天然氣加工工藝存在問題解析

程萬倉

摘 要：天然氣作為一種可再生的清潔能源，它的使用范圍比石油更加廣泛。天然氣相比石油和煤炭來說使用過程中減少了有害氣體的排放，這正符合當前保護環境的時代趨向。但是天然氣處理裝置在運行過程中也存在著一定的問題，比如天然氣處理的各種產品質量問題直接影響著產品的產量。因此，提升產品質量成為眾多天然氣處理裝置目前急需解決的課題。

關鍵詞：天然氣;加工工藝;問題解析;產品精制;

1 天然氣加工處理存在的問題

某天然氣處理裝置在正常運行時可生產出高質量的輕烴產品，其中C3、C4和C5+產品純度99%以上，達到高純級。但在每次的裝置開機投產期間會產生約30噸的輕烴不達標中間產品，這批中間產品只能外輸并儲存在成品罐區備用罐中，最后通過降級降價銷售的辦法進行解決。隨著油氣開發步入中后期，加之油氣開發低成本戰略影響，油氣產量逐年下降，天然氣日均接收量隨之下滑，輕烴生產的噸成本逐年增加，裝置區產生的不達標中間產品越多成品罐區儲存中間不合格品的壓力就越大，同時銷售難度越大，帶來的經濟損失就越大。因此，為了解決產品不達標中間產品不出裝置，實現輕烴中間產品100%合格后外輸，開展了輕烴中間產品回煉技術在氣體處理裝置的研究與應用。

2 主要研究內容

針對天然氣處置裝置的中間產品回煉技術從以下三個方面開展了技術攻關：

（1）回煉流量的確定

從工藝流程及實際操作得知，C2塔底物料的流量大約為16m3，溫度約為102℃，塔底物料的比熱為c1。假設回煉的流量為Q2，溫度為t2，約為30℃，回煉物料的比熱為c2，混合后的溫度用t表示。兩者物料進行混合，由于均為液相，因此不用考慮相變的影響。根據物料平衡原理，c1.m1.（t-t1）=c2.m2.（t-t2）。由于塔底物料為C3、C4及戊烷油的混合液體，比熱不好確定，采用此計算方式不可取。便于簡化計算內容，在這里對精餾塔的回煉采用了HYSYS模擬計算。

C3外輸儲罐設計容量39m3，最多盛裝16.38噸的C3。以回煉最大容量不合格C3為例，為設計容量的70%，即每次最大回煉容量為11.466噸，假設回煉時間為t，則回煉流量為11.466/t，根據C3塔的參數通過HYSYS軟件模擬得出不同回煉時間下的流量，以及混合后的溫度差。

根據HYSYS模擬計算的結果整理出不同回煉流量下的溫度關系，可以得出當回煉的時間越長，流量就越小，混合后的溫度差就越小，對精餾塔的操作影響就越小。考慮到混合后的物料參數（尤其是溫度）對精餾塔的參數不能造太大的波動，根據實際操作的要求，混合后的進料溫度與原進料溫度在5℃范圍內有利于精餾塔的操作。因此取流量為0.60t/h作為最大回煉流量。根據體積流量與質量流量的換算關系：

ws=vsρ? ? ρ取462.441kg/m3

帶入數值vs=0.6*1000/462.441=1.29m3/h。

（2）管線材質、規格的確定;

根據《工藝管道管徑計算導則》的要求，不同流體按其性質、狀態和操作要求的不同，應選用不同的流速。粘度較高的液體，摩擦阻力較大，應選較低流速。允許摩擦壓力降較小的管道，例如常壓自流管道和輸送泡點狀態液體的泵入口管道，應選用較低的流速。為了防止因介質流速過高而引起管道沖蝕、磨損、振動和噪聲等現象，液體流速一般不宜超過4 m/s。氣體流速一般不超過其臨界速度的85%，真空下最大不超過100m/s;液體碳鋼管一般推薦1.5-4m/s。泵進口0.5-1.5m/s，常壓，出口為1.5-2m/s，塔進料及底部出口流速建議1.0-1.5m/s。塔頂P>0.35 MPa時氣相流速為12～15 m/s，常壓時流速為18～30 m/s，負壓P<0.07時為38～60m/s。

通過計算后的數據得知只要回煉的管徑不大于21mm即可以滿足實際工藝需求。根據實際需求，選用DN25的管徑，材質為碳鋼。

（3）回煉接入點的確定

通過對現場的考察及討論，最初回煉管線取自外輸泵后，接入點考慮兩處，一是C2塔底液位調節閥旁通閥，二是C3塔入口。根據比較，最終確定C2塔底液位調節閥旁通閥作為C3回煉管線的接入點。

3 研究內容實施

該項目包括兩個子項目：C3、C4產品外輸管線改造;C3、C4和C5+中間產品回煉。

（1）C3、C4產品外輸管線改造：新加一條C3、C4產品外輸管線，實現環境溫度低時無需啟動外輸泵輸送產品的目的。

由于裝置的C3、C4產品從塔頂采出冷凝后進入回流罐，經回流泵加壓，一部分作為回流送回塔內，一部分經調節閥進入產品儲罐，產品儲罐的產品經產品外輸泵加壓輸送至成品罐區。裝置生產期間外輸泵需24小時運轉，消耗大量的電能。除了夏季環境溫度高的情況，其余時間丙C4回流泵出口壓力均大于成品罐區的壓力（C5+產品罐為常壓罐，壓力均低于成品罐區壓力），因此可實現改造目的。

（2）C3、C4和C5+中間產品回煉：實現中間產品不進儲罐直接外輸后，將C3、C4和C5+現有的產品儲罐作為中間產品儲罐，儲存裝置開機期間生產的中間產品，在中間產品純度不達標時將其導入裝置區產品外輸儲罐。待各精餾塔操作穩定后，啟動外輸泵將產品回輸至上一個塔的塔底出料管線上，將不達標中間產品回輸至本塔重新提純，達到中間產品純度合格率100%后外輸的目的。

（3） 改造主要工作量

該項目實施的主要工作量包括以下內容：

工藝準備：裝置停運，進行排液、泄壓、置換，切斷相關流程，裝置進出口及相關部位加裝盲板;工藝管線安裝：C3、C4、C5+回煉管線安裝;C3、C4外輸管線的安裝;相應工藝管道的防腐工作;工藝閥門安裝：C3、C4、C5+回煉閥門安裝;C3、C4外輸閥門的安裝;相應閥門的防腐工作;回煉操作方案編寫：編寫C3、C4、C5+中間產品回煉操作方案，并對回煉過程中存在的風險進行辨識;組織崗位及技術人員培訓：培訓C3、C4、C5+中間產品回煉操作方案，現場進行流程講解;裝置開機回煉操作進行時，技術人員帶領班組人員現場指導操作。

4 效果驗證

中間產品回煉項目應用后，為了能更好地體現改造效果，裝置開機正常后4小時，對儲罐液位進行了記錄、以及回煉前后儲罐內中間產品組分進行了取樣化驗，產品合格率達到了百分百。通過此次對輕烴深加工處理工藝流程進行了分析梳理，優化過程控制點和關鍵工序，質量預防節點前移，中間產品100%合格率保證了外輸產成品的100%合格。去除儲罐產成品調和、降級處理過程，相對降低能源消耗。同時提高了對產品異常的分析、排查效率。確定了輕烴處理加工過程中工藝流程和工藝控制的結合點，新增兩個工藝操作控制點，四個中間產品檢驗點，完善了整體工藝流程。

參考文獻 ：

[1]賈曦.淺析天然氣加工工藝設計的要點及優化[J].化工管理，2015（36）.

[2]傅敬強，佘建，周文清，等.天然氣加工生產業務規范化管理的探索與實踐[J].天然氣技術與經濟，2012（S1）.

[3]張昆，王娜，賈騰，等.天然氣處理廠天然氣加工工藝技術優化[J].化學工程與裝備， 2017（02）