土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題探討

土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討設(shè)計(jì)部：陳士元一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介二、工藝設(shè)計(jì)探討一）系統(tǒng)負(fù)荷分配問(wèn)題二）胺法吸收工藝流程問(wèn)題一：胺液再生“多合一”三）胺法吸收工藝流程問(wèn)題二：吸收塔底富胺液壓力能的利用四）分子篩脫水工藝問(wèn)題土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

土庫(kù)曼斯坦巴格德雷合同區(qū)域A區(qū)地面工程，是集內(nèi)部集輸、天然氣處理廠、凈化氣外輸為一體的系統(tǒng)工程，按照國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，采用了多項(xiàng)新工藝、新技術(shù)。

設(shè)有1座天然氣處理廠，原料天然氣設(shè)計(jì)處理能力為55.36×108m3/a，凝析油穩(wěn)定裝置設(shè)計(jì)處理能力為18.08×104t/a。輔助生產(chǎn)設(shè)施和公用工程的生產(chǎn)能力分別與上述工藝裝置能力配套，工廠年生產(chǎn)時(shí)間為330天。第一天然氣處理廠設(shè)有4列處理量為416.7×104m3/d的主要工藝裝置（脫硫脫碳裝置、脫水裝置、脫烴裝置和硫磺回收裝置），2套凝析油穩(wěn)定裝置，單套裝置設(shè)計(jì)處理能力按全廠凝析油總量的75％考慮，設(shè)計(jì)規(guī)模為411t/d，正常運(yùn)行時(shí)單套凝析油穩(wěn)定裝置處理量為274t/d。

土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討

根據(jù)阿姆河天然氣公司的整體安排，A區(qū)改建擴(kuò)能工程將分為2期分步實(shí)施：1期：A區(qū)年處理原料氣規(guī)模從現(xiàn)在的55億提高到65億

對(duì)已建4列工藝裝置進(jìn)行技術(shù)改造，單列工藝裝置的正常處理量提高到460×104m3/d；充分考慮改建工程的特點(diǎn)，盡量考慮利用現(xiàn)有工藝裝置、輔助設(shè)施及公用工程，減少工程投資；需對(duì)裝置安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行影響較大的部分進(jìn)行改造，1期改造工程已經(jīng)于2013年7月建成投產(chǎn)。2期：A區(qū)年處理原料氣規(guī)模從65億提高到80億A區(qū)改建擴(kuò)能工程（80×108m3/a原料氣）是在1期A區(qū)改建擴(kuò)能工程（65×108m3/a原料氣）的基礎(chǔ)上，對(duì)已建的內(nèi)部集輸、天然氣處理廠和外輸整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析和核算，需要新建15×108m3/a天然氣集輸、處理系統(tǒng)及輔助生產(chǎn)設(shè)施和公用工程，最終實(shí)現(xiàn)A區(qū)年處理規(guī)模80×108m3/a（原料氣）的目標(biāo)。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討二、工藝設(shè)計(jì)探討一）系統(tǒng)負(fù)荷分配問(wèn)題為了適應(yīng)大型油氣田的生產(chǎn)特點(diǎn)，提升油氣生產(chǎn)的集約化水平，采用多列油氣處理裝置并列運(yùn)行的工藝技術(shù)得以大規(guī)模應(yīng)用。多列油氣處理裝置并列運(yùn)行時(shí)，由于工藝設(shè)備、配管安裝、工況變化等因素的影響，出現(xiàn)了許多新的問(wèn)題，典型的如每列裝置處理負(fù)荷的不平衡。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)荷不平衡時(shí)，裝置會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至裝置設(shè)備不能正常運(yùn)行，最終導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。為了保證平行運(yùn)行的多列裝置始終能夠處于最佳狀態(tài)，并主動(dòng)適應(yīng)工藝系統(tǒng)的工況變化，需要通過(guò)自動(dòng)控制的手段及時(shí)調(diào)整每列裝置的負(fù)荷平衡。

土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討A區(qū)改建擴(kuò)能工程（80×108m3/a原料氣）竣工后，整個(gè)廠區(qū)共有五列裝置并列生產(chǎn)，根據(jù)原設(shè)計(jì)，1~5列裝置生產(chǎn)能力均為460×104m3/d原料氣，總生產(chǎn)能力為2300×104m3/d原料氣。2015年11月期間，由于當(dāng)期天然氣價(jià)格較高形成的調(diào)產(chǎn)要求，阿姆河公司擬將天然氣處理一廠生產(chǎn)負(fù)荷提至2500×104m3/d原料氣，當(dāng)調(diào)節(jié)產(chǎn)能提至2460×104m3/d時(shí)，前1~4列裝置高負(fù)荷已達(dá)極限，分別為463、491、487、466×104m3/d，而第5列負(fù)荷雖已達(dá)550×104m3/d左右，從裝置核心設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況來(lái)看，其負(fù)荷仍有富余，但受限于前四列裝置生產(chǎn)狀況，全廠負(fù)荷只能提到2460×104m3/d左右便再提不上去。后期擬將集氣站出口壓力調(diào)高以提高處理廠入口壓力，但又受限于前1~4列裝置設(shè)備設(shè)計(jì)壓力限制未能實(shí)施（前1~4列裝置設(shè)備設(shè)計(jì)壓力絕大部分為6.5MPa，第5列為6.8MPa）。這樣，第5列裝置的效能沒(méi)能得到最大發(fā)揮。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討這樣，便形成兩種類型的問(wèn)題：1，共性問(wèn)題：生產(chǎn)負(fù)荷不均衡。前1~4列裝置原本設(shè)計(jì)負(fù)荷能力相同，但實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷相差比較大，最高的達(dá)491×104m3/d原料氣，最低的為463×104m3/d原料氣。而第5列裝置負(fù)荷雖已達(dá)550×104m3/d左右，但裝置生產(chǎn)能力仍有剩余，由于受前1~4例相互竄壓影響，無(wú)法發(fā)揮裝置最大效能。2，特殊性問(wèn)題：設(shè)備設(shè)計(jì)壓力不匹配。前1~4列裝置設(shè)備設(shè)計(jì)壓力為6.5MPa，而第5列為6.8MPa，由于各裝置入口壓力不能單獨(dú)調(diào)節(jié)，受前1~4列影響浪費(fèi)了第5列裝置負(fù)荷能力（提壓生產(chǎn)受到限制）。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討阿姆河處理一廠主要生產(chǎn)流程匯管脫硫脫碳匯管51脫水脫烴脫硫脫碳2脫水脫烴脫硫脫碳3脫水脫烴脫硫脫碳4脫水脫烴脫硫脫碳脫水脫烴土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討阿姆河處理一廠集氣裝置流程土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討節(jié)點(diǎn)薩曼杰佩集氣站出站薩曼杰佩集氣總站出站麥捷讓出站原料氣合計(jì)脫硫裝置入口YV-1101(原料氣預(yù)冷器入口)脫硫裝置FV-1101閥后（原料氣重力分離器出口）脫烴裝置出口外輸增壓站進(jìn)站外輸增壓站增壓后壓力（MPa）7.17.07.1~7.46.66.46.25.34.57.51實(shí)際壓力（MPa）7.0277.0017.0306.686.686.646.426.396.376.376.446.206.196.156.205.985.494.5076.859壓差（MPa）-0.0730.001-0.070.080.04-0.220.190.007土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討我們可以把五列裝置看成5條并聯(lián)管路：各并聯(lián)管段的壓力降相等:△P1=△P2=△P3，即：(ξ1+λl/d)u12/2=(ξ2+λl/d)u22/2=(ξ3+λl/d)u32/2

土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討系統(tǒng)負(fù)荷分配問(wèn)題負(fù)荷分配自動(dòng)控制的目的就是通過(guò)自動(dòng)化的手段，克服多列裝置平行運(yùn)行時(shí)的偏流現(xiàn)象，對(duì)各列原料氣進(jìn)行平均負(fù)荷分配控制，使每列裝置的生產(chǎn)最優(yōu)化。

解決的問(wèn)題：由于設(shè)備制造、工程建設(shè)、實(shí)際生產(chǎn)等一系列原因?qū)е碌母鞑⒙?lián)裝置總體摩阻不相等不受控狀態(tài)變成受控狀態(tài)。負(fù)荷分配控制原理如下圖所示。

土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討多列負(fù)荷分配控制原理圖土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討這是有一個(gè)共性參數(shù)的設(shè)計(jì)原理（壓力相同），倘若各裝置要求入口壓力不同的情況呢？負(fù)荷自動(dòng)分配的一個(gè)基本要素是需要首先明確工藝系統(tǒng)中影響每列處理量的共性參數(shù)。我選取進(jìn)（出）廠總匯管的壓力作為共性參數(shù)。由于多列裝置平行運(yùn)行時(shí)的偏流現(xiàn)象直接反映為各列進(jìn)出口流量的不均衡，因此選取進(jìn)出口流量參數(shù)作為擾動(dòng)因素。在控制方法上采用串級(jí)控制方案。主回路采用的是與每列裝置密切相關(guān)的全局控制參數(shù)，副回路采用每列的進(jìn)口流量。主回路的輸出作為副回路的設(shè)定值輸入，對(duì)于每個(gè)副回路來(lái)說(shuō)，其設(shè)定值均跟隨主回路的輸出變化，保證了副回路控制目標(biāo)的統(tǒng)一。自動(dòng)負(fù)荷分配控制有效地調(diào)節(jié)了平行多列油氣裝置的生產(chǎn)負(fù)荷，

能夠快速平穩(wěn)地響應(yīng)管路壓力變化與生產(chǎn)產(chǎn)量變化等多種復(fù)雜的情況，

效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討建議位置：在電動(dòng)球閥后增加壓力調(diào)節(jié)閥。建議位置：將后續(xù)流量調(diào)節(jié)FV1101閥前移至此。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討此閥前移二、工藝設(shè)計(jì)探討二）胺法吸收工藝流程問(wèn)題一：胺液再生“多合一”

處理一廠第1~5列主體工藝裝置，包括脫硫脫碳裝置、脫水裝置、脫烴裝置和硫磺回收裝置四個(gè)單元。從系統(tǒng)角度看，每列裝置雖自成體系，可獨(dú)立運(yùn)行，但難免存在資源浪費(fèi)、操作復(fù)雜、調(diào)峰不便的問(wèn)題。

尤其對(duì)于核心單元脫硫脫碳裝置，其工藝流程主要由三部分組成：以吸收塔為中心，輔以原料氣及凈化氣分離過(guò)濾的高壓部分，以再生塔及重沸器為中心，輔以酸氣冷凝器及分離器和回流系統(tǒng)的低壓部分；溶液換熱冷卻及過(guò)濾系統(tǒng)和閃蒸罐等介于上面兩部分壓力之間的部分。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討多列裝置重復(fù)建設(shè)胺液再生系統(tǒng)在某些情況下，天然氣凈化廠內(nèi)幾個(gè)吸收塔的富液可以合并至一套換熱及再生系統(tǒng)處理，習(xí)慣上可稱為“多合一”流程（如三合一等）。

采用“多合一”流程可取得如下效益：（1）節(jié)省投資，減少溶劑投入量；（2）裝置經(jīng)常性能耗顯著下降；（3）工廠增減處理量的操作變得非常簡(jiǎn)單；（4）減少裝置檢修費(fèi)用及縮短檢修周期。重慶天然氣凈化總廠墊江分廠原三套脫硫裝置根據(jù)實(shí)際條件改為“三合一”流程運(yùn)行，取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。也可以是同一套裝置內(nèi)部不同吸收塔共用同一種胺液，即使幾個(gè)吸收塔處理不同的氣體，也可以將富液合并再生。荷蘭Emmen天然氣凈化廠便使用了“五合一”流程。該廠的5個(gè)吸收塔分別是：處理原料天然氣的主吸收塔、閃蒸氣脫硫塔、分子篩脫硫裝置再生氣脫硫塔、富液富集閃蒸塔和處理尾氣的SCOT吸收塔。富液并入一套再生系統(tǒng)再生，整個(gè)工廠運(yùn)行情況良好。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討●●●土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討下圖是重慶天然氣凈化廠墊江分廠脫硫裝置“三合一”改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)（三個(gè)吸收茶塔的富液合并閃蒸、換熱及再生）。本項(xiàng)目此值為877！二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題探討三）胺法吸收工藝流程問(wèn)題二：吸收塔底富胺液壓力能的利用MDEA法脫硫裝置的吸收塔通常在高壓下操作，而再生塔則在低壓下操作。因此，需要用溶液循環(huán)泵（國(guó)內(nèi)一般為離心泵）將再生塔塔底的貧液加壓至高壓后進(jìn)入吸收塔，故泵的揚(yáng)程高、功率大，甚至需要選用高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。另一方面，離開(kāi)吸收塔塔底的高壓富液通常經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥節(jié)流降壓后進(jìn)入閃蒸罐。這樣，就造成了高壓富液壓力能的浪費(fèi)。如將高壓富液通過(guò)液力透平進(jìn)行能量回收，則電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率就可以降低很多。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討原設(shè)計(jì)土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討原設(shè)計(jì)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題基于液力透平驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，只有液力透平轉(zhuǎn)速高于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，超速離合器才能?chē)Ш蠈?shí)現(xiàn)能量回收。因此，其存在二個(gè)缺點(diǎn)：①能量傳遞效率低。如原65億設(shè)計(jì)制造的透平能量回收系統(tǒng)，透平效率為69%，電動(dòng)機(jī)效率為93%，超速離合器效率為95%，離心泵效率為78%，能量回收總傳遞效率47.5%（69%

×93%

×95%×78%）。②液力透平驅(qū)動(dòng)受工藝波動(dòng)影響較大、外輸功率不穩(wěn)定。由于脫硫單元富液壓力和流量經(jīng)常受到工況影響發(fā)生波動(dòng)，富液中有時(shí)還夾帶氣泡，易造成透平工作時(shí)脫離設(shè)計(jì)流量和壓力工況，從而使透平轉(zhuǎn)速和輸出功率發(fā)生較大變化，超速離合器經(jīng)常處于高速嚙合和脫開(kāi)工況的交替中，導(dǎo)致超速離合器經(jīng)常損壞，設(shè)備被迫停工檢修，影響正常生產(chǎn)。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討現(xiàn)設(shè)計(jì)J-T閥土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討現(xiàn)設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題在去掉原設(shè)計(jì)的液力透平后，增加了調(diào)節(jié)釜液位的減壓閥（J-T閥）。雖可以滿足正常生產(chǎn)，但存在如下問(wèn)題：1，白白浪費(fèi)了富胺液的高壓能；2，J-T閥的減壓導(dǎo)致的文丘里效應(yīng)使富胺液溫度降低，與后續(xù)閃蒸能量要求相背；3，增加了裝置安全隱患（高低壓串壓）。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討建議的設(shè)計(jì)應(yīng)用透平增壓泵把高壓富液的能量直接轉(zhuǎn)換成貧液的能量，再配一臺(tái)小揚(yáng)程全流量離心泵實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，如圖所示。透平增壓泵與一級(jí)增壓泵（即溶液循環(huán)泵）串聯(lián)工作，分級(jí)提升貧液的壓力，把貧液泵入脫硫吸收塔。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的一級(jí)增壓泵流量為全流量，但是揚(yáng)程卻只有原來(lái)的40%~60%，所配套的電動(dòng)機(jī)和電氣控制設(shè)備負(fù)荷也相應(yīng)減少為原來(lái)的40%~60%。透平增壓泵采用單級(jí)高速?zèng)_擊式液力透平直接驅(qū)動(dòng)單級(jí)高速離心泵的葉輪，能量轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)81%。由于透平增壓泵葉輪能自動(dòng)適應(yīng)透平葉輪的轉(zhuǎn)速，受富液流量和壓力的變化影響較小，使透平增壓泵始終保持高效率。此外，由于透平增壓泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，沒(méi)有機(jī)械密封、滾動(dòng)軸承、超越離合器和潤(rùn)滑系統(tǒng)，因而運(yùn)行安全、可靠，故障率極低，噪音低，無(wú)泄露。

土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討建議的設(shè)計(jì)現(xiàn)以國(guó)內(nèi)某天然氣凈化廠脫硫脫碳裝置為例。該脫硫脫碳裝置的主要工藝參數(shù)如下:

天然氣處理量:400×104m3/d

吸收塔壓力:6.0MPa

原料氣中CO2:5.73%H2S:0.06%

凈化氣中CO2:3%H2S:20mg/m3

溶液循環(huán)量:136m3/h

土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討二、工藝設(shè)計(jì)探討四）分子篩脫水工藝問(wèn)題從脫硫脫碳裝置出來(lái)的原料氣，經(jīng)原料氣聚結(jié)器除去夾帶的水滴后進(jìn)入分子篩脫水塔。原料氣分為兩股，并聯(lián)自上而下地分別通過(guò)兩個(gè)分子篩脫水塔，進(jìn)入脫水吸附過(guò)程。脫除水后的凈化氣作為干氣輸至下一個(gè)處理裝置或外輸。從干氣管線上引出一部分干氣作為冷卻氣，自上而下通過(guò)剛完成再生過(guò)程的分子篩脫水塔，以冷卻該塔。冷卻氣出塔后與再生氣換熱后進(jìn)入再生氣加熱爐，加熱至300℃后作為貧再生氣，貧再生氣自下而上通過(guò)剛完成吸附過(guò)程的分子篩脫水塔，以加熱分子篩床層，使吸附的水脫附并進(jìn)入再生氣中，使再生氣出口溫度達(dá)到270℃。出塔后的富再生氣經(jīng)換熱回收熱量后進(jìn)入再生氣空冷器中冷卻，使再生氣中的大部分水蒸氣冷凝為液體。冷卻后的富再生氣進(jìn)入再生氣分離器，分離后的富再生氣經(jīng)再生氣壓縮機(jī)增壓后返回上游脫硫脫碳裝置。

土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討注意再生氣的去向土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討分子篩脫水氣質(zhì)分析數(shù)據(jù)土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討

存在的問(wèn)題：自開(kāi)產(chǎn)以來(lái)，取樣分析結(jié)果表明，再生氣中硫化氫含量偏高，從而導(dǎo)致干凈化氣中硫化氫含量階段性超標(biāo)。從表中可以看出，再生氣中硫化氫含量在吸附轉(zhuǎn)為再生后1h~2h內(nèi)達(dá)到最高。

原因分析：分子篩脫水工藝主要使用3A和4A分子篩。這兩種分子篩在吸水能力方面并沒(méi)有很大的區(qū)別，它們的主要區(qū)別是在吸收H2S上，具體如下。1）基于4A分子篩設(shè)計(jì)的系統(tǒng)一般小于基于3A型分子篩設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，因?yàn)?A分子篩的水處理能力更強(qiáng)。同樣體積的4A分子篩會(huì)比3A型分子篩的吸水能力強(qiáng)10%，所以在通常情況下，選擇4A分子篩是出于經(jīng)濟(jì)的考慮。2）4A分子篩需要較少的再生氣量，但是其再生溫度高于3A型分子篩。3）4A分子篩在吸水的同時(shí)會(huì)吸收H2S和其他S組分，并能催化COS生成，其催化能力比較強(qiáng)。3A分子篩則基本不吸收原料氣中含有的H2S和其他S組分，僅僅吸收原料氣中含有的H2O，并且3A分子篩催化生成COS的作用很小。土庫(kù)曼80億項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)探討原來(lái)采取的措施：

臨時(shí)措施為：延長(zhǎng)吸附周期，降低再生溫度及再生氣流量。長(zhǎng)期措施為：更換部分設(shè)備管線材質(zhì)，由不抗硫改為抗硫；調(diào)整工藝流程，