2000工藝優(yōu)化設(shè)計要點

1、溫米70萬方裝置工藝優(yōu)化設(shè)計與實施溫米采油廠輕烴工區(qū)2000年11月6日目 錄1前 言1一、 裝置工藝運行現(xiàn)狀3二、 裝置工藝存在問題及分析7三、 裝置工藝的優(yōu)化設(shè)計9四、 優(yōu)化方案的實施16五、 經(jīng)濟效益 17六、 結(jié)束語前 言溫米輕烴70萬方天然氣處理裝置自1998年9月擴容改造以來，運行相對較為平穩(wěn)，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、運行時率及操作有較大的影響。為此我們組織工區(qū)技術(shù)力量，對裝置工藝系統(tǒng)進行了大量的研究工作，并根據(jù)裝置的實際情況，制定了工藝優(yōu)化設(shè)計方案。通過本次工藝優(yōu)化設(shè)計及改造的實施，裝置的C3收率、平穩(wěn)運行時率和產(chǎn)量都有較大幅度提

2、高，經(jīng)濟效益極為顯著，為吐哈油田第二經(jīng)濟支柱的發(fā)展作出了較大貢獻。一、 裝置工藝運行現(xiàn)狀1999年裝置擴容改造在工藝系統(tǒng)上作了較大的改動，包括增加透平膨脹機系統(tǒng)、重接觸塔工藝系統(tǒng)、導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)等。經(jīng)過擴容改造后2年多時間的運行情況來看，裝置不論新增系統(tǒng)還是原有系統(tǒng)在工藝上不同程度地存在一些問題，主要包括干氣放空及計量問題、重接觸塔運行效果差問題、外輸屏蔽泵不能平穩(wěn)運行問題、透平膨脹機的控制系統(tǒng)平穩(wěn)運行問題等等，這些問題的存在，對裝置的“安全、平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)、高效”運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(tǒng)進行工藝優(yōu)化設(shè)計就顯得極為緊迫和十分重要

3、了。二、 裝置工藝存在問題及分析溫米輕烴裝置設(shè)計C3收率為80，但在實際運行中C3收率僅60左右，80的設(shè)計值相距甚遠。同時，由于裝置從50萬方擴容到70萬方，雖然經(jīng)過設(shè)計院進行設(shè)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。在設(shè)備上由于計算及選型問題，設(shè)備運行情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(jù)裝置的實際運行情況，進行了大量的調(diào)查研究，找出了裝置在工藝上存在的問題，并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(yōu)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(tǒng)計如下：(1). 干氣不能自動調(diào)節(jié)放空，致使系統(tǒng)壓力波動較大，影響系統(tǒng)的

4、平穩(wěn)操作運行；(2). 原料氣、干氣計量極不準確，不利于對裝置情況的掌握和考核，不利于裝置的日常管理；(3). 檢修改造時，原料氣不能輸往丘東氣處理廠。若作干氣外輸，將嚴重影響干氣質(zhì)量；(4). 外輸屏蔽泵運行不平穩(wěn)，容易發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，特別是夏季情況更為嚴重；(5). 重接觸塔工藝系統(tǒng)運行效果較差，不能充分發(fā)揮吸收塔的作用，嚴重影響裝置C3收率；(6). 脫乙烷塔回流泵達不到工藝要求，運行極不平穩(wěn)，致使脫乙烷塔頂?shù)臏囟绕撸瑢ρb置的C3收率存在一定影響；(7). 丙烷制冷系統(tǒng)經(jīng)濟器不能投運，使制冷機耗能嚴重，有時容易超負荷運行；(8). 電動原料氣壓縮機、高壓分離器不能自動排污，既增加了操作人

5、員的勞動強度，又對裝置設(shè)備的安全、平穩(wěn)運行造成一定的影響；(9). 透平膨脹機控制易受外界電磁干擾，致使膨脹機經(jīng)常出現(xiàn)誤報警停機，嚴重影響膨脹機的安全、平穩(wěn)運行；(10). 制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，對制冷機的安全、平穩(wěn)運行造成一定影響。2. 存在問題分析(1). 干氣不能自動放空，原因是雖然有自動放空調(diào)節(jié)閥，但一方面調(diào)節(jié)閥型號選擇不對，因為裝置干氣外輸壓力為1.20 Mpa，而放空匯管壓力只有不足0.10 Mpa，這樣一來，干氣調(diào)節(jié)閥閥芯前后壓差達1.1 Mpa以上，但現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥設(shè)計壓差僅為0.8 Mpa，在運行過程中，調(diào)節(jié)閥在壓差的影響下，不能自動調(diào)節(jié)。另一方

6、面工藝流程設(shè)計存在問題，由于有時要求干氣放空量比較大，而原放空管線只有50， 流通能力嚴重不足，從而使系統(tǒng)憋壓，造成系統(tǒng)壓力波動過大。(2). 原料氣和干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。而干氣計量的流量計仍使用原50萬方裝置干氣流量計，由于擴容改造裝置處理量增大，其量程滿足不了工藝要求，從而使干氣計量不準。另一方面干氣放空點在流量計之前，放空部分的干氣無法計量，致使無法準確知道裝置干氣產(chǎn)量。(3). 裝置檢修原料氣

7、目前只能作干氣外輸，不能壓至丘東采油廠處理，其原因是丘東采油廠氣處理的最低壓力為2.40 Mpa，而溫米外輸干氣管線設(shè)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). 外輸屏蔽泵氣蝕的主要原因是產(chǎn)品儲罐出口（泵入口）安裝有原50萬方的限流閥，因擴容改造產(chǎn)量增加，更換了更大排量的外輸泵，從而使 提高C3收率的研究1. 方案研究我們組織了技術(shù)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，最后研究出了一套投資省、效益好的解決方案：(1) 充分利用擴容后干氣流量增大、干氣外輸存在較大可利用壓力能的優(yōu)勢，決定增設(shè)

8、透平膨脹機組，把原丙烷制冷系統(tǒng)作為輔助冷源，進一步降低制冷溫度，使裝置的制冷溫度達到中冷。(2) 借鑒丘陵LPG裝置的成功經(jīng)驗，采用重接觸塔與透平膨脹機相結(jié)合的先進工藝技術(shù)，增設(shè)一具重接觸塔，最大限度地提高裝置的C3收率。(3) 改造增設(shè)一臺新冷箱，充分、合理利用膨脹機產(chǎn)生的冷量，盡可能降低裝置的制冷深度。2. 目標及可行性分析裝置擴容改造后C3收率的目標值為80?？尚行苑治鋈缦拢貉b置采用丙烷+膨脹機制冷，原料氣經(jīng)丙烷制冷系統(tǒng)預(yù)冷至-38，低溫干氣在-38,2.60Mpa的條件下經(jīng)過透平膨脹機等熵膨脹至1.30Mpa，溫度降低大部分C3+液化后，進重接觸塔氣液分離并再回收干氣中的部分C3+組分

9、，從而達到提高C3收率的目的。流程示意圖如圖一：主冷箱來原料氣低溫液烴去脫乙烷塔低溫分離器干氣外輸膨脹機膨脹端膨脹機壓縮端脫乙烷塔回流泵重接觸塔去脫乙烷塔頂脫乙烷塔頂冷凝器來圖一 膨脹機+重接觸塔流程示意圖在工程上，我們可利用絕熱壓縮溫升方程來計算干氣膨脹后的溫度，即：式中：T1、T2 - 氣體等熵膨脹前后的溫度，K ；p1、p2 - 氣體等熵膨脹前后的壓力，Mpa ；k - 氣體的絕熱指數(shù)，k=1.4 1.35。通過干氣取樣化驗得到干氣組成，查圖可知k值。在干氣的流量約為1000 Kmol/h的條件下，再通過電算即可得出低溫干氣經(jīng)過等熵膨脹后的出口溫度約為-63.1，由相平衡可計算出重接觸塔

10、頂干氣在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(jù)設(shè)計流程，安裝四川空分設(shè)備公司透平膨脹機組和重接觸塔，并對膨脹機組主體進行認真、仔細的解體檢查。2. 認真調(diào)試膨脹機組相關(guān)的儀表、電器及輔助設(shè)備，為膨脹機組的投運作好準備工作。3. 針對透平膨脹機+重接觸塔工藝在運行過程中出現(xiàn)的問題，我們認真研究整改方案并實施，主要解決的問題有：主冷箱來原料氣低溫液烴去脫乙烷塔低溫分離器去膨脹機新增密封氣加熱器密封氣去膨脹機導(dǎo)熱油進導(dǎo)熱油出圖二 膨脹機密封氣改造示意圖(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

11、機軸承使用壽命。改造流程示意簡圖如圖二：(2) 改造膨脹機滑油泵機械密封，解決滑油泵機械密封泄漏問題，減少膨脹機潤滑油的損耗量，提高了裝置基礎(chǔ)工作水平。(3) 改造膨脹機增壓機流量自動控制工藝系統(tǒng)，解決增壓機因流量控制不平穩(wěn)而造成的喘振問題，提高了膨脹機平穩(wěn)運行時率。(4) 增加重接觸塔液位控制調(diào)節(jié)閥，解決液位控制不平穩(wěn)問題，防止因重接觸塔底無液烴而損壞塔底泵。(5) 更換重接觸塔底泵，解決塔底泵因氣蝕不上量問題，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(xùn)，舉辦膨脹機專題技術(shù)講座，提高了操作人員的操作水平。(三) 方案實施

12、后的效果改造后，裝置制冷深度、C3收率、產(chǎn)品產(chǎn)量都有較大幅度提高，現(xiàn)將改造前后有關(guān)對比數(shù)據(jù)列于表1：表1 改造前后裝置主要參數(shù)對比表項 目改 造 前改 造 后原料氣C3含量（mol %）6.386.24干氣C3含量（mol %）2.361.39制冷深度()- 38- 63C3 收 率5880LPG產(chǎn)量（t）6085三、 供熱系統(tǒng)的改造（一） 供熱系統(tǒng)存在的問題溫米輕烴原裝置供熱系統(tǒng)采用的是，眾所周知，蒸汽鍋爐在運行中存在許多不足之處，另外，裝置分子篩再生氣原采用明火，該加熱爐也存在較多問題，曾兩次出現(xiàn)爐管爆裂的事故?，F(xiàn)將供熱系統(tǒng)存在的問題總結(jié)如下：1. 蒸汽鍋爐操作壓力較高、維護費用昂貴、對水

13、質(zhì)要求嚴格、管線極易腐蝕、安全性能較差、故障率較高等等。2. 供熱系統(tǒng)采用水蒸汽，蒸汽壓力溫度不易控制，造成裝置工藝系統(tǒng)參數(shù)波動較大，嚴重影響了裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量及裝置的安全、平穩(wěn)運行時率。3. 供熱系統(tǒng)采用水蒸汽，冬天加熱爐出現(xiàn)故障時，管線有凍堵的危險，安全系數(shù)不高。4. 再生氣加熱爐熱效率較差、操作溫度不易控制、安全性能難以保證。5. 加熱爐數(shù)量較多，運行管理費用較高、操作人員的勞動強度較大。（二） 供熱系統(tǒng)解決方案針對上面的問題，我們經(jīng)過充分研究后決定對裝置的供熱系統(tǒng)進行改造，具體方案如下：1. 借鑒鄯善輕烴、丘陵LPG裝置導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)的先進經(jīng)驗，將裝置原蒸汽鍋爐換成導(dǎo)熱油加熱爐。2

14、. 增加一具再生氣加熱器，取消再生氣加熱爐，實現(xiàn)“三爐合一”，減少燃料消耗。3. 徹底改造裝置伴熱系統(tǒng)，改蒸汽為導(dǎo)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(dǎo)熱油系統(tǒng)改造實施過程中，我們關(guān)鍵把好安裝和施工質(zhì)量關(guān)，尤其是裝置的伴熱系統(tǒng)，管線數(shù)量多、管線細、伴熱流程復(fù)雜，施工難度極大。為此，我們組織人員加強施工協(xié)調(diào)和監(jiān)督，確保導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)投運成功。改造后的導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)的流程示意圖如圖三：脫乙烷塔重沸器穩(wěn)定塔重沸器閃蒸塔重沸器再生氣加熱器裝置伴熱系統(tǒng)PC導(dǎo)熱油加熱爐導(dǎo)熱油泵M圖三 導(dǎo)熱油系統(tǒng)流程示意圖（四） 方案實施效果導(dǎo)熱油加熱爐系統(tǒng)投運以后，裝置平穩(wěn)運行時率由86提高到98

15、，裝置的產(chǎn)品質(zhì)量合格率由92提高到99以上，產(chǎn)品產(chǎn)量相應(yīng)也有較大程度的增長。四、 工藝系統(tǒng)的改造（一） 存在的問題溫米輕烴裝置工藝系統(tǒng)存在的問題主要有：1. 穩(wěn)定塔塔頂溫度波動過大，嚴重影響液化氣產(chǎn)品質(zhì)量。2. 再生氣分離器排污冬季易凍堵,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. 制冷機二級排壓冬季波動較大，嚴重影響機組正常運行。5. 制冷機系統(tǒng)潤滑油跑失嚴重, 造成較大的經(jīng)濟損失，嚴重影響了后續(xù)流程的換熱效果。（二） 存在的問題分析與改進措施1. 穩(wěn)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(wěn)定塔的塔壓及穩(wěn)定塔的塔頂溫度來控制。原設(shè)計穩(wěn)定塔塔

16、頂溫度及液化氣產(chǎn)品外輸控制方案為塔頂回流泵排出的液烴，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(chǎn)品罐作液化氣產(chǎn)品外輸。當塔頂溫度和回流罐液位都很高時，回流和外輸調(diào)節(jié)閥將同時全開。因產(chǎn)品罐壓力（0.45 Mpa）比穩(wěn)定塔的壓力(0.85 Mpa)小，回流泵排出的液烴絕大部分作產(chǎn)品外輸，故回流量將明顯不足，從而導(dǎo)致塔頂溫度進一步升高。直到回流罐液位降低外輸調(diào)節(jié)閥開度減小后才能滿足回流量，塔頂溫度才開始降低，但此時溫度已遠高于設(shè)定值了，以至造成塔頂溫度的波動，影響液化氣產(chǎn)品的質(zhì)量。為了解決穩(wěn)定塔頂溫度波動過大問題，我們提出了兩點改進措施:(1) 液化氣產(chǎn)品由泵打外輸改為自壓外

17、輸。保證回流泵給穩(wěn)定塔塔頂提供足夠的回流量, 減小穩(wěn)定塔塔頂溫度的波動,實現(xiàn)穩(wěn)定塔的平穩(wěn)操作。如圖四所示:去穩(wěn)定塔頂穩(wěn)定塔回流罐去穩(wěn)定塔頂穩(wěn)定塔回流泵去液化氣儲罐改造前穩(wěn)定塔回流罐穩(wěn)定塔回流泵改造后圖四 液化氣外輸方案改造示意圖去液化氣儲罐(2) 穩(wěn)定塔塔頂空冷器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速改用調(diào)頻機由穩(wěn)定塔回流罐的溫度來調(diào)節(jié)。使穩(wěn)定塔回流罐的溫度控制平穩(wěn)，從而進一步減小穩(wěn)定塔塔頂溫度的波動。2. 再生氣分離器排污冬季易凍堵裝置原再生氣分離器排污管線與高壓分離器排污管線就近匯合進低壓分離器，因高壓分離器比再生氣分離器的壓力高，再生氣分離器排污管線無單流閥，排污匯合后的管線管徑又較小，冬季排污管線稍有凍堵就會造成再

18、生氣分離器排污不暢或倒灌。當再生氣分離器液體滿罐后，大量水和液烴進入分子篩干燥器，破壞分子篩的正常吸附，導(dǎo)致冷箱凍堵等一系列問題。為此，我們制定了兩點整改措施：(1) 再生氣分離器與高壓分離器的排污管線分開進低壓分離器。避免高壓分離器排污對再生氣分離器排污的影響，保證再生氣分離器排污通暢。(2) 再生氣分離器排污實現(xiàn)自動控制。平穩(wěn)控制再生氣分離器液位，避免再生氣分離器液體滿罐，確保分子篩的正常脫水，如圖五所示：伴生氣高壓分離器再生氣分離器伴生氣低壓分離器改造前高壓分離器再生氣分離器低壓分離器改造后圖五 再生氣分離器排污改造示意圖3. 再生氣分離器溫度不易控制。再生氣分離器的溫度由再生氣空冷器來

19、控制，因空冷器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)，再生氣分離器溫度就無法自動控制。溫度波動過大會有輕烴大量析出，更易導(dǎo)致再生氣分離器排污管線的凍堵。再生氣含水蒸汽較多，冬季環(huán)境溫度較低，極易使空冷器凍堵，嚴重影響分子篩的再生和冷吹。針對此問題，我們在再生氣下部空冷器進出口增加溫度調(diào)節(jié)閥，以實現(xiàn)再生氣分離器溫度的自動控制。如圖六所示：圖六 再生氣空器改造示意圖再生、冷吹氣去再生氣分離器改造前再生、冷吹氣去再生氣分離器改造后4. 制冷機二級排壓冬季波動較大。制冷機二級排壓受制冷機載荷及丙烷儲罐的溫度影響。載荷一定，丙烷儲罐溫度越高，制冷機二級排壓越高。丙烷儲罐溫度又受制冷機二級出口空冷器控制。因該空冷器風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不

20、能調(diào)節(jié)，致使在冬季制冷機的二級排壓受丙烷儲罐溫度的影響而波動較大。為了平穩(wěn)控制制冷機二級排壓，我們將制冷機二級出口空冷器的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速改用調(diào)頻機根據(jù)丙烷儲罐的溫度來控制。確保丙烷儲罐的溫度控制平穩(wěn)，在保證制冷機二級出口背壓平穩(wěn)后，就可以達到平穩(wěn)控制制冷機二級排壓的目的。5. 制冷機系統(tǒng)滑油跑失嚴重,影響機組正常運行。裝置建成投產(chǎn)后，每遇制冷機停機，滑油分離器中的潤滑油跑失嚴重。經(jīng)查找，發(fā)現(xiàn)潤滑油基本上都跑失到入口分離器中。又經(jīng)反復(fù)檢查和分析研究，認為根據(jù)制冷機入口單流閥（雙葉片旋轉(zhuǎn)式）的結(jié)構(gòu)，將其裝在制冷機入口的垂直管段上不能起到單流作用，以至造成制冷機停機后滑油分離器中的潤滑油反竄。于是，我們將

21、馬龍尼公司原設(shè)計的制冷機入口單流閥由垂直管段移至水平管段，并使單流閥兩葉片的旋轉(zhuǎn)軸保持垂直。避免單流閥的復(fù)位彈簧受葉片重量影響，使單流閥在制冷機停機后能及時復(fù)位，在差壓作用下迅速關(guān)閉制冷機入口，防止滑油分離器中滑油反竄。如圖七所示：改造前改造后圖七 制冷系統(tǒng)滑油跑失解決方案示意圖入口分離器滑油分離器入口分離器滑油分離器單流閥 單流閥制冷機制冷機（三） 工藝改造后的效果工藝系統(tǒng)改造后，通過裝置運行情況來看，取得了令人滿意的效果：1 穩(wěn)定塔頂回流及液化氣外輸方案的改進，使穩(wěn)定塔塔頂?shù)臏囟鹊玫搅溯^為平穩(wěn)的控制，塔頂溫度波動范圍由55±8減小到55±2。 2 再生氣分離器排污管線的改造，使再生氣分離器的排污實現(xiàn)了自動控制，更解決了排污管線的凍堵問題。避免了分子篩干燥器大量積液影響脫水效果而造成的冷箱凍堵等問題，提高了裝置的運行時率，減輕了操作人員的勞動強度。3 再生氣空冷器的改造，使再生氣分離器的溫度得到了平穩(wěn)控制，其溫度波動范圍由40±10減小到40±3。減少了再生氣分離器中液烴析出量，在一定程度上提高了裝置的C3收率，又保證了分子篩再生和冷吹的正常操作。4 采用調(diào)頻機自動調(diào)節(jié)丙烷儲罐的溫度后，丙烷儲罐的溫度基本上控制在25±2。解決