油氣處理裝置空冷器替代水冷器現(xiàn)場試驗(yàn)

徐筱薔（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

油氣處理裝置空冷器替代水冷器現(xiàn)場試驗(yàn)

徐筱薔（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

大慶油田天然氣分公司 500#淺冷處理裝置壓縮機(jī)出口天然氣均采用水冷器進(jìn)行預(yù)冷，針對(duì)裝置存在水資源浪費(fèi)、水冷器管束容易結(jié)垢腐蝕的問題，開展了天然氣 500#淺冷裝置節(jié)水現(xiàn)場試驗(yàn)。課題分析了在淺冷裝置應(yīng)用空冷器替代水冷器的可行性，并應(yīng)用軟件模擬，核算了應(yīng)用空冷器后裝置制冷系統(tǒng)與脫水系統(tǒng)的負(fù)荷能否滿足工藝需求，最后實(shí)施了現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：空冷器運(yùn)行效果良好，可以滿足替代或部分替代水冷器的工藝要求，節(jié)水效果顯著。

天然氣 500#淺冷裝置 預(yù)冷 空冷器 節(jié)水

大慶油田共有 26套油氣處理裝置，其中 4套500#天然氣淺冷處理裝置，均為上世紀(jì)八十年代由國外引進(jìn)。由于當(dāng)時(shí)水源充足、水價(jià)較低等原因，壓縮機(jī)出口采用新鮮水對(duì)天然氣進(jìn)行預(yù)冷，近年來，隨著節(jié)能減排工作的開展以及水價(jià)的上漲，該水冷器消耗水量大、裝置運(yùn)行成本高的問題日益突顯；另外，由于循環(huán)水質(zhì)較差，冷卻水與高溫天然氣換熱后容易在管束結(jié)垢，影響換熱效率，并造成設(shè)備腐蝕穿孔，影響裝置正常運(yùn)行。因此，有必要通過開展天然氣處理裝置節(jié)水技術(shù)研究，優(yōu)化改造天然氣預(yù)冷單元，減少或停用水冷器，節(jié)約用水，減少因水冷器運(yùn)行狀況不良對(duì)天然氣預(yù)冷單元產(chǎn)生的影響，達(dá)到節(jié)能節(jié)水的目的。

1 應(yīng)用空冷器的可行性分析

1.1應(yīng)用空冷器的確定

大慶 地區(qū) 的平均 氣溫 較低，全年 只有 4.7℃，詳見表1。

表1 大慶地區(qū)全年氣溫 單位：℃

在這種氣候條件下，可應(yīng)用空冷器，充分利用大氣中的自然冷源。空冷器是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)，依靠翅片管擴(kuò)展傳熱面積來強(qiáng)化傳熱，通過空氣橫掠翅片管帶走管內(nèi)熱量，達(dá)到冷卻或冷凝管內(nèi)工藝流體的設(shè)備，冷卻溫度一般比環(huán)境溫度高15～20 ℃。由上表可知：在大慶采用空冷器，冷卻溫度能達(dá)到平均 30 ℃，可達(dá)到較好的冷卻效果，降低后續(xù)水冷器負(fù)荷，節(jié)約水資源的消耗。

1.2空冷器負(fù)荷的核算

以杏V-1淺冷裝置為例，壓縮機(jī)出口以空冷器替 代 水 冷 器 ， 按裝置處理 量 30×104m3/d， 天 然 氣壓 縮 機(jī) 出 口 溫 度 145 ℃ ， 要 達(dá) 到 制 冷 溫 度 （-25 ℃） 需要提供冷量約為 1790kW，溫降及冷量分布比例見圖1、表2。

圖1 裝置溫降變化示意圖

表2 天然氣由 145 ℃降至-25 ℃需要提供冷量分布比例

由上知：如果空冷器替代水冷器，天然氣由145 ℃ 冷 卻到-25 ℃ ， 其 中 58.7%冷 量可通 過 空 冷器提供 （原來是由水冷器提供），9.5%冷量由水冷器提供。

2 試驗(yàn)方案的確定

根據(jù)對(duì)裝置應(yīng)用空冷器可行性的分析，以及對(duì)裝置制冷負(fù)荷、乙二醇脫水負(fù)荷的軟件模擬核算，確定現(xiàn)場試驗(yàn)方案。

現(xiàn)場試驗(yàn)選在杏V-1淺冷裝置進(jìn)行，在裝置原工藝流程的基礎(chǔ)上，新增一臺(tái)空冷器，對(duì)壓縮機(jī)二段出口天然氣進(jìn)行預(yù)冷，水冷器E-502串聯(lián)在新建空冷器后，控制預(yù)冷溫度為20℃，當(dāng)冬季環(huán)境溫度較低，空冷器出口溫度可以達(dá)到20℃時(shí)，可停運(yùn)水冷器。通過該技術(shù)應(yīng)用，夏季可降低水冷器負(fù)荷，冬季可停運(yùn)水冷器，達(dá)到節(jié)水的目的，見圖2。

圖2 500#淺冷裝置改造流程圖

3 試驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)用空冷器替代水冷器的效果對(duì)比分為2種：

1） 預(yù)冷溫度為 17 ℃時(shí)，改造前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比見表3。

表3 改造前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

考核效果分析：

◇改造后原水冷器的負(fù)荷由空冷器與水冷器共同分擔(dān)，水冷器負(fù)荷由改造前的 896kW 降低為33kW，降低了 96.3%，水冷器耗水由改造前的 507 t/d 降低為 73t/d，降低了 85.2%，節(jié)水效果顯著；

◇改造后預(yù)冷單元壓降略有增加，由改造前的 37.85kPa 增 大 為 70.83kPa， 增 加 了 32.98kPa，該部分壓降應(yīng)為空冷器及新增管段的壓降；

◇改造后裝置耗電略有增加，增量為空冷器風(fēng)機(jī)增加耗電與水泵節(jié)約用電之差，考慮季節(jié)因素，年增加耗電約 8.5×104kWh。

2） 預(yù)冷溫度分別為 17 ℃、20 ℃時(shí)，運(yùn)行參數(shù)對(duì)比見表4。

表4 預(yù)冷溫度不同時(shí)運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

考核效果分析：

◇ 預(yù)冷溫度調(diào)整為20℃后，水冷器負(fù)荷進(jìn)一步 降 低 ， 由 32.8kW 降 低 為 5.1kW， 實(shí) 際 降 低 了84.5%，水冷器耗水由 73t/d 降低為 59t/d，降低了19.2%；

◇ 改 造 后 蒸 發(fā)器負(fù)荷增大，由 293.1kW 升 高為 303.9kW，提 高了 3.78%，制 冷機(jī) 組耗電 略有 增加，年需增加耗電約 19.1×104kWh；

◇由于冬季停運(yùn)水冷器可能造成管束內(nèi)結(jié)冰，損壞水冷器及相關(guān)管線，故保持水冷器持續(xù)供水。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

優(yōu)化改造前后的水電消耗情況對(duì)比見表5。

表中能耗分季節(jié)計(jì)算，裝置處理量為 30×104m3/d，按夏季運(yùn)行 80d （6—8 月， 扣 10d 檢修 期），冬季運(yùn)行 180d（10月15日—4月 15日），春秋季運(yùn)行 80d（扣10d檢修期） 進(jìn)行估算。

表 5 杏 V-1淺冷裝置改造前后能耗情況對(duì)比

1） 耗水情況。改造后，杏 V-1淺冷裝置年可節(jié)水 14.3×104t。

2） 耗電情況。改造后，杏 V-1淺冷裝置年需增加耗電 27.6×104kWh。

3） 效 益 分 析 。 改 造 后 裝 置 年 可 節(jié) 約 水 14.3× 104t， 每 噸 水 按 4.75 元 計(jì) 算 ， 年 節(jié) 約 成 本 67.9 萬元；改造后裝置年增加耗電 27.6×104kWh，每度電按 0.57 元計(jì)算，年增加成本 15.8 萬元。年共節(jié)約成本 52.1 萬元。

5 結(jié)論

1） 天 然 氣 分 公 司 500#淺 冷 裝 置 由 于循環(huán)水場不能正常投用，裝置采用新鮮水冷卻，存在裝置新鮮水消耗量大、水冷器易腐蝕結(jié)垢的問題，有技術(shù)改造的必要性。

2） 通 過開展 500#淺 冷 裝 置 空 冷 器 替 代 水 冷 器現(xiàn)場試驗(yàn)，不改變裝置原工藝流程，在水冷器前新增一臺(tái)空冷器，可以滿足替代或部分替代水冷器的工藝要求，是切實(shí)有效解決裝置存在問題的措施之一。

3） 在杏 V-1 淺冷裝置實(shí)施現(xiàn)場試驗(yàn)后，新建空冷器能充分利用自然冷源，減少或停用水冷器，節(jié)約用水，并減少因水冷器運(yùn)行狀況不良對(duì)裝置生產(chǎn) 的影 響。 改造 后年可節(jié)水 14.3×104t，節(jié) 約成 本52.1 萬元。

[1]楊世銘.傳熱學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1965:58-59.

[2]姚 玉 英.化 工 原 理 (上)[M].天 津:天 津 大 學(xué) 出 版 社, 1999:36-37.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.009.011

2013-05-28）

徐筱薔，2011年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué) （機(jī)械設(shè)計(jì)制造及 其 自 動(dòng) 化 專 業(yè) ）， 從 事 油 田 動(dòng) 態(tài) 分 析 工 作 ， E-mail：xuxiaoqiang890725@yeah.net， 地 址 ：黑 龍 江 省 大慶 油 田 有 限責(zé) 任 公司第一采油廠第四油礦工藝隊(duì)，163000。