輕烴處理裝置干燥設(shè)備失效的對策探討

王中喜 鮑春榮 王秀紅 張廣濱 孫霖

摘要：本文主要針對輕烴處理裝置干燥設(shè)備運(yùn)行失效這一問題，對不同處理工藝條件下的運(yùn)行情況，進(jìn)行調(diào)查分析，通過干燥系統(tǒng)設(shè)備的改造及優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)的操作，有效降低了干燥設(shè)備分子篩的失效問題，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，確保了輕烴處理裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：干燥設(shè)備；分子篩；脫水效益

一、前言

河口采油廠壓氣站是日處理天然氣7.5×104m3的輕烴處理單位，主要處理設(shè)備有四臺4L-19/0.5-16型往復(fù)活塞式石油天然氣壓縮機(jī)，W-LJ16100III氨制冷機(jī)組兩臺，LG16BMYJ氨制冷機(jī)組一臺，干燥設(shè)備、脫硫設(shè)備各一套，主要生產(chǎn)產(chǎn)品是液化氣和輕質(zhì)油。

近幾年由于原料氣組份的變化，原料氣中含水量也隨之變化，干燥系統(tǒng)的分子篩脫水能力不佳，致使天然氣的脫水效果差，從而導(dǎo)致后續(xù)裝置的制冷系統(tǒng)發(fā)生凍堵，給輕烴生產(chǎn)帶來一些安全隱患。為此通過現(xiàn)場調(diào)查分析，提出相應(yīng)的輕烴檢修改造方案及優(yōu)化操作運(yùn)行方案，有效解決了干燥設(shè)備分子篩的失效問題，提高了干燥設(shè)備的脫水運(yùn)行效益。

二、存在問題

1、干燥設(shè)備分子篩脫水效率低，原料氣含水量大

分子篩吸附后，原料氣水露點(diǎn)為-37℃（328ppmv）—-63℃（19ppmv）波動，一般在-50℃（15ppmv），低于SY/T0076《天然氣脫水設(shè)計規(guī)范》和SY/T0077《天然氣凝液回收設(shè)計規(guī)范》要求的膨脹機(jī)水露點(diǎn)-72℃，分子篩脫水能力較低。

2、干燥設(shè)備分子篩碳化結(jié)塊較嚴(yán)重

分子篩對原料氣中的重組分和有機(jī)物有優(yōu)先吸附能力，當(dāng)分子篩吸附和冷吹長期運(yùn)行在40？℃以下時，原料氣中未分離干凈的的重組分以及有機(jī)物會大量沉積在分子篩的表面，經(jīng)過后續(xù)280？℃左右的再生加熱過程，分子篩上的重組分碳化結(jié)塊，從而使分子篩碳化結(jié)塊較嚴(yán)重。

3、分子篩床層降低

壓氣站所用的干燥吸附劑是4A分子篩，運(yùn)行后塔內(nèi)床層塌陷（見分子篩床層降低圖、分子篩床層結(jié)構(gòu)圖），吸附能力降低，極易達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，導(dǎo)致進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的原料氣含水超標(biāo)，達(dá)不到輕烴回收工藝系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求，極易造成輕烴裝置的后路生產(chǎn)設(shè)備的凍堵。

4、輕烴生產(chǎn)存在安全隱患

干燥系統(tǒng)的低效工作，造成吸附塔原料氣的露點(diǎn)值較高，使輕烴生產(chǎn)過程中必須頻繁地進(jìn)行倒塔切換，不可避免的對干燥塔造成沖擊，加重了分子篩的粉化，吸附能力明顯下降，輕烴處理裝置的生產(chǎn)運(yùn)行存在一定的安全隱患。

三、干燥設(shè)備運(yùn)行效率低的原因分析

1、輕烴處理的脫水過程簡介

原料氣脫水在輕烴生產(chǎn)處理過程中是非常重要的一個工藝過程。河口壓氣站干燥設(shè)備就是將原料氣中的游離水脫除的關(guān)鍵設(shè)備。干燥設(shè)備組成由三臺干燥塔組成，一臺處于工作周期，一臺處于加熱周期，另一臺處于冷卻周期，采用時間程序切換。經(jīng)過增壓后的原料氣進(jìn)入兩臺串聯(lián)的分離器，脫除夾帶的殘余游離水和液滴后，自上而下通過干燥塔進(jìn)入粉塵過濾器，濾出氣流中夾帶的分子篩粉塵后進(jìn)入冷箱進(jìn)行輕烴生產(chǎn)。

2、原料氣與固體吸附劑的性質(zhì)

本站采用的脫水方法為固體吸附法，吸附劑為4A條形分子篩。由于分子篩對極性分子和不飽和分子有很高的親和力，而水是強(qiáng)極性分子，因此分子篩是原料氣脫水的優(yōu)良吸附劑。

原料氣中的水一般是以液、氣兩種狀態(tài)存在。在一定的條件下，隨氣體壓力、溫度而變化，壓力升高、溫度降低，原料氣的飽和水含量下降。

固體吸附劑吸附量隨來氣溫度的升高而減少，隨吸附質(zhì)在氣相中的分壓（濃度）的增大而增加。固體吸附劑的這種性質(zhì)表明，吸附過程在較高壓力、較低溫度環(huán)境下進(jìn)行更為有效。

由此可以得出結(jié)論：

（1）吸附能力強(qiáng)的吸附劑能得到好的吸附效果。

（2）原料氣保持較高壓力、較低溫度下可得到好的脫水效果。否則飽和水含量高，會增加吸附劑的負(fù)荷，縮短干燥塔使用壽命。

3、干燥設(shè)備運(yùn)行效率低的影響因素

結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析認(rèn)為影響干燥系統(tǒng)高效運(yùn)行的主要原因有：

（1）分子篩吸附能力下降

據(jù)有關(guān)資料指出，吸附劑的平均壽命一般為2～3年。本站所用的干燥塔吸附劑是在2013年更換的4A柱狀分子篩，分子篩老化嚴(yán)重，吸附能力降低，極易達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，導(dǎo)致進(jìn)入后路系統(tǒng)的原料氣含水超標(biāo)，達(dá)不到輕烴回收工藝系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求，極易造成輕烴裝置的后路凍堵。

（2）分子篩負(fù)荷增大

由于原料氣外供系統(tǒng)的改變，工藝條件也隨之變化，造成原料氣組份較重，而分子篩對氣中的重組份及有機(jī)物的吸附能力較強(qiáng)，這些重組份會吸附在分子篩的表面，如過多對分子篩再生加熱和冷吹的反復(fù)操作，發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，增加了分子篩負(fù)荷，從而降低其吸附能力。

（3）倒塔切換加重分子篩粉化

由于原料氣中含水量高，干燥設(shè)備平均每6個小時就要切換一次，充（泄）壓過于頻繁造成了分子篩的破壞。分子篩的吸附量增高增加了床層的壓力降并使分子篩產(chǎn)生相對運(yùn)動，造成分子篩的磨損，同時又使得分子篩極易達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，又增加了對干燥塔進(jìn)行切換的次數(shù)，從而形成一個惡性循環(huán)，降低了干燥設(shè)備效率，縮短了使用壽命。

四、采取的應(yīng)對措施

為有效提高干燥設(shè)備的運(yùn)行效率，在生產(chǎn)運(yùn)行中，采取以下應(yīng)對措施，確保輕烴處理裝置的安全正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1、降低分子篩充泄壓力

據(jù)有關(guān)資料指出，需要改變干燥塔壓力時，應(yīng)緩慢增壓或減壓，如果壓力變化速度控制在0.24MPa/min以下，就可減小對分子篩床層的沖擊。現(xiàn)場操作操作人員在改變干燥設(shè)備壓力時，緩慢增壓或減壓，使分子篩層不受到太強(qiáng)的氣流沖擊，就可減小對分子篩床層的沖擊，降低床層的壓力降，同時又使得分子篩在達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，提高干燥設(shè)備效率并延長其使用壽命。

2、合理調(diào)整再生流量及溫度

為提高干燥設(shè)備的脫水效果，就要控制好再生及冷吹流量。可根據(jù)氣體流量比例進(jìn)行適當(dāng)調(diào)配，再生溫度不可低于規(guī)定溫度，再生塔進(jìn)口溫度 250℃±10℃，出口溫度 220℃±10℃。冷吹塔進(jìn)口溫度常溫，冷吹出口溫度≤45℃。

以此確保冷吹、再生流量，防止氣體滯留，使再生氣溫度、流量達(dá)標(biāo)，較好地脫除原料氣中的水份，干燥設(shè)備吸附效果提高，從而提高干燥設(shè)備的脫水效率。

3、更換分子篩，提高分子篩脫水能力

2016年2月17日，對3個干燥塔進(jìn)行檢修，重新充填分子篩，并對1#、2#干燥塔進(jìn)行了補(bǔ)焊。于2月24日分子篩填充完畢，填充量約2噸，2#塔的填充量較多，在干燥塔人孔打開后，經(jīng)觀察，有近1/2的分子篩被磨損成為粉塵，尤其是干燥塔上部的分子篩損壞較為嚴(yán)重，床層下降了近1.2米。由于2#塔人孔漏，進(jìn)行整改時，對其多加了兩層絲網(wǎng)，用鐵絲進(jìn)行捆扎。

4、加強(qiáng)分離器排污，減少分子篩負(fù)荷

加強(qiáng)對壓縮系統(tǒng)的各級分離器的排污，確保原料氣中的水及重組份能及時的凝析出來，有效減小分子篩的粉化現(xiàn)象，分子篩負(fù)荷減小，后續(xù)生產(chǎn)設(shè)備、管線、閥門存在凍堵的安全隱患降低。

5、加強(qiáng)露點(diǎn)監(jiān)控，確保干燥效果

定期取樣分析原料氣干燥度，監(jiān)控干燥設(shè)備運(yùn)行情況。利用便攜式露點(diǎn)儀對經(jīng)干燥后進(jìn)冷箱的原料氣露點(diǎn)測量并記錄，將其納入日常報表記錄體系，及時地掌握干燥設(shè)備脫水運(yùn)行效果。

五、對策實(shí)施效果

通過采取以上措施后，后續(xù)輕烴生產(chǎn)凍堵的次數(shù)降低，由平均2次/月降至1次/月，取得以下經(jīng)濟(jì)效益：

干燥設(shè)備脫水效果不理想導(dǎo)致的輕烴凍堵，平均每次需停產(chǎn)吹掃5小時，按每小時生產(chǎn)輕烴3噸，每天每噸0.6萬元，每月停產(chǎn)5小時計算，每月可減少的輕烴損失為3×0.6×5=9萬元。

由此可見實(shí)施應(yīng)對措施后，干燥設(shè)備脫水運(yùn)行效果好，輕烴生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品損失降低，同時也降低了輕烴生產(chǎn)運(yùn)行的安全風(fēng)險。

六、結(jié)語

綜上所述，項(xiàng)目實(shí)施后進(jìn)入裝置生產(chǎn)區(qū)的原料氣水分含量降低，降低了后續(xù)生產(chǎn)設(shè)備、管線、閥門存在凍堵的安全隱患，對生產(chǎn)生活環(huán)境、提高勞動積極性等方面有一定積極的作用。