王 旋 ，黃愛民 ，林 剛 ，蘭瑞芳

1.中國石化江蘇油田分公司試采一廠 （江蘇 揚州 225009）

2.中國石化江蘇油田分公司工程院 （江蘇 揚州 225009）

3.中國石化江蘇油田分公司物資供銷處 （江蘇 揚州 225009）

真武天然氣集中處理站是中國石化江蘇油田分公司（以下簡稱江蘇油田）唯一集天然氣加工、輕烴處理、天然氣集輸于一體的單位，主要工藝裝置有天然氣處理和精餾裝置。天然氣處理裝置主要處理油田伴生氣,處理氣量20 000m3/d,生產(chǎn)液化氣和輕油。精餾裝置采用帶壓連續(xù)精餾的方法，主要生產(chǎn)丁烷發(fā)泡劑和溶劑油等下游產(chǎn)品，生產(chǎn)能力達5 000t/a。通過對DCS（集散控制系統(tǒng)）的改造，實現(xiàn)了全站生產(chǎn)參數(shù)的動態(tài)監(jiān)控、達到了生產(chǎn)過程優(yōu)化運行、改善了天然氣集中處理站傳統(tǒng)的運行方式、提高了站庫的安全生產(chǎn)和運行質(zhì)量。

1 生產(chǎn)工藝流程

江蘇油田站內(nèi)生產(chǎn)工藝如圖1所示，外來伴生氣經(jīng)過分離器分離出水和雜質(zhì)后，進入天然氣壓縮機增壓至1.70MPa，再經(jīng)過水冷換熱器以及氨蒸發(fā)器換冷至-25～30℃,進入三相分離器分離出輕烴混合液及甘醇水溶液，甘醇水溶液通過調(diào)節(jié)閥排入甘醇再生塔再生后循環(huán)使用，分離出的氣體與脫乙烷塔頂部出來的干氣直接外輸至各用戶[1]。液烴進入進料緩沖罐后經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)平穩(wěn)進入脫乙烷塔，在塔頂脫出乙烷等不凝組分，塔底的液烴經(jīng)過調(diào)節(jié)閥減壓后進入輕油穩(wěn)定塔進行穩(wěn)定，分別從塔頂和塔底獲得液化氣和輕質(zhì)油。液化氣和輕質(zhì)油經(jīng)過水冷后分別壓入儲罐，液化氣經(jīng)過葉片泵增壓后裝車外運，輕質(zhì)油則作為精餾裝置的原料，經(jīng)過7個精餾塔的分餾后，生產(chǎn)出噴霧劑（主要成分丙烷、丁烷）、丁烷發(fā)泡劑、正異戊烷、石油醚、90號溶劑油、120號溶劑油和工業(yè)汽油等多種烷烴產(chǎn)品。

圖1 氣站生產(chǎn)工藝流程示意圖

精餾段生產(chǎn)工藝如圖2所示，原料經(jīng)過柱塞泵進入噴霧劑精餾塔C201中部進行分餾，頂部出噴霧劑進入產(chǎn)品罐，底部的輕烴進入丁烷精餾塔C202進行分餾，頂部產(chǎn)品丁烷進入產(chǎn)品罐，底部的輕烴進入戊烷精餾塔C203進行分餾，頂部的戊烷進入C204正異戊烷分餾塔，頂部出異戊烷進入產(chǎn)品罐，底部正戊烷進入產(chǎn)品罐，C203底部的輕烴進入C205石油醚精餾塔進行分餾，頂部產(chǎn)品石油醚進入產(chǎn)品罐，底部輕烴進入90號溶劑油精餾塔C206，頂部出90號溶劑油，底部進入120號溶劑油精餾塔C207，頂部出120號溶劑油，底部出工業(yè)汽油進入工業(yè)汽油罐[2]。

圖2 精餾系統(tǒng)流程示意圖

2 存在問題與原因分析

精餾塔烷烴產(chǎn)品的初、終餾點是否合格，是下游產(chǎn)品參數(shù)調(diào)整的主要參考指標。具體指標見表1。

在精餾產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品組分與塔的壓力、塔底液位、塔底溫度、塔頂回流溫度具有相互的關(guān)聯(lián)關(guān)系。這些參數(shù)控制是否平穩(wěn)直接影響到烷烴產(chǎn)品的質(zhì)量[3]。

2.1 精餾段主要存在的問題

1）由于手動控制導(dǎo)致精餾裝置操作參數(shù)不平穩(wěn)，壓力波動大，液位來不及排出，容易滿塔。

2）各級精餾段產(chǎn)品產(chǎn)出率忽高忽低，波動較大。

3）下游產(chǎn)品90號、120號溶劑油質(zhì)量較差。

2.2 直接原因分析

精餾塔壓力調(diào)節(jié)閥和液位調(diào)節(jié)閥設(shè)定值不能滿足工藝需要，造成塔頂壓力保不住，塔底液位排不出去的情況。

由于操作參數(shù)的不平穩(wěn)，有時需要人工進行手動旁通排液，當排液過快時，容易使石油醚產(chǎn)品形成泡沫夾帶，直接導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

2.3 根本原因分析

調(diào)節(jié)閥的Kv值是閥的流量系數(shù)，它反映了調(diào)節(jié)閥通過流體的能力，也就是調(diào)節(jié)閥的容量。調(diào)節(jié)閥的流通能力直接反映調(diào)節(jié)閥的容量，是設(shè)計與使用部門選用調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)。調(diào)節(jié)閥的流通面積與流速、流量有著直接關(guān)系，而流速與流量是相互依存的兩個量。當流量一定時，流速大，流道面積便可小些；流速小，流道面積就可以大些。

精餾段產(chǎn)品問題根本原因分析如下：

1）石油醚精餾塔的最大處理量約為7.9m3/h，塔頂壓力調(diào)節(jié)閥目前的Kv值是6.3，需要16m3/h的處理量才能滿足。塔底液位調(diào)節(jié)閥的Kv值是2.0，無法滿足近9.1m3/h的處理量。瞬時高液位來不及排出，經(jīng)常需要操作工去現(xiàn)場用旁通手動操作，很容易出現(xiàn)滿塔現(xiàn)象，同時也直接增加了現(xiàn)場工人的勞動強度。

2）目前使用的調(diào)節(jié)閥流量特性是等百分比型，而不是快開型，這將導(dǎo)致塔頂調(diào)節(jié)閥在逐漸開的過程中，少量不合格產(chǎn)品從塔頂排出。工作人員只能在DCS系統(tǒng)中人為將調(diào)節(jié)閥的開度修改在30%～100%（該閥是氣關(guān)閥，0%為全開，100%為全關(guān)）大大限制了調(diào)節(jié)閥的線性，造成壓力控制很不穩(wěn)定。

表1 精餾產(chǎn)品指標

3 改進措施

3.1 解決思路

根據(jù)現(xiàn)場情況和需要確定實際匹配的Kv值，同時增加DCS控制系統(tǒng)優(yōu)化精餾裝置的控制方式。

3.2 計算確定調(diào)節(jié)閥的正確Kv值

通過現(xiàn)場資料錄取得到：

塔頂壓力調(diào)節(jié)閥：Qmax≈7.9m3/h，ΔP≈(4.5～0.6)kgf/cm2，r=0.65

塔底液位調(diào)節(jié)閥：Qmax≈9.1m3/h，ΔP≈(5.5～1.9)kgf/cm2，r=0.69

計算公式：

式中：Q為流量；ΔP為閥前后差壓值；r為介質(zhì)比重。

計算后得出：石油醚頂部壓力調(diào)節(jié)閥Kv值由原來的6.3變?yōu)?.0；塔底液位調(diào)節(jié)閥Kv值由原來的2.0變?yōu)?.2。

通過對石油醚精餾塔頂部壓力調(diào)節(jié)閥與底部液位調(diào)節(jié)閥閥芯進行多次計算，確定了調(diào)節(jié)閥的型號，對石油醚精餾塔兩臺調(diào)節(jié)閥進行優(yōu)化改進。將塔頂壓力調(diào)節(jié)閥更換為Kv值為4.0的閥，對塔底液位調(diào)節(jié)閥更換閥芯閥座，Kv值由2.0調(diào)整為3.2。將DCS系統(tǒng)中人為修改的壓力調(diào)節(jié)閥開度改回0%～100%的正常開度，使壓力調(diào)節(jié)閥的線性得到改善，壓力控制的穩(wěn)定性得到了保證，確保了石油醚精餾塔參數(shù)的平穩(wěn)控制[4]。

3.3 優(yōu)化精餾裝置的控制方式

改造前精餾裝置參數(shù)有異常時，需要流程崗工作人員用對講機匯報后，精餾塔操作人員再去現(xiàn)場進行調(diào)節(jié)，操作的及時性不夠，影響安全生產(chǎn)。為了提高精餾塔的控制水平，確保產(chǎn)品質(zhì)量，選擇在精餾崗增加了DCS控制系統(tǒng)的客戶端，運用基于網(wǎng)絡(luò)的遠程應(yīng)用技術(shù)，將服務(wù)器中的控制參數(shù)（壓力、溫度、液位）準確的傳輸?shù)娇蛻舳丝刂葡到y(tǒng)中，實現(xiàn)生產(chǎn)過程壓力、溫度、液位檢測、就地顯示及信號遠傳，使生產(chǎn)參數(shù)可實時異地監(jiān)測，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)視、控制操作、數(shù)據(jù)采集等功能。操作人員可以及時掌握該裝置的生產(chǎn)參數(shù)，及時調(diào)整，避免了流程崗遠程遙控的延時，優(yōu)化了精餾裝置的控制方式[5]。

3.4 提高精餾產(chǎn)品化驗精度

為提高精餾塔產(chǎn)品化驗的精度，對1102色譜儀的色譜柱、參比柱進行更換，該色譜儀在使用中出現(xiàn)峰值不清，C4以下組分要憑經(jīng)驗推測峰面積的現(xiàn)象。更換色譜柱、參比柱、清洗檢測器后，可準確化驗出戊烷中C2-C5的含量，提高了化驗精度，更準確地了解精餾塔產(chǎn)品的各項指標，根據(jù)指標合理調(diào)整塔的控制參數(shù)。

3.5 取得效果

精餾系統(tǒng)改造優(yōu)化后，輔以先進的DCS集散控制方式與色譜儀準確化驗參數(shù)的把關(guān)，不僅石油醚精餾塔的參數(shù)控制平穩(wěn)，同時下游的90號溶劑油塔和120號溶劑油塔的參數(shù)均可以得到優(yōu)化控制。塔底液位不再需要用旁通去現(xiàn)場手動操作，不會出現(xiàn)來不及排液造成的滿塔現(xiàn)象，實現(xiàn)了各塔之間的自動化平穩(wěn)控制，確保了安全生產(chǎn)，使得石油醚及其后端產(chǎn)品質(zhì)量較以往有了很大提高。

4 結(jié)論

通過計算確定調(diào)節(jié)閥需要的Kv值，更換為符合生產(chǎn)工藝的調(diào)節(jié)閥，滿足現(xiàn)場需要，增加了DCS控制系統(tǒng)優(yōu)化精餾裝置的控制方式，更換色譜柱、參比柱，提高產(chǎn)品檢測精度，極大提高產(chǎn)品收率及產(chǎn)品合格率，同時降低現(xiàn)場工人的勞動強度。

總體來看改造后，徹底解決了石油醚精餾塔參數(shù)的控制不平穩(wěn)的問題，同時下游90號溶劑油塔、120號溶劑油塔的參數(shù)均得到了優(yōu)化。烷烴產(chǎn)品合格率達到要求，避免了產(chǎn)品打回原料罐重新生產(chǎn)工序的發(fā)生。降低了能耗，每年可節(jié)約能耗成本6萬多元，有效地提高了精餾裝置的經(jīng)濟效益。

[1]孫祖嶺,劉志華,孫金瑜,等.輕烴裝置操作工[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004.

[2]施引萱,王丹,劉源泉.儀表維修工[M].北京：化學工業(yè)出版社,2005.

[3]張宏麗,周長麗,閆志謙，等.化工原理[M].北京：化學工業(yè)出版社,2006.

[4]陳賡良，唐蒙，羅勤.天然氣分析測試技術(shù)及標準化[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000.

[5]常宏崗，羅勤，陳賡良.天然氣質(zhì)量管理與能量計量[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.