分子篩脫水裝置在輕烴回收站的改造

宋志俊　王娟娟　張建紅　解兆友　趙泉安　長慶油田采油一廠

分子篩脫水裝置在輕烴回收站的改造

宋志俊王娟娟張建紅解兆友趙泉安
長慶油田采油一廠

分子篩在安塞油田輕烴處理系統的應用已有10余年，歷經多次改造與優化：其中某輕烴回收站改造4次，解決了分子篩經常性故障停運、易腐蝕、再生氣不足等多項問題；使分子篩脫水裝置能夠連續運行，降低了設備故障率；提高了分子篩脫水效果，分子篩后氣體露點降低至-10℃，降低設備凍堵率，尤其是改造后冬季再未出現過凍堵情況；提高了輕烴質量，輕烴含水率下降；分子篩脫水裝置改造為自動控制系統，降低了員工勞動強度。

分子篩；脫水；輕烴；再生；吸附

1　工藝現狀

安塞油田共有輕烴處理站5座，負責回收9個采油作業區伴生氣、原油揮發氣、原油穩定氣。輕烴生產原料氣中含有水分，低溫條件下形成游離水，造成管線凍堵、超壓運行等安全風險，因此輕烴生產過程中需要將水脫除。脫水工藝如圖1所示。從圖1中可以看出，目前輕烴回收工藝脫水方式主要有兩種：①原料氣中水蒸氣在低溫、中壓的工藝環境下形成游離水，在重力作用下沉至容器、管道底部，通過定時排污、排水進行脫除，某輕烴回收站游離水脫除情況見表1；②使用分子篩脫水裝置，進行獨立脫水，以達到脫水效果。安塞油田各輕烴處理站都安裝分子篩進行脫水。

圖1　安塞油田輕烴回收脫水工藝

2　工藝原理

雖然使用容器脫除游離水的方式可以脫除大部分水分，但無法達到輕烴露點低于-30℃的要求，應用分子篩可以達到深度脫水的目的。分子篩的主要成分為結晶態硅酸鹽，根據分子大小、極性分子等對水蒸氣進行吸附。分子篩脫水裝置主要工藝原理如下：

（1）脫水裝置有2具干燥塔，干燥塔內填充分子篩濾料，一具用于吸附水蒸氣，另一具用于脫除分子篩水分再生。

（2）生產輕烴原料氣進入1具干燥塔進行吸附，分子篩吸附原料氣中的水蒸氣得到干氣。

（3）另外1具干燥塔利用高溫再生氣使水分脫離分子篩吸附，并將水分攜帶出干燥塔。

（4）再生各工作8 h，自動進行對調工作。

（5）再生后的干燥塔需要冷卻，使分子篩達到再次吸附的工作要求。工藝流程如圖2所示。

圖2　改造前分子篩脫水裝置工藝流程

3　存在的問題

分子篩在安塞油田輕烴處理系統的應用已有10余年，歷經多次改造與優化，其中某輕烴回收站改造4次，解決了分子篩經常性故障停運、易腐蝕、再生氣不足等多項問題。

（1）分子篩閥門易故障。由于原料氣中含硫化氫、雜質，同時高溫再生氣進入干燥器都會造成閥門卡死、關閉不嚴，閥門故障會造成管線超壓運行、分子篩再生氣體和原料氣互竄等隱患，使分子篩運行安全風險增大、脫水效果降低。

表1　某輕烴回收站游離水脫除情況

（2）分子篩再生氣不容易達到工藝要求。分子篩干燥器內濾料的再生，取決于再生氣氣量和溫度，當分子篩再生效果不好或無法運行時，分子篩將無法工作。

（3）再生氣壓縮機容易故障。再生氣壓縮機作為再生氣循環用動力源，由于壓縮機進口壓力較高（0.4～0.6 MPa），壓縮機震動較大，進入壓縮機氣體為高溫氣體，增大壓縮機故障率。

（4）再生氣冷卻換熱器容易發生故障。再生氣溫度較高（180～200℃），需要降溫才能循環使用。由于換熱器運行溫度較高，易發生故障。

4　裝置改造

（1）閥門的選擇：①帶有自動控制系統的普通球閥容易發生故障，該類閥門專業性強，需要廠家單獨維護和更換，造成分子篩長時間停運；②普通手動球閥易維修、更換，運行過程中能夠及時發現問題，使分子篩能連續運行，但需要人工操作，同時更換閥門頻次較多，增加了員工的工作強度和運行費用；③耐高溫、耐腐蝕四通不銹鋼閥門，將四個閥門更改為兩個閥門，故障率低。

（2）再生氣源的選擇：①再生氣壓力、氣量不足會使水分無法完全脫除吸附，降低分子篩脫水效果；②再生氣壓力較高，會造成設備、設施工作壓力高，增加安全風險，提高設備故障率；③再生氣可以是天然氣、脫水后的輕烴氣、輕烴系統生產的干氣，也可以是外部來氣，但外部來氣尤其是冬季氣量不易受控；④可使用壓力調節閥將壓力高的再生氣調節至所需要的壓力，保證了再生氣壓力、氣量的穩定。

（3）再生氣處理要合理：①再生氣直接排放進入輕烴回收站放空系統，由于氣體含水，冬季會造成管線凍堵，同時氣體直接排放會造成浪費，不利于節能減排；②再生氣通過分離器沉降脫水后可直接循環使用，但是分離器脫水不徹底，影響分子篩再生效果；③再生氣可以并入原料氣進行脫水處理，而完全脫水的原料氣可作為再生氣進行分子篩再生，通過調壓閥、原料氣壓縮機進行壓力調節，使再生氣循環使用。

（4）其他方面的經驗：①再生氣壓縮機作為再生氣動力源，可以去掉，使用高壓氣源作為再生氣氣源，不需要安裝再生氣壓縮機；②再生氣換熱器使用要科學合理，安裝時需考慮換熱器流道面積，若確實需要利用換熱器進行換熱時，可考慮整個裝置的管線、閥門、設備全部采用不銹鋼材質，這樣可以延長設備的使用壽命；③分子篩脫水裝置運行過程中，再生塔工作壓力要低于吸附塔工作壓力，高溫氣體不會在發生閥門關閉不嚴后竄入整個系統，可以降低事故的發生頻率。

多次改造后分子篩脫水裝置工藝流程見圖3。從分子篩脫水裝置工藝流程改造前后對比可以看出，通過多次改造分子篩脫水裝置流程更加簡化，使用的設備減少，不僅提高了脫水效果，降低了設備故障率，而且提升了輕烴回收效益。

圖3　改造后分子篩脫水裝置工藝流程

5　改造效果

分子篩脫水裝置經過多次改造取得了以下幾方面效果：

（1）使分子篩脫水裝置能夠連續運行，降低了設備故障率。

（2）提高了分子篩脫水效果，分子篩后氣體露點降低至-10℃，降低設備凍堵率，尤其是冬季改造后未出現凍堵情況。

（3）提高了輕烴質量，輕烴含水率下降。

（4）分子篩脫水裝置改造為自動控制系統，降低了員工勞動強度。

6　結論

（1）分子篩脫水裝置是輕烴回收系統深度脫水裝置，雖然總脫水率達不到40%，但是分子篩脫水裝置可以有效地降低氣體露點，防止管線凍堵。

（2）設備完好性是分子篩脫水裝置能夠連續運行的保障，因此應加強分子篩的設備、設施的保養，高溫運行下的關鍵閥門保養不善，是導致分子篩停運的重要原因。

（3）再生氣的使用、處理是直接影響分子篩脫水裝置運行效果的關鍵因素。

15129750044、songzj1_cq@petrochina.com.cn

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.019

宋志俊：工程師，2009年畢業于西安石油學院油氣儲運專業，現任長慶油田第一采油廠集輸大隊技術員。

2015-03-06