精細過濾技術在南壓深冷裝置的應用試驗

2016-09-06 08:28:42邢杰代勇大慶油田天然氣分公司

石油石化節能 2016年3期

邢杰　代勇（大慶油田天然氣分公司）

精細過濾技術在南壓深冷裝置的應用試驗

邢杰代勇（大慶油田天然氣分公司）

南壓深冷裝置分子篩粉化嚴重，原料氣攜帶大量粉塵進入后續冷換設備，原過濾器金屬燒結濾芯壓差大，旁路過濾器為網狀過濾器，精度等級低，造成后續冷箱壓差增大，嚴重影響了裝置的安全平穩運行和換熱器的換熱效率。研發了適合深冷裝置分子篩出口的精細過濾裝置。經現場試驗，該過濾裝置消除了后續冷箱堵塞，降低了工藝物流壓力，提高了冷箱換熱效率，達到了增產輕烴，降低單位產品綜合能耗。

分子篩；精細過濾；雜質脫除；換熱效率

南壓深冷F-0202粉塵過濾器自建站以來已投用6年，濾芯采用粉末金屬燒結濾芯，過濾精度高（≤5 μm）。通常運行半年后，當原料氣量為28 000 m3/h，過濾器壓差達到0.30 MPa，原料氣瞬時量為25 000 m3/h，過濾器壓差達到0.20 MPa，遠高于設計壓差小于或等于0.05 MPa，已無法單獨運行，只能打開旁路過濾器平行運行，旁路過濾器為網狀過濾器，精度等級低[1]，分子篩內粉塵隨著原料氣進入下游冷凍單元，長期運行對冷箱形成堵塞。當堵塞嚴重、壓差升高時，如操作不當就會導致前端壓縮單元憋壓，造成壓縮機因出口壓力高而停機，影響裝置連續平穩運行，同時影響冷箱換熱效率。為提高裝置運行效率，提高輕烴產量，降低單位產品綜合能耗，開展了深冷分子篩出口精細過濾技術試驗研究。

1　深冷分子篩出口凈化裝置的開發設計

根據天然氣含有粉塵及油污等雜質，天然氣凈化的工藝線路設計應與國內外常用濾芯/濾管等凈化方式不同，目前天然氣凈化工藝采用三級凈化即第一級“重力沉降室”、第二級“E-II型高效旋風分離器”、第三級“HGSD高效氣體過濾器”。

1.1過濾裝置工藝條件

氣體介質：天然氣（已脫硫）；

氣體密度：0.7 kg/m3；

處理氣量：60×104m3/d（標態）=833.3 m3/h（操作態）；

運行壓力：3.0 MPa；

設計壓力：4.0 MPa；

運行溫度：45℃；

設計溫度：60℃。

1.2高效過濾器濾料

分子篩出口安全過濾技術及裝置的試驗，關鍵在于精細分離環節中試驗SRI系列中空纖維過濾濾料的過濾精度、容塵情況和吸附能力等性能對所除氣體及加工裝置是否達到生產運行工況要求。對幾十種濾料從以下方面進行篩選：

1）穩定性。運行穩定可靠，濾料的纖維不會因起刺、掉毛而被吸入到壓縮機內。

2）吸附能力。能夠吸附脫水后天然氣中攜帶的分子篩粉塵。

3）空隙率和納污量。在滿足氣量負荷和運行時間的條件下，其壓力損失應在規定的范圍內。

4）耐損強度。濾料不會因氣量負荷、系統壓力的波動以及壓縮機的抽吸而損壞。

有關凈化系統的總阻力ΔP值是可變值，初始時高效氣體過濾器的總阻力（即空白阻力） ΔP很小（ΔP≤2 kPa），隨著時間的推移，天然氣中的雜質越來越多被捕集，系統總阻力ΔP會緩慢逐步增加[2]。如果氣體通過濾料層的壓差太大，組合凈化裝置的總壓差也會很大，就會影響到天然氣加工裝置壓縮機及后續設備的正常運行。

2　應用試驗

2.1改造流程

該項目在原工藝流程不變的情況下，新增1套HGSD/0.9kPN4.0氣體凈化成套裝置，替代原精細過濾器對分子篩出口氣體進行過濾。經分子篩脫水后的氣體進入HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置，過濾氣體攜帶的分子篩粉塵，然后進入壓縮機。改造后流程，見圖1。

圖1　改造后裝置流程圖

2.2試驗效果

HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置投產運行后，停運原精細過濾器，氣體全部進入HGSD/ 0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置，該裝置設計安裝時無旁通。

1）過濾壓差。HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置與原F-0202粉塵過濾器新建粉塵旋風分離器采用并聯安裝，投產后停運原過濾器，運行期錄取了過濾前后的壓力（表1）。計算平均壓差為0.03 MPa，比原金屬燒結濾芯壓差（0.3 MPa）降低90%，達到裝置運行要求。

表1　2012年10月天然氣凈化成套裝置入/出口壓力統計

2）堵塞情況。南壓深冷裝置原過濾器未設計反吹掃系統，因分子篩粉塵堵塞問題，原精細過濾器每年需更換過濾器濾芯1次。對HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置的濾料使用壽命及后續冷換設備中的粉塵含量觀察，該裝置連續運行1年后只有最上層濾料顏色變黑，其余均保持白色，后續冷換設備中未發現含有粉塵。

2）設備維護費用。原過濾器每年需更換濾芯1次，費用約為32萬元。HGSD/46K天然氣凈化成套裝置每年更換濾料的費用約為3萬元，大大降低了裝置的維護費用。

3）增產節能。與原過濾器相比，新研制過濾器自生產運行壓降由0.3 MPa降至0.03 MPa，后續冷箱未出現堵塞，冷箱運行平均壓降降至0.2MPa，裝置工藝物流總壓降降低0.47 MPa，增大了制冷設備膨脹機的膨脹比，制冷能力提高，平均制冷溫度由-78℃降至-79.5℃，在能耗不增的情況下，年增產輕烴720 t，單位產品綜合能耗降低。