混合冷剂系统工况适应及优化

毛彬

中原油田分公司天然气处理厂  河南濮阳  457000

摘  要：上古天然气处理总厂采用“混合冷剂制冷+膨胀制冷+气气过冷+低温精馏”工艺回收天然气中C2+组分，精馏分离后得到贫气、乙烷、液化气、稳定轻烃等产品。自2020年10月投产以来，冷剂分离器长期低液位运行，极易导致冷剂增压泵损坏。为解决上述问题，通过HYSYS软件建立冷剂系统工艺模型，调整工况，降低冷剂系统能耗。

关键词：乙烷   混合冷剂   HYSYS软件   冷剂增压泵   降低能耗  

1 项目概况

上古天然气处理总厂位于陕西省榆林市榆阳区芹河镇马家峁村，联合装置设计天然气处理负荷200×108m3/a，设置4列规模为1500×104m3/d天然气处理装置，采用“混合冷剂制冷+膨胀制冷+气气过冷+低温精馏”工艺回收天然气中C2+组分，精馏分离后得到贫气、乙烷、液化气、稳定轻烃等产品，年产液烃产品总量为150.2万吨，产品包含乙烷产量105.27万吨、液化石油气产量35.63万吨和稳定轻烃产量9.3万吨。其中贫气产品通过增压外输至陕京线，气相乙烷、液化气和稳定轻烃产品就近输送至下游兰州石化乙烯厂。

2 存在问题

2.1冷剂分离器运行液位低，存在长期报警现象。

冷剂分离器设计运行液位低报值550mm，冷剂增压泵联锁停泵液位为100mm，实际运行液位约为150-200mm左右，存在长期报警现象。

2.2冷剂增压泵桶袋液位波动大，泵频繁出现气蚀现象。

冷剂增压泵桶袋液位低报值为1600mm，冷剂分离器液位长期偏低，冷剂增压泵桶袋液位波动较大，极易出现气蚀不上量现象。当出现冷剂增压泵桶袋液位陡降时，为了防止冷剂增压泵气蚀，需要对冷剂增压泵液相出口进行手动排气放空，这样会导致混合冷剂大量损耗，排气放空点见图3。

2.3异常工况易导致冷剂增压泵损坏

装置自2020年8月投产以来，共发生过1起冷剂增压泵损坏事故。2021年8月21日，B列冷剂压缩机因系统切断阀卡件故障关闭异常停泵，再次起泵后运行异常，维修人员拆解后发现该泵内部滑动轴承组件异常磨损。

3 研究的主要内容

3.1膨胀机投运前后混合冷剂循环量对比研究

（1）搭建了冷剂系统的工艺模型

（2）通过固定冷剂组分（甲烷：乙烯：丙烷：异丁烷=0.21:0.38:0.14：0.27）、操作压力、处理气量等条件，对膨胀机投运前后混合冷剂的循环量进行模型实验，并以保障工艺模型运行收敛的前提下，调节混合冷剂循环量，以满足天然气C2+液化所需冷量，考察膨胀机投运前后混合冷剂系统的循环量变化情况。将膨胀机投运前后的冷剂循环量分别记录，实验结果如表1所示：

表1：膨胀机投运前后混合冷剂模拟循环量（组分相同）

	膨胀机投运前	膨胀机投运后
冷剂循环量（kmol/h）	4093.98	3500.43

由表1可以看出，膨胀机投运后，混合冷剂系统的循环量降低了约548.94kmol/h，占总循环量的12.58%，即膨胀机的投运，给天然气深冷液烃回收装置提供了约12.58%的冷量，导致装置冷量过剩。

3.2混合冷剂进主冷箱工艺方式研究

（1）正常工艺流程

根据装置混合冷剂系统设计，正常工况情况下，冷剂分离器液相冷剂经过冷剂增压泵送至主冷箱，气相冷剂经两位阀XV04C0701进入主冷箱，气液相冷剂在冷箱内混合，逐渐发生相变，为主冷箱提供冷量。

（2）异常工况流程

经过对现场工艺流程的研究，假如出现两台冷剂增压泵均异常的情况下，可以采取关闭两位阀XV04C0701和流量调节阀FV04C0802，导通冷剂增压泵旁通流程，通过气相冷剂调节阀PV04C0701控制冷剂分离器压力，用液相冷剂调节阀LV04C0801手动控制液相冷剂进冷箱流量，确保混合冷剂系统运行平稳。

4 应用情况

4.1减小混合冷剂循环量，降低冷剂压缩机能耗

膨胀机投运后，针对前期的研究成果，在保障天然气液烃深冷装置正常运行的情况下，分别对4列混合冷剂压缩机采取了逐步降低电机转速和压缩机转速，从而降低冷剂循环量的做法，调整后混合冷剂压缩机能耗明显降低。

4.2停用冷剂增压泵，减少混合冷剂损耗量

因冷剂分离器液位无法达到设计运行要求，通过对混合冷剂进冷箱工艺流程研究，采取了异常工况下混合冷剂进冷箱的工艺运行方式，停运冷剂增压泵，既保障冷剂增压泵的运行安全，又能防止冷剂因冷剂增压泵气蚀而放空损耗，同时也节约了能耗。

5 结论

本项目通过前期进行基础研究的基础上，停运了冷剂增压泵，降低了冷剂循环量，项目未发生实际的投资成本，该项目自2021年1月开始研发，2021年11月在四列装置中分别投入使用，截止2022年2月，在长庆油田上古天然气处理总厂内4列装置做了累计120天的检验，节能效果明显。通过本项目在上古天然气处理总厂的实施，探索出了一套乙烷深冷回收装置混合冷剂系统冷剂增压泵运行新方式，为其他类似的混合冷剂系统的节能降耗提供了一定的借鉴经验，同时为社会及该行业培养了一批优秀的天然气深冷处理专业技术人才。

参考文献：

[1]崔连来.天然气深冷工艺装置提高乙烷收率工艺技术的研究与应用[J].石油与天然气化工,2022,51(03):65-70.

[2]乔磊.天然气深冷处理工艺的应用[J].化学工程与装备,2022(01):79-81.