邢杰　代勇（大慶油田天然氣分公司）

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精細(xì)過(guò)濾技術(shù)在南壓深冷裝置的應(yīng)用試驗(yàn)

邢杰代勇（大慶油田天然氣分公司）

南壓深冷裝置分子篩粉化嚴(yán)重，原料氣攜帶大量粉塵進(jìn)入后續(xù)冷換設(shè)備，原過(guò)濾器金屬燒結(jié)濾芯壓差大，旁路過(guò)濾器為網(wǎng)狀過(guò)濾器，精度等級(jí)低，造成后續(xù)冷箱壓差增大，嚴(yán)重影響了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行和換熱器的換熱效率。研發(fā)了適合深冷裝置分子篩出口的精細(xì)過(guò)濾裝置。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該過(guò)濾裝置消除了后續(xù)冷箱堵塞，降低了工藝物流壓力，提高了冷箱換熱效率，達(dá)到了增產(chǎn)輕烴，降低單位產(chǎn)品綜合能耗。

分子篩；精細(xì)過(guò)濾；雜質(zhì)脫除；換熱效率

南壓深冷F-0202粉塵過(guò)濾器自建站以來(lái)已投用6年，濾芯采用粉末金屬燒結(jié)濾芯，過(guò)濾精度高（≤5 μm）。通常運(yùn)行半年后，當(dāng)原料氣量為28 000 m3/h，過(guò)濾器壓差達(dá)到0.30 MPa，原料氣瞬時(shí)量為25 000 m3/h，過(guò)濾器壓差達(dá)到0.20 MPa，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)壓差小于或等于0.05 MPa，已無(wú)法單獨(dú)運(yùn)行，只能打開(kāi)旁路過(guò)濾器平行運(yùn)行，旁路過(guò)濾器為網(wǎng)狀過(guò)濾器，精度等級(jí)低[1]，分子篩內(nèi)粉塵隨著原料氣進(jìn)入下游冷凍單元，長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)冷箱形成堵塞。當(dāng)堵塞嚴(yán)重、壓差升高時(shí)，如操作不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致前端壓縮單元憋壓，造成壓縮機(jī)因出口壓力高而停機(jī)，影響裝置連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)影響冷箱換熱效率。為提高裝置運(yùn)行效率，提高輕烴產(chǎn)量，降低單位產(chǎn)品綜合能耗，開(kāi)展了深冷分子篩出口精細(xì)過(guò)濾技術(shù)試驗(yàn)研究。

1　深冷分子篩出口凈化裝置的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

根據(jù)天然氣含有粉塵及油污等雜質(zhì)，天然氣凈化的工藝線路設(shè)計(jì)應(yīng)與國(guó)內(nèi)外常用濾芯/濾管等凈化方式不同，目前天然氣凈化工藝采用三級(jí)凈化即第一級(jí)“重力沉降室”、第二級(jí)“E-II型高效旋風(fēng)分離器”、第三級(jí)“HGSD高效氣體過(guò)濾器”。

1.1過(guò)濾裝置工藝條件

氣體介質(zhì)：天然氣（已脫硫）；

氣體密度：0.7 kg/m3；

處理氣量：60×104m3/d（標(biāo)態(tài)）=833.3 m3/h（操作態(tài)）；

運(yùn)行壓力：3.0 MPa；

設(shè)計(jì)壓力：4.0 MPa；

運(yùn)行溫度：45℃；

設(shè)計(jì)溫度：60℃。

1.2高效過(guò)濾器濾料

分子篩出口安全過(guò)濾技術(shù)及裝置的試驗(yàn)，關(guān)鍵在于精細(xì)分離環(huán)節(jié)中試驗(yàn)SRI系列中空纖維過(guò)濾濾料的過(guò)濾精度、容塵情況和吸附能力等性能對(duì)所除氣體及加工裝置是否達(dá)到生產(chǎn)運(yùn)行工況要求。對(duì)幾十種濾料從以下方面進(jìn)行篩選：

1）穩(wěn)定性。運(yùn)行穩(wěn)定可靠，濾料的纖維不會(huì)因起刺、掉毛而被吸入到壓縮機(jī)內(nèi)。

2）吸附能力。能夠吸附脫水后天然氣中攜帶的分子篩粉塵。

3）空隙率和納污量。在滿足氣量負(fù)荷和運(yùn)行時(shí)間的條件下，其壓力損失應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。

4）耐損強(qiáng)度。濾料不會(huì)因氣量負(fù)荷、系統(tǒng)壓力的波動(dòng)以及壓縮機(jī)的抽吸而損壞。

有關(guān)凈化系統(tǒng)的總阻力ΔP值是可變值，初始時(shí)高效氣體過(guò)濾器的總阻力（即空白阻力） ΔP很?。é≤2 kPa），隨著時(shí)間的推移，天然氣中的雜質(zhì)越來(lái)越多被捕集，系統(tǒng)總阻力ΔP會(huì)緩慢逐步增加[2]。如果氣體通過(guò)濾料層的壓差太大，組合凈化裝置的總壓差也會(huì)很大，就會(huì)影響到天然氣加工裝置壓縮機(jī)及后續(xù)設(shè)備的正常運(yùn)行。

2　應(yīng)用試驗(yàn)

2.1改造流程

該項(xiàng)目在原工藝流程不變的情況下，新增1套HGSD/0.9kPN4.0氣體凈化成套裝置，替代原精細(xì)過(guò)濾器對(duì)分子篩出口氣體進(jìn)行過(guò)濾。經(jīng)分子篩脫水后的氣體進(jìn)入HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置，過(guò)濾氣體攜帶的分子篩粉塵，然后進(jìn)入壓縮機(jī)。改造后流程，見(jiàn)圖1。

圖1　改造后裝置流程圖

2.2試驗(yàn)效果

HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置投產(chǎn)運(yùn)行后，停運(yùn)原精細(xì)過(guò)濾器，氣體全部進(jìn)入HGSD/ 0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置，該裝置設(shè)計(jì)安裝時(shí)無(wú)旁通。

1）過(guò)濾壓差。HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置與原F-0202粉塵過(guò)濾器新建粉塵旋風(fēng)分離器采用并聯(lián)安裝，投產(chǎn)后停運(yùn)原過(guò)濾器，運(yùn)行期錄取了過(guò)濾前后的壓力（表1）。計(jì)算平均壓差為0.03 MPa，比原金屬燒結(jié)濾芯壓差（0.3 MPa）降低90%，達(dá)到裝置運(yùn)行要求。

表1　2012年10月天然氣凈化成套裝置入/出口壓力統(tǒng)計(jì)

2）堵塞情況。南壓深冷裝置原過(guò)濾器未設(shè)計(jì)反吹掃系統(tǒng)，因分子篩粉塵堵塞問(wèn)題，原精細(xì)過(guò)濾器每年需更換過(guò)濾器濾芯1次。對(duì)HGSD/0.9kPN4.0天然氣凈化成套裝置的濾料使用壽命及后續(xù)冷換設(shè)備中的粉塵含量觀察，該裝置連續(xù)運(yùn)行1年后只有最上層濾料顏色變黑，其余均保持白色，后續(xù)冷換設(shè)備中未發(fā)現(xiàn)含有粉塵。

2）設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。原過(guò)濾器每年需更換濾芯1次，費(fèi)用約為32萬(wàn)元。HGSD/46K天然氣凈化成套裝置每年更換濾料的費(fèi)用約為3萬(wàn)元，大大降低了裝置的維護(hù)費(fèi)用。

3）增產(chǎn)節(jié)能。與原過(guò)濾器相比，新研制過(guò)濾器自生產(chǎn)運(yùn)行壓降由0.3 MPa降至0.03 MPa，后續(xù)冷箱未出現(xiàn)堵塞，冷箱運(yùn)行平均壓降降至0.2MPa，裝置工藝物流總壓降降低0.47 MPa，增大了制冷設(shè)備膨脹機(jī)的膨脹比，制冷能力提高，平均制冷溫度由-78℃降至-79.5℃，在能耗不增的情況下，年增產(chǎn)輕烴720 t，單位產(chǎn)品綜合能耗降低。

3　結(jié)論

1）確定了適宜深冷分子篩出口凈化過(guò)濾工藝的三級(jí)凈化：即重力沉降、旋風(fēng)分離、高效氣體過(guò)濾器。

2）過(guò)濾技術(shù)延長(zhǎng)了過(guò)濾器的使用壽命，保證了裝置長(zhǎng)周期的安全平穩(wěn)運(yùn)行；降低了設(shè)備維護(hù)成本，減輕了工人更換濾芯的勞動(dòng)強(qiáng)度，年可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用29萬(wàn)元。

3）過(guò)濾技術(shù)在南壓深冷裝置的應(yīng)用，降低了過(guò)濾器自身壓降和后續(xù)設(shè)備壓降，提高生產(chǎn)能力，降低單位產(chǎn)品綜合能耗，為在同類裝置推廣提供了技術(shù)依據(jù)。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.007

2016-01-05

（編輯 莊景春）

邢杰，高級(jí)工程師，1993年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)，從事油田伴生氣處理研究工作，E-mail:xingj@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田公司天然氣分公司工程技術(shù)大隊(duì)，163416。

[1]金國(guó)淼.除塵器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008:31-36.

[2]張殿印，顧海根，肖春，等.除塵器運(yùn)行維護(hù)與管理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1994：53-55.