天然氣深冷裝置雙級膨脹與單級膨脹制冷工藝對比分析

邵凱（大慶油田有限責任公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

天然氣深冷裝置雙級膨脹與單級膨脹制冷工藝對比分析

邵凱（大慶油田有限責任公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

本文從工藝指標、操作特點和裝置能耗三個方面對深冷裝置雙級膨脹和單級膨脹制冷工藝進行了對比分析，找出了兩套裝置工藝方面的優缺點，為裝置的運行調整和技術改造提供了借鑒經驗。

雙級膨脹；單級膨脹+丙烷輔助制冷；工藝指標；操作特點；裝置能耗

大慶油田天然氣分公司現有七套深冷裝置，其中，薩南深冷采用雙級膨脹無輔助劑制冷工藝，其它均為單級膨脹+丙烷輔助制冷工藝。為使深冷裝置的優化調整、技術改造相互借鑒，進一步提高裝置運行水平，現選取了薩南深冷與南八深冷進行工藝對比分析。

1 裝置概況

薩南深冷裝置是從西德林德公司全套引進的油田氣深冷分離回收液烴裝置，1987年9月投產運行。裝置采用雙級膨脹無輔助劑制冷工藝，設計處理能力為60×104m3/d，操作彈性范圍為80%-120%，乙烷回收率不小于85%，裝置制冷溫度-97℃，輕烴收率3.0 t/104m3。

南八深冷由大慶油田工程有限公司設計，2011年12月投產運行。裝置采用單級膨脹+丙烷輔助制冷工藝，設計處理濕氣90×104m3/d，操作彈性范圍70%-110%，制冷溫度-81℃，輕烴收率2.45 t/104m3。

2 工藝對比分析

2.1 工藝指標對比

其差別可從原料氣組分、工藝參數、關鍵組分回收率上進行對比分析。

從原料氣組分上看，薩南深冷和南八深冷C1組分分別為

79.34 %和79.63%，而其它組分差別也不大，即氣源組成基本相同，因此，原料氣組分差異不是兩套裝置輕烴收率偏差的主要原因。

從工藝參數和關鍵組分回收率上看，兩套裝置膨脹機出口溫度和脫甲烷塔塔頂溫度基本相同，過冷輕烴的溫度南八深冷比薩南深冷低9℃，根據亨利定律K=yi/xi，溫度低平衡常數K值變小，有利于組分的液化，關鍵組分回收率收率提高，南八深冷C2組分回收率為46.6%，比薩南深冷38.7%高7.9%，外輸氣中C1/C2南八深冷為41.0,比薩南深冷32.7高8.3，說明了南八深冷脫甲烷塔的分離效果較好。脫甲烷塔的壓力薩南深冷較南八深冷高0.36MPa，從提高回收率上講，適當地提高塔的操作壓力，有利于提高乙烷回收率，而薩南深冷C2回收率低于南八深冷，主要原因是薩南深冷脫甲烷塔各股進料組成及溫度與原設計差別較大，而塔板數不變，分離效果發生了變化。從工藝參數上也可看出，薩南深冷外輸干氣壓力低（0.35MPa），供給高壓用戶需進一步增壓。

2.2 操作特點對比

兩套裝置自動化控制程度均較高，采用DCS控制聯鎖保護。在操作方面，啟機時，薩南深冷設備設施較南八深冷少，導通流程較少，工作強度低，但是由于薩南深冷為燃機驅動三級壓縮，燃機啟動需要輸入一定指令，而且是否能夠及時點火為不確定因素，影響啟機時間；正常的運行調整，薩南深冷設備設施較少，操作強度不大，但是由于近年來，排污系統經常堵塞，為了建立液位，排污系統手動操作頻繁；停機過程與啟機過程操作強度基本類似，但是在制冷系統停機方面，膨脹機或丙烷機停機，仍有一臺制冷機組可運行，裝置可正常運轉，而薩南深冷膨脹機停機后，基本不產烴，長時間停膨脹機，裝置需停運。

2.3 裝置能耗對比

表1 薩南深冷和南八深冷能耗對比表

薩南深冷主要是依靠燃機驅動三級壓縮，所以耗氣量較大，耗電量較少；南八深冷主要依靠電機驅動三級壓縮，并且制冷部分還有丙烷機耗電，所以耗電量較大，耗氣量較少。從表1可以看出，薩南深冷比南八深冷平均年多耗氣約1176.5×104m3、少耗電約4442.7×104kWh。

在不考慮薩南深冷燃機尾氣熱量回收為薩南原穩提供熱量節約用氣的前提下，從耗用能源產生的熱能看，按折標系數電為0.1229千克標準煤/千瓦時、氣為1.33千克煤/立方米計算，薩南深冷噸產品綜合能耗為89.51千克煤/噸產品，比南八深冷

30.2 千克煤/噸產品高56.7千克煤/噸產品；從經濟角度看，按照工業產值價格計算，即氣單價1.18元/立方米、電單價0.638元/千瓦時計算，薩南深冷噸產品能耗費用為98.7元/噸產品，比南八深冷160.8元/噸產品低63元/噸產品。

3 結語

1）從工藝指標對比分析，薩南深冷脫甲烷塔進料組分、溫度與原設計差別大，分離效果較南八深冷差，輕烴收率、C2關鍵組分回收率、外輸氣C1/C2分別比南八深冷低0.05噸/萬立方米、

7.9 %和8.3，并且外輸氣壓力低，供給高壓用戶需進行增壓。

2)從操作特點對比分析，薩南深冷設備設施少，操作強度相對較小，但是燃機點火時間不確定，長時間停膨脹機，裝置需停運，操作靈活性差。

3)從能耗對比分析，薩南深冷較南八深冷耗氣量大、耗電量小。在不考慮薩南深冷燃機尾氣熱量回收為薩南原穩提供熱量節約用氣的前提下，從耗用能源產生的熱能看，薩南深冷耗能大；從經濟角度看，薩南深冷較為經濟。

[1]李福成，劉立軍.薩南深冷裝置操作手冊[M]，黑龍江科學技術出版社，156