土庫曼80億項目工藝設計問題探討

土庫曼80億項目工藝設計探討設計部：陳士元一、項目簡介二、工藝設計探討一）系統(tǒng)負荷分配問題二）胺法吸收工藝流程問題一：胺液再生“多合一”三）胺法吸收工藝流程問題二：吸收塔底富胺液壓力能的利用四）分子篩脫水工藝問題土庫曼80億項目工藝設計探討一、項目簡介

土庫曼斯坦巴格德雷合同區(qū)域A區(qū)地面工程，是集內部集輸、天然氣處理廠、凈化氣外輸為一體的系統(tǒng)工程，按照國際先進技術水平進行設計和施工，采用了多項新工藝、新技術。

設有1座天然氣處理廠，原料天然氣設計處理能力為55.36×108m3/a，凝析油穩(wěn)定裝置設計處理能力為18.08×104t/a。輔助生產設施和公用工程的生產能力分別與上述工藝裝置能力配套，工廠年生產時間為330天。第一天然氣處理廠設有4列處理量為416.7×104m3/d的主要工藝裝置（脫硫脫碳裝置、脫水裝置、脫烴裝置和硫磺回收裝置），2套凝析油穩(wěn)定裝置，單套裝置設計處理能力按全廠凝析油總量的75％考慮，設計規(guī)模為411t/d，正常運行時單套凝析油穩(wěn)定裝置處理量為274t/d。

土庫曼80億項目工藝設計探討

根據阿姆河天然氣公司的整體安排，A區(qū)改建擴能工程將分為2期分步實施：1期：A區(qū)年處理原料氣規(guī)模從現在的55億提高到65億

對已建4列工藝裝置進行技術改造，單列工藝裝置的正常處理量提高到460×104m3/d；充分考慮改建工程的特點，盡量考慮利用現有工藝裝置、輔助設施及公用工程，減少工程投資；需對裝置安全、平穩(wěn)、高效運行影響較大的部分進行改造，1期改造工程已經于2013年7月建成投產。2期：A區(qū)年處理原料氣規(guī)模從65億提高到80億A區(qū)改建擴能工程（80×108m3/a原料氣）是在1期A區(qū)改建擴能工程（65×108m3/a原料氣）的基礎上，對已建的內部集輸、天然氣處理廠和外輸整個系統(tǒng)進行分析和核算，需要新建15×108m3/a天然氣集輸、處理系統(tǒng)及輔助生產設施和公用工程，最終實現A區(qū)年處理規(guī)模80×108m3/a（原料氣）的目標。土庫曼80億項目工藝設計探討土庫曼80億項目工藝設計探討土庫曼80億項目工藝設計探討二、工藝設計探討一）系統(tǒng)負荷分配問題為了適應大型油氣田的生產特點，提升油氣生產的集約化水平，采用多列油氣處理裝置并列運行的工藝技術得以大規(guī)模應用。多列油氣處理裝置并列運行時，由于工藝設備、配管安裝、工況變化等因素的影響，出現了許多新的問題，典型的如每列裝置處理負荷的不平衡。當出現負荷不平衡時，裝置會出現運行不穩(wěn)定，甚至裝置設備不能正常運行，最終導致產品質量不合格。為了保證平行運行的多列裝置始終能夠處于最佳狀態(tài)，并主動適應工藝系統(tǒng)的工況變化，需要通過自動控制的手段及時調整每列裝置的負荷平衡。

土庫曼80億項目工藝設計探討A區(qū)改建擴能工程（80×108m3/a原料氣）竣工后，整個廠區(qū)共有五列裝置并列生產，根據原設計，1~5列裝置生產能力均為460×104m3/d原料氣，總生產能力為2300×104m3/d原料氣。2015年11月期間，由于當期天然氣價格較高形成的調產要求，阿姆河公司擬將天然氣處理一廠生產負荷提至2500×104m3/d原料氣，當調節(jié)產能提至2460×104m3/d時，前1~4列裝置高負荷已達極限，分別為463、491、487、466×104m3/d，而第5列負荷雖已達550×104m3/d左右，從裝置核心設備運轉情況來看，其負荷仍有富余，但受限于前四列裝置生產狀況，全廠負荷只能提到2460×104m3/d左右便再提不上去。后期擬將集氣站出口壓力調高以提高處理廠入口壓力，但又受限于前1~4列裝置設備設計壓力限制未能實施（前1~4列裝置設備設計壓力絕大部分為6.5MPa，第5列為6.8MPa）。這樣，第5列裝置的效能沒能得到最大發(fā)揮。土庫曼80億項目工藝設計探討這樣，便形成兩種類型的問題：1，共性問題：生產負荷不均衡。前1~4列裝置原本設計負荷能力相同，但實際運行負荷相差比較大，最高的達491×104m3/d原料氣，最低的為463×104m3/d原料氣。而第5列裝置負荷雖已達550×104m3/d左右，但裝置生產能力仍有剩余，由于受前1~4例相互竄壓影響，無法發(fā)揮裝置最大效能。2，特殊性問題：設備設計壓力不匹配。前1~4列裝置設備設計壓力為6.5MPa，而第5列為6.8MPa，由于各裝置入口壓力不能單獨調節(jié)，受前1~4列影響浪費了第5列裝置負荷能力（提壓生產受到限制）。土庫曼80億項目工藝設計探討阿姆河處理一廠主要生產流程匯管脫硫脫碳匯管51脫水脫烴脫硫脫碳2脫水脫烴脫硫脫碳3脫水脫烴脫硫脫碳4脫水脫烴脫硫脫碳脫水脫烴土庫曼80億項目工藝設計探討阿姆河處理一廠集氣裝置流程土庫曼80億項目工藝設計探討節(jié)點薩曼杰佩集氣站出站薩曼杰佩集氣總站出站麥捷讓出站原料氣合計脫硫裝置入口YV-1101(原料氣預冷器入口)脫硫裝置FV-1101閥后（原料氣重力分離器出口）脫烴裝置出口外輸增壓站進站外輸增壓站增壓后壓力（MPa）7.17.07.1~7.46.66.46.25.34.57.51實際壓力（MPa）7.0277.0017.0306.686.686.646.426.396.376.376.446.206.196.156.205.985.494.5076.859壓差（MPa）-0.0730.001-0.070.080.04-0.220.190.007土庫曼80億項目工藝設計探討我們可以把五列裝置看成5條并聯(lián)管路：各并聯(lián)管段的壓力降相等:△P1=△P2=△P3，即：(ξ1+λl/d)u12/2=(ξ2+λl/d)u22/2=(ξ3+λl/d)u32/2

土庫曼80億項目工藝設計探討系統(tǒng)負荷分配問題負荷分配自動控制的目的就是通過自動化的手段，克服多列裝置平行運行時的偏流現象，對各列原料氣進行平均負荷分配控制，使每列裝置的生產最優(yōu)化。

解決的問題：由于設備制造、工程建設、實際生產等一系列原因導致的各并聯(lián)裝置總體摩阻不相等不受控狀態(tài)變成受控狀態(tài)。負荷分配控制原理如下圖所示。

土庫曼80億項目工藝設計探討多列負荷分配控制原理圖土庫曼80億項目工藝設計探討這是有一個共性參數的設計原理（壓力相同），倘若各裝置要求入口壓力不同的情況呢？負荷自動分配的一個基本要素是需要首先明確工藝系統(tǒng)中影響每列處理量的共性參數。我選取進（出）廠總匯管的壓力作為共性參數。由于多列裝置平行運行時的偏流現象直接反映為各列進出口流量的不均衡，因此選取進出口流量參數作為擾動因素。在控制方法上采用串級控制方案。主回路采用的是與每列裝置密切相關的全局控制參數，副回路采用每列的進口流量。主回路的輸出作為副回路的設定值輸入，對于每個副回路來說，其設定值均跟隨主回路的輸出變化，保證了副回路控制目標的統(tǒng)一。自動負荷分配控制有效地調節(jié)了平行多列油氣裝置的生產負荷，

能夠快速平穩(wěn)地響應管路壓力變化與生產產量變化等多種復雜的情況，

效率高、勞動強度低。土庫曼80億項目工藝設計探討土庫曼80億項目工藝設計探討建議位置：在電動球閥后增加壓力調節(jié)閥。建議位置：將后續(xù)流量調節(jié)FV1101閥前移至此。土庫曼80億項目工藝設計探討此閥前移二、工藝設計探討二）胺法吸收工藝流程問題一：胺液再生“多合一”

處理一廠第1~5列主體工藝裝置，包括脫硫脫碳裝置、脫水裝置、脫烴裝置和硫磺回收裝置四個單元。從系統(tǒng)角度看，每列裝置雖自成體系，可獨立運行，但難免存在資源浪費、操作復雜、調峰不便的問題。

尤其對于核心單元脫硫脫碳裝置，其工藝流程主要由三部分組成：以吸收塔為中心，輔以原料氣及凈化氣分離過濾的高壓部分，以再生塔及重沸器為中心，輔以酸氣冷凝器及分離器和回流系統(tǒng)的低壓部分；溶液換熱冷卻及過濾系統(tǒng)和閃蒸罐等介于上面兩部分壓力之間的部分。土庫曼80億項目工藝設計探討土庫曼80億項目工藝設計探討多列裝置重復建設胺液再生系統(tǒng)在某些情況下，天然氣凈化廠內幾個吸收塔的富液可以合并至一套換熱及再生系統(tǒng)處理，習慣上可稱為“多合一”流程（如三合一等）。

采用“多合一”流程可取得如下效益：（1）節(jié)省投資，減少溶劑投入量；（2）裝置經常性能耗顯著下降；（3）工廠增減處理量的操作變得非常簡單；（4）減少裝置檢修費用及縮短檢修周期。重慶天然氣凈化總廠墊江分廠原三套脫硫裝置根據實際條件改為“三合一”流程運行，取得了很好的技術經濟效益。也可以是同一套裝置內部不同吸收塔共用同一種胺液，即使幾個吸收塔處理不同的氣體，也可以將富液合并再生。荷蘭Emmen天然氣凈化廠便使用了“五合一”流程。該廠的5個吸收塔分別是：處理原料天然氣的主吸收塔、閃蒸氣脫硫塔、分子篩脫硫裝置再生氣脫硫塔、富液富集閃蒸塔和處理尾氣的SCOT吸收塔。富液并入一套再生系統(tǒng)再生，整個工廠運行情況良好。土庫曼80億項目工藝設計探討●●●土庫曼80億項目工藝設計探討土庫曼80億項目工藝設計探討下圖是重慶天然氣凈化廠墊江分廠脫硫裝置“三合一”改造后運行數據（三個吸收茶塔的富液合并閃蒸、換熱及再生）。本項目此值為877！二、系統(tǒng)設計相關問題探討三）胺法吸收工藝流程問題二：吸收塔底富胺液壓力能的利用MDEA法脫硫裝置的吸收塔通常在高壓下操作，而再生塔則在低壓下操作。因此，需要用溶液循環(huán)泵（國內一般為離心泵）將再生塔塔底的貧液加壓至高壓后進入吸收塔，故泵的揚程高、功率大，甚至需要選用高壓電動機驅動。另一方面，離開吸收塔塔底的高壓富液通常經液位調節(jié)閥節(jié)流降壓后進入閃蒸罐。這樣，就造成了高壓富液壓力能的浪費。如將高壓富液通過液力透平進行能量回收，則電動機的驅動功率就可以降低很多。土庫曼80億項目工藝設計探討土庫曼80億項目工藝設計探討原設計土庫曼80億項目工藝設計探討原設計在應用中存在的問題基于液力透平驅動的特點，只有液力透平轉速高于電動機轉速時，超速離合器才能嚙合實現能量回收。因此，其存在二個缺點：①能量傳遞效率低。如原65億設計制造的透平能量回收系統(tǒng)，透平效率為69%，電動機效率為93%，超速離合器效率為95%，離心泵效率為78%，能量回收總傳遞效率47.5%（69%

×93%

×95%×78%）。②液力透平驅動受工藝波動影響較大、外輸功率不穩(wěn)定。由于脫硫單元富液壓力和流量經常受到工況影響發(fā)生波動，富液中有時還夾帶氣泡，易造成透平工作時脫離設計流量和壓力工況，從而使透平轉速和輸出功率發(fā)生較大變化，超速離合器經常處于高速嚙合和脫開工況的交替中，導致超速離合器經常損壞，設備被迫停工檢修，影響正常生產。土庫曼80億項目工藝設計探討現設計J-T閥土庫曼80億項目工藝設計探討現設計面臨的問題在去掉原設計的液力透平后，增加了調節(jié)釜液位的減壓閥（J-T閥）。雖可以滿足正常生產，但存在如下問題：1，白白浪費了富胺液的高壓能；2，J-T閥的減壓導致的文丘里效應使富胺液溫度降低，與后續(xù)閃蒸能量要求相背；3，增加了裝置安全隱患（高低壓串壓）。土庫曼80億項目工藝設計探討建議的設計應用透平增壓泵把高壓富液的能量直接轉換成貧液的能量，再配一臺小揚程全流量離心泵實現能量轉換，如圖所示。透平增壓泵與一級增壓泵（即溶液循環(huán)泵）串聯(lián)工作，分級提升貧液的壓力，把貧液泵入脫硫吸收塔。電動機驅動的一級增壓泵流量為全流量，但是揚程卻只有原來的40%~60%，所配套的電動機和電氣控制設備負荷也相應減少為原來的40%~60%。透平增壓泵采用單級高速沖擊式液力透平直接驅動單級高速離心泵的葉輪，能量轉換效率最高達81%。由于透平增壓泵葉輪能自動適應透平葉輪的轉速，受富液流量和壓力的變化影響較小，使透平增壓泵始終保持高效率。此外，由于透平增壓泵結構簡單，轉動部件少，沒有機械密封、滾動軸承、超越離合器和潤滑系統(tǒng)，因而運行安全、可靠，故障率極低，噪音低，無泄露。

土庫曼80億項目工藝設計探討建議的設計現以國內某天然氣凈化廠脫硫脫碳裝置為例。該脫硫脫碳裝置的主要工藝參數如下:

天然氣處理量:400×104m3/d

吸收塔壓力:6.0MPa

原料氣中CO2:5.73%H2S:0.06%

凈化氣中CO2:3%H2S:20mg/m3

溶液循環(huán)量:136m3/h

土庫曼80億項目工藝設計探討二、工藝設計探討四）分子篩脫水工藝問題從脫硫脫碳裝置出來的原料氣，經原料氣聚結器除去夾帶的水滴后進入分子篩脫水塔。原料氣分為兩股，并聯(lián)自上而下地分別通過兩個分子篩脫水塔，進入脫水吸附過程。脫除水后的凈化氣作為干氣輸至下一個處理裝置或外輸。從干氣管線上引出一部分干氣作為冷卻氣，自上而下通過剛完成再生過程的分子篩脫水塔，以冷卻該塔。冷卻氣出塔后與再生氣換熱后進入再生氣加熱爐，加熱至300℃后作為貧再生氣，貧再生氣自下而上通過剛完成吸附過程的分子篩脫水塔，以加熱分子篩床層，使吸附的水脫附并進入再生氣中，使再生氣出口溫度達到270℃。出塔后的富再生氣經換熱回收熱量后進入再生氣空冷器中冷卻，使再生氣中的大部分水蒸氣冷凝為液體。冷卻后的富再生氣進入再生氣分離器，分離后的富再生氣經再生氣壓縮機增壓后返回上游脫硫脫碳裝置。

土庫曼80億項目工藝設計探討注意再生氣的去向土庫曼80億項目工藝設計探討分子篩脫水氣質分析數據土庫曼80億項目工藝設計探討

存在的問題：自開產以來，取樣分析結果表明，再生氣中硫化氫含量偏高，從而導致干凈化氣中硫化氫含量階段性超標。從表中可以看出，再生氣中硫化氫含量在吸附轉為再生后1h~2h內達到最高。

原因分析：分子篩脫水工藝主要使用3A和4A分子篩。這兩種分子篩在吸水能力方面并沒有很大的區(qū)別，它們的主要區(qū)別是在吸收H2S上，具體如下。1）基于4A分子篩設計的系統(tǒng)一般小于基于3A型分子篩設計的系統(tǒng)，因為4A分子篩的水處理能力更強。同樣體積的4A分子篩會比3A型分子篩的吸水能力強10%，所以在通常情況下，選擇4A分子篩是出于經濟的考慮。2）4A分子篩需要較少的再生氣量，但是其再生溫度高于3A型分子篩。3）4A分子篩在吸水的同時會吸收H2S和其他S組分，并能催化COS生成，其催化能力比較強。3A分子篩則基本不吸收原料氣中含有的H2S和其他S組分，僅僅吸收原料氣中含有的H2O，并且3A分子篩催化生成COS的作用很小。土庫曼80億項目工藝設計探討原來采取的措施：

臨時措施為：延長吸附周期，降低再生溫度及再生氣流量。長期措施為：更換部分設備管線材質，由不抗硫改為抗硫；調整工藝流程，