时间运行依然不堵塞，改造效果良好。装置年更换阀芯次数由4次减少至2次，节约更换费用约5.2万元/年。

1.2实施过滤器反吹工艺系统改造

针对深冷五台过滤器（F-102A/B、F-103和F-104A/B）无反吹系统，年更换滤芯费用高的情况，实施过滤单元改造。通过常压吹扫、带压吹扫及在线吹扫三种方式再生过滤器滤芯，使滤芯使用周期由原3个月延长至4个月，年节约成本33万元。

1.3开展冷箱吹扫技术研究

针对装置冷箱热流两端未设短接，无法实施冷箱爆破工作的情况，开展冷箱吹扫技术研究。在E-111冷箱两端管线上加装爆破用短接，对冷箱爆破吹扫，运行后E-111冷箱热流端压差由原来的103Kpa下降至41Kpa，年甲醇喷注量由35吨减少至15吨，改造效果良好。（见表5）

2.降低能耗措施

开展降低装置能耗技术研究，多项课题经科学论证实施后装置的节能降耗水平有了新提高。

2.1开展膨胀机增压扩能技术科研攻关

对膨胀机进行了结构与性能分析研究。应用分析软件CFD-ACE对膨胀机组气体流通部件模拟计算和内部测绘，研究机组综合性能。改造机组转子部件，重新设计制造了主轴、叶轮、密封盘、轴承等部件。项目实施后，膨胀机处理能力与增压机增压能力均明显提高，进一步降低装置制冷温度的同时降低了丙烷机负荷，年增产轻烃500吨，年节电90.6万千瓦时。

2.2开展循环水系统技术改造

通过对循环水泵扬程、冬季其他单位循环水需求量和换热器及附属管线容积等数据进行详细计算、分析及模拟，确定具体改造措施如下：

在循环水系统入、出口阀门处新增2块8字盲板，实现在冬季停运时装置循环水系统完全封闭；入出口管线新增1条跨线，实现循环水场对其他单位的循环水供给；新增2条排污管线，一条连接氮气，一条进行排污，实现换热器中及管线剩余循环水完全排放。

2.3开展导热油系统收油技术攻关，降低装置电耗及燃料气消耗

针对导热油系统无法停运的问题，开展导热油系统收油技术攻关。通过实施导热油冷冻试验、物料在线回收等技术措施，实现停运期内导热油系统停运，年节电4.5万千瓦时，节气4万立方米，进一步降低了装置的电耗及燃料气消耗。

2.4开展空冷器应用研究

对主压缩机一段、二段天然气出口换热器、丙烷冷凝器实施空冷化。利用东北地区优质自然冷源，为介质换热，降低了循环水泵负荷，年节电8万千瓦时。同时采用在线清洗技术，多次组织员工清洗主压缩机油冷器，保证了油冷却效果，提高主压缩机运行效率。

五、结束语

红压深冷装置节能降耗潜力很大，通过系统优化、深化工艺操作条件并结合新工艺、新设备、新技术的应用等都可以使装置取得良好的节能降耗效果，切实降低能耗，最终提高企业的经济效益。

参考文献

[1]孙爱忠，《油气初加工过程》，1990年.

[2]黄春芳，《导热油的正确使用方法及建议》《油气田地面工程》，1997年，第6期：第16卷.