天然气处理系统在低负荷工况下的影响情况及改进对策分析

摘 要：从装置运行影响、处理气体回收率影响、能耗影响、系统运行稳定性和安全性影响等四个方面详细分析了天然气处理系统在低负荷工况下的受影响情况进行分析，同时对影响原因进行深入研究。在此基础上，提出进行操作优化调整、进行处理技术和设备改造、天然气处理工艺优化、处理气中加入干气四个改进对策，有效降低能耗和提高气体收率。

关键词：天然气 处理 低负荷

一、低负荷工况下的影响

1.低负荷工况对气体回收率的影响

低负荷工况条件下天然气处理对有用气体回收率也有一定的影响，油田伴生气经气体原料压缩机和增压机进行多级压缩，干燥脱水后进入降温系统进行换热，在低温分离器进行有效分离，然后进入脱甲烷装置进行气相膨胀机降温后作为进料，产生甲烷后进入冷却换热输出。在整个过程中以丙烷作为介质换热，通过等熵膨胀使气相降温的膨胀机对介质进行节流。膨胀机是整个分馏装置低温设备提供冷源的主要设备，在实际天然气处理过程中由于各方面条件的变化，装置总消耗冷量会发生改变，为了确保整个处理装置的冷量平衡，通过调节就会出现冷量发生相应的变化。在此状态下，进气量降低时制冷能力会随之下降，导致甲烷装置温度上升，产品回收率下降。

2.低负荷工况对天然气处理能耗造成影响

油田天然气处理装置主要包括进入气的预处理、脱硫处理、脱水处理、硫磺回收处理、水蒸气凝结、污水处理、空氮、放空装置等多个子系统，每个系统环节在整个处理过程中都会由于低负荷状态出现能耗变化。一是在脱硫过程中加压过程和循环泵运转需要消耗掉大量的电能；二是在脱水过程中所需要的电能和热交换的量都不大，在提浓时需要增加燃料气的消耗。这些耗能过程在一般情况比较稳定，但是在低负荷状态下，天然气处理装置协调性和稳定性出现波动，增加了各系统环节的能耗增加或变化。

3.低负荷工况对系统安全性造成影响

在低负荷工况下，由于天然气处理装置一方面是按照过往满负荷或高负荷工况设计的参数，难以匹配低负荷工况运转条件；另一方面由于很多设备使用多年已出现老化现象，设备运转稳定性和平稳性得不到有效保障；在这种情况下，低负荷工况条件的出现直接引起了处理工艺的波动和不稳定性，在受到较大影响时会导致安全事故的发生。

二、产生低负荷影响的原因分析

1.电能在设备单耗上的增加原因

1.1低负荷时进入量比较少，脱硫处理单元溶液循环量减少，溶液循环泵本身耗能大大减少，循环液量远远小于设计量的低值，再低流量运行时泵效率增加，此时能耗不会按照比例与循环量减少而降低，造成系统单耗能升高。

1.2天然气处理量降低情况下脱硫系统产生的酸气量会相应降低，在回收装置进行硫回收时所需配风量也会相应降低，为了保证燃烧炉风机不发生喘振，风机阀口在运行开度要保持30%的状态，低负荷时保持在60%状态才能达到送风量足够使用的要求，此时，风机消耗电能出现增大。

在处理量出现较大幅度降低时，总的电能消耗比例小于处理气体量降低比例，比例不协调导致了系统单耗能增加。

2.气体使用量单耗增加原因

2.1硫磺回收装置在低负荷状态下运转时，如果酸气浓度比较低，为了保证燃烧炉平稳运行，又要保证助燃供热的持续足够，会增加燃料供应量。

2.2锅炉是燃料气体消耗大户，产生的蒸汽主要用于硫磺回收和成型装置，在负荷降低时余热锅炉供应蒸汽量减少，不满足工艺需要，就需要加大燃料气增加蒸汽供应，从提高了气体消耗。

三、改进对策分析

1.根据处理实际特点进行操作优化调整

1.1根据需要处理的进入气体变化调整脱硫单元层数和循环液容量。一是调整循环液量减少了电机的输出功率，二是通过调整降低了溶液的循环量，从而降低了循环用水量和尾气灼烧炉所需燃料气量。

1.2对于循环水装置调整，一是根据装置循环冷却水用量的变化适当减少循环水泵的台数，二是根据外界环境温度的变化只要出水温度达到要求就及时停用凉水塔空冷风机，此部分节约大量电能。

1.3根据天然气处理装置产生污水量大小，适当对产生的污水进行集中一起处理，间歇式生产处理和停机休息，达到节约能量目的。

2.进行处理技术和设备改造

2.1对溶液泵末级叶片叶轮进行拆除换成加工轴套替代，降低低负荷工况下的电流，提高泵运转效率，避免出口阀门长期处于较小开度而影响泵运转，节约能源。

2.2改造硫回收装置提高风机过剩空气合理利用。将风机过剩空气用于地位灌区吹扫，减少工厂送风的能耗，或者进行污水处理装置的曝气，达到合理配风目的。

2.3在硫回收装置增加酸气分流管线，确保低负荷工况下硫回收装置处理平稳。分流管线可以使酸气部分直接进行克劳斯反应器，降低能耗也减少污染。

3.天然气处理工艺优化改造

3.1降低甲烷气体外输压力，提高膨胀比。降低外输气体压力可以提高膨胀比以降低膨胀机出口温度，加大辅助制冷量降低出口温度，最终都可以在减少天然气处理量的情况下降低膨胀机出口温度。

3.2降低脱甲烷装置热负荷，减少冷源能量消耗。减少脱甲烷装置塔顶热负荷温度，降低塔顶压力，既可以提高产品纯度又可以减少单元所需冷量。

3.3增减小节流阀门开度。采取增大压力降和降低节流前温度的方法加大温度降，关小节流阀可以降低节流后温度，节省能耗。

四、结论

1）从装置运行影响、处理气体回收率影响、能耗影响、系统运行稳定性和安全性影响等四个方面详细分析了天然气处理系统在低负荷工况下的受影响情况，并依从消耗能量、消耗燃料气对影响主要因素的成因进行了分析。

2）根据油田实际特点和影响情况，从进行操作优化调整、进行处理技术和设备改造、天然气处理工艺优化、处理气中加入干气对提出的有效对策措施进行分析，有效提高气体回收率和处理效率，同时降低了能耗。

参考文献：

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