TEG 循環泵變頻調速技術的應用

劉進，羅仁江，楊勇，尹亮

（中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠，重慶 401120）

天然氣凈化是遂寧龍王廟氣藏組勘探開發過程中的必不可少中間環節。天然氣凈化涉及脫硫、脫水、硫黃回收和尾氣處理環節，每個環節環環相扣，密不可分，只有經過凈化合格的天然氣，才能輸送到下游用戶使用。產品氣中硫化氫、二氧化碳含量，總硫和水露點是評價天然氣質量的四個重要指標，必須滿足國家標準《天然氣》GB17820-2018 對天然氣質量要求。產品氣水露點是評價產品氣質量的重要指標之一。脫水裝置就是采用三甘醇（TEG）作脫水劑，脫除濕凈化氣中的絕大部分飽和水，經TEG 脫水塔脫水后的干凈化氣作為商品氣外輸。

天然氣水露點受上游濕凈化氣氣質條件和環境溫度變化影響較大，根據上游條件和環境溫度變化實時調整TEG 循環量，才能保障天然氣水露點在控制指標范圍內。因此，TEG 循環泵采用變頻調速技術十分有必要，DCS 系統自動監測參數變化，根據參數變化情況實時調整變頻器輸出頻率，改變電機轉速，調整TEG 循環泵循環量，從而精準控制TEG 入塔流量，保障天然氣水露點指標。

1 脫水裝置生產工藝流程

圖1 脫水單元流程圖

天然氣凈化總廠遂寧龍王廟天然氣凈化廠凈化裝置由七列主體裝置以及循環水系統、鍋爐系統、污水處理系統、供配電系統等公用輔助裝置構成，原料氣年處理能力100億方。主體裝置包括原料氣過濾分離、脫硫、脫水和硫磺回收4 個部分，其中脫水單元采用約99.74%（wt）三甘醇（TEG）作脫水劑，脫除濕凈化天然氣中的絕大部分飽和水，經TEG 吸收塔脫水后的干凈化天然氣（在出廠壓力條件下水露點<-5℃）作為商品氣外輸。吸水后的TEG 采用常壓火管加熱再生法再生，熱貧液經換熱、冷卻，通過TEG 循環泵加壓后返回TEG 吸收塔，循環使用。富液再生產生的廢氣組分主要為水蒸氣，同時含有少量的烴類、氣體，為消除安全隱患，避免直接排放對環境的污染，再生廢氣送至尾氣灼燒爐焚燒后排入大氣（如圖1）。

2 現狀調查及可行性分析

2.1 運行現狀

TEG 循環泵在脫水單元起關鍵作用，其是否穩定運行直接影響脫水單元的正常運行，從而影響輸出天然氣水露點質量指標。主體裝置8 臺TEG 循環泵電動機設計時采用工頻運行方式，轉速恒定，TEG 溶液入脫水塔流量通過現場手動操作循環泵回流閥控制，不能實現實時精準控制TEG 入塔流量，濕凈化氣氣質或氣溫發生變化需要調整TEG 流量時，需要操作員工趕赴現場手動開關回流閥，調整閥門開度，憑經驗操作閥門開關，調節過程煩瑣，調節精度差，流量控制不穩定。這種控制方式主要缺點有：（1）電動機轉速恒定，不能根據上游氣質變化情況實時精確調節回流閥開度，TEG 溶液入塔流量調整響應不及時。（2）電動機工頻運行，電機利用率低，增加了不必要的電能消耗，不利于節能降耗、節約成本。（3）通過現場手動調整回流閥開度來控制TEG 入塔流量，不便于流量精確穩定控制，波動范圍較大。（4）機泵運轉速度快，設備故障、檢修頻率高，機泵泄漏概率加大。（5）員工現場手動開關回流閥，存在一定的操作安全風險。

2.2 能耗和成本分析

表1 TEG 循環泵能耗、成本統計

TEG 循環泵電動機工頻運行，不能根據上游氣質條件變化情況實時調整電動機轉速。裝置投入生產運行后TEG循環泵電動機運行電流平約為29.5A，8 臺設備每年消耗電能52.28 萬度，年生產成本費用33.98 萬元。（每年設備運行165 天，每度電0.65 元，功率因數0.85）

3 變頻控制技術應用

3.1 控制原理及應用實踐

TEG 循環泵變頻控制在天然氣凈化總廠其他凈化裝置中得到了廣泛運行，使用效果良好。龍王廟凈化廠經過現場調研決定實施TEG 循環泵變頻控制方式改造，由工頻運行變更為變頻運行。

主要涉及儀表控制系統和電氣控制系統適應性調整，變更控制方式，在TEG 循環泵電動機配電主回路中增設變頻器，通過變頻器控制電機轉速；在儀表DCS 系統脫水單元控制邏輯中增加流量控制回路，DCS 系統自動采集天然氣水露點參數，并將其轉換為4-20mA 電流信號，作為控制變頻器輸出的輸入信號源，變頻器根據DCS 輸入信號，自動調節輸出頻率和輸出電壓，從而調節電機轉速。凈化操作工不再需要現場手動開關回流閥，直接通過中央控制室DCS 系統自動調節變頻器4-20mA 輸入信號，改變TEG 循環泵電動機轉速，調節TEG 循環量，從而實現TEG 循環流量的遠程精確自動控制，確保天然氣水露點在控制指標范圍內（如圖2）。

圖2 TEG 流量控制回路改造前后對比圖

3.2 應用效果

3.2.1 TEG 流量控制平穩性

通過在電氣控制回路增加變頻器和DCS 系統TEG 流量控制回路增設遠程自動控制功能，實現了TEG 流量遠程自動精準控制，操作員工不再需要到現場通過手動調整回流閥開度來控制TEG 循環量，二是在控制室通過調整DCS 系統脫水單元運行參數，控制TEG 循環量。我們收集變更后每列裝置不同時間段的TEG 流量數據，并將其繪制成趨勢圖，如圖3 所示。通過趨勢圖可以發現TEG循環流量控制均較以前更加平穩，不存在較大范圍波動，且天然氣水露點均在控制指標范圍內。

3.2.2 能耗對比分析

通過引入變頻控制技術，DCS 系統自動根據氣質參數變化情況，實時調整變頻器輸出頻率和輸出電壓，降低了電動機運行電流，從而降低TEG 循環泵電能消耗，既達到了TEG 流量精準控制的目的，又降低了用電成本，同時提高了脫水裝置運行效率。從柱狀圖分析可知：改造后TEG 循環泵電動機運行電流由原來的29.5A 降至14.6A，運行電流降為原來的50%，能耗降低為原來的50%，節能降耗效果顯著。

4 結語

變頻控制技術的應用，操作員工可以根據上游氣質和環境溫度變化情況，通過DCS 系統遠程自動實時精準調節TEG 溶液循環流量，實現了流量的遠程精確控制，既滿足了天然氣水露點指標控制要求，同時提高了TEG循環泵運行效率，降低了能耗和用電成本，降低了設備運行故障率。

變頻技術具有自動化程度高的優勢，可以有效降低現場操作員工的勞動強度，消除了現場操作帶來的風險，在天然氣凈化行業具有廣泛的應用前景。