基于能流模型的伴生氣脫硫裝置節能分析

王林強王應全陳有明

（1.塔里木油田塔北勘探開發項目經理部；2.塔里木油田天然氣事業部）

基于能流模型的伴生氣脫硫裝置節能分析

王林強1王應全1陳有明2

（1.塔里木油田塔北勘探開發項目經理部；2.塔里木油田天然氣事業部）

針對哈拉哈塘油田伴生氣脫硫裝置低負荷運行的實際，以能量邊界劃分能流模型來系統性分析現階段裝置能量有效利用狀況，查找在生產過程中能量轉化、利用和回收環節的能量消耗。進一步探討伴生氣脫硫裝置在低負荷下的安全、節能、高效運行參數及節能措施，深挖裝置節能潛力，合理評價生產裝置能耗狀況，優化生產系統熱力學應用，提高裝置運行的經濟性。

油田伴生氣脫硫裝置能流模型節能

哈拉哈塘油田建設工程是塔里木油田公司建設“新疆大慶”六大產能工程之一。哈六聯合站主體工程是酸性油氣處理的中心，工藝裝置較復雜。站內包含原油脫硫脫水，伴生氣增壓、脫硫、脫水脫烴，硫磺回收等主體生產裝置。伴生氣脫硫選用醇胺法脫硫工藝，用質量分數40%的甲基二乙醇胺與含硫化氫天然氣逆流接觸，脫除硫化氫。設計伴生氣脫硫裝置處理量為45×104m3/d，由于前期進站總氣量維持在10×104～12×104m3/d左右，客觀上給當前裝置的安全生產和節能提出了新的要求［1］。

1　脫硫工藝

如圖1所示，含硫原料氣進入胺液吸收塔下部，與塔上部進塔的貧胺液逆流接觸，原料氣中幾乎全部硫化氫及部分二氧化碳被貧胺液吸收進入液相從而脫除。吸收了酸性組分的富胺液自塔底排出，進入胺液閃蒸罐進行閃蒸和氣液分離，閃蒸后的富胺液依次進入預過濾器、活性炭過濾器、后過濾器，進入貧富液換熱器與來自再生塔再生后的貧胺液進行換熱，對貧胺液進行冷卻。富胺液溫度升高后由再生塔上部進塔，在塔內解析出酸性組分從而恢復脫硫活性成為貧胺液后由再生塔底部出塔。貧胺液出塔后先經過貧富液換熱器冷卻再進入胺液循環增壓后，進入貧液冷卻器冷卻，然后進入吸收塔循環利用。

圖1　脫硫工藝流程

2　能耗分析

哈拉哈塘油田伴生氣脫硫裝置日均處理伴生氣量為10×104～12×104m3，遠低于設計處理量45× 104m3/d，占設計的25%不足，給裝置的安全生產和節能提出了新的要求。脫硫裝置在日常生產中的耗能工質主要有二次能源電力及一次能源油田伴生氣轉化而來的熱能。整套裝置的主要耗能單位有2臺工頻胺液循環泵、2臺工頻酸水回流泵、3臺變頻貧胺液空冷器、2臺變頻酸氣空冷器及為胺液再生提供熱源的導熱油。

能流模型能客觀地闡述系統用能的本質狀況［2］。依據能量的流入與流出來劃分子模型，結合伴生氣脫硫工藝設計特點，將整個脫硫裝置劃分為脫硫、換熱、再生3個子模型（圖2），其中子模型1與子模型3包括能量的轉化與利用過程，而子模型2僅為能量的回收過程。

圖2　伴生氣脫硫裝置能流模型

考慮到脫硫裝置設計較為緊湊、保溫較好，并且為了便于計算，忽略管道局部、沿程阻力的能量損耗及熱能沿管道的熱量損失。分析能量轉化、能量利用、能量回收等環節脫硫裝置的能量消耗［3-4］，其中機泵、導熱油的能量利用按相關公式計算。

由表1可知，伴生氣脫硫裝置能量消耗的關鍵環節在于脫硫與再生子模型，其中脫硫子模型能耗的降低，對提高裝置整體能量利用效率有顯著影響；而選用板式換熱器的換熱子模型對能量回收利用有較好的效果。

表1　伴生氣脫硫裝置用能狀況

3　節能措施

結合伴生氣脫硫裝置設計值與生產運行優化參數（表2、表3），分析了裝置的節能潛力［5］。

表2　伴生氣進出脫硫裝置參數

從表2、表3可以看出：前期進裝置總氣量明顯不足，脫硫裝置能耗明顯偏高，考慮到為二期伴生氣留有足夠處理負荷等因素及降低裝置用能現狀的實際，裝置運行壓力較設計值降低0.7MPa來實現降低能耗與安全、方便操作的目的；在伴生氣沿管道的熱量梯度損耗基本不變的前提下，進裝置總氣量的減少，自身攜帶的熱量相應減少，必然導致進裝置溫度的降低，同時，裝置綜合能耗相對減少，但產品單位產量綜合能耗會急劇增加；伴生氣進裝置溫度的降低及氣量的減少直接影響胺液循環的溫度與循環量的選擇，對機泵的操作彈性及機泵效率影響較大。

表3　貧富胺液進出脫硫裝置參數

4　結論與建議

目前伴生氣脫硫裝置能量綜合利用率不高，存在較大的節能空間，提高裝置運行的經濟性顯得尤為迫切。提高子模型中單個泵機組的效率，根據處理氣量的大小適時對電動機做變頻改造；加快二期氣量進脫硫裝置處理的進度，減少管道熱量的散失；從脫硫工藝參數著手，不斷優化運行參數，特別是脫硫、再生子模型的運行參數。

［1］肖寒，殷明漢，李愛仙.我國節能標準現狀與展望［J］.中國標準化，2004（2）：28-30.

［2］孫寧.油田企業能耗評價與優化決策研究［D］.北京：中國石油大學，2008.

［3］天津大學物理化學教研室.物理化學（上冊）［M］.4版.北京：高等教育出版社，2001：34-47.

［4］徐孝軒，陳從磊，孫國華.勝利油田聯合站加熱系統節能潛力分析［J］.節能，2011，349（9）：21-23.

［5］李菁菁.酸性水單塔低壓汽提工藝能耗分析及節能措施［J］.煉油技術與工程，2008，38（11）：44-45.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.003

2014-04-26）

王林強，2009年畢業于西安交通大學（化學工程與工藝專業），從事油氣田開發、節能技術等工作，E-mail：wanglqtlm@petrochina.com.cn，地址：新疆庫爾勒市石化大道26號塔北勘探開發項目經理部，841000。