張杰(中國石油西南油氣田公司川中油氣礦輕烴廠,四川 遂寧 629000)
川中油氣礦輕烴廠現(xiàn)有五套LPG輕烴回收裝置,根據(jù)目前各套裝置生產(chǎn)情況,除三臺站LPG 裝置處于滿負荷運行外,其余各套裝置都存在不同程度處理量降低情況。研究低負荷下裝置的運行操作和管理措施,優(yōu)化各套裝置工藝參數(shù)和現(xiàn)場操作,對提高LPG裝置的運行效益具有重要意義。
在各套LPG輕烴回收裝置中,南充和磨溪LPG裝置因缺原料氣處于停產(chǎn)狀態(tài),遂寧LPG 裝置的運行負荷在60%左右,廣安LPG 裝置的運行負荷在40%左右。由于各套LPG 裝置工藝流程和原理基本一致,對于LPG 裝置低負荷操作運行管理,我們主要以廣安LPG裝置進行分析討論。
廣安LPG 裝置于2010 年10 月投產(chǎn),設計處理量為100×104m3/d,由于氣田氣量衰減,處理量由最初投產(chǎn)時的80×104m3/d降至現(xiàn)在的40×104m3/d,進站壓力由最初的3.3MPa降至目前的2.5MPa,膨脹機膨脹比由最初的2.36 降至目前的1.78(具體參數(shù)如表1所示)。裝置各設備均存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象。夏季高溫天氣時,裝置制冷系統(tǒng)溫度平均上升10℃左右,脫丁烷塔塔壓上升0.1~0.2MPa,導致產(chǎn)品收率降低,能耗升高,工藝參數(shù)偏離設計值。
表1:裝置工藝參數(shù)對比表壓力:MPa 溫度:℃流量:104m3/d
LPG裝置脫水單元主要是對原理天然氣進行深度脫水,避免深冷裝置冰堵,當裝置低負荷運行時,可調(diào)整分子篩塔切換周期[1],降低裝置的能耗。裝置原設計切換周期為:吸附時間為12小時,再生加熱時間8小時,再生冷卻時間4小時。但隨著氣量的衰減,原料氣日處理氣量降低到設計處理量的40%左右,因此可以適當延長吸附塔切換周期,減少分子篩熱吹再生天然氣能耗和再生氣壓縮機電耗。分子篩塔切換周期調(diào)整后為:吸附時間為24小時,再生加熱時間8小時,再生冷卻時間4小時,停運再生氣壓縮機12小時。對切換周期調(diào)整后,需做好干氣水露點分析和監(jiān)控,確保干氣水露點滿足輕烴回收裝置要求,避免發(fā)生冰堵。
當裝置低負荷運行時,裝置進站壓力降低,膨脹機膨脹比由最初的2.36 降至1.78,膨脹機制冷量降低,脫乙烷塔塔頂溫度由原來的-92℃升高至-83℃,導致產(chǎn)品收率降低。
根據(jù)上表表1可知,氣田的氣量與原料氣壓力成正態(tài)關系,當原料氣氣量降低,原料氣壓力隨之降低,膨脹機膨脹比降低,裝置冷量下降,裝置收率降低。為了提高膨脹機膨脹比,可適當降低脫乙烷塔塔壓,同時適當降低脫乙烷塔塔底溫度[3]。
脫乙烷塔塔壓降低后,可適當降低脫乙烷重沸器的蒸汽用量,如果脫乙烷塔塔底溫度偏高,將會造成產(chǎn)品收率降低;脫乙烷塔塔底溫度偏低,液烴中C2含量將偏高,LPG 產(chǎn)品質(zhì)量不合格,同時液烴中C2含量偏高,將導致脫丁烷塔壓力不好控制,影響裝置正產(chǎn)操作。
當裝置處理氣量低于35×104m3/d,壓力低于2.3MPa 時,膨脹機轉(zhuǎn)速逼近設備臨界轉(zhuǎn)速14000r/min,裝置長時間低負荷運行,其主要影響在:一是膨脹機膨脹比大幅度下降,裝置制冷量嚴重降低,膨脹機出口溫度升高,裝置收率降低;二是機組低轉(zhuǎn)速將會引起軸承油膜形成不好,潤滑變差,容易引起機組軸承干磨,溫度過高導致燒瓦;三是機組轉(zhuǎn)速太低,容易引起機組發(fā)生喘振,并發(fā)出強烈的“喘氣”聲響和振動,造成設備損壞。
在裝置低負荷運行情況下,一是打開裝置越站旁通閥,增加裝置進氣量,提高裝置進氣量和進氣壓力;二是對膨脹機進行改造,降低膨脹機處理量;三是可適當提高膨脹機油壓;四是可適當調(diào)整膨脹機噴嘴開度,調(diào)節(jié)防喘振閥開度,來保證膨脹機組平穩(wěn)運行。
廣安LPG 裝置天然氣壓縮機組設計轉(zhuǎn)速為750~1200 r/min,當裝置處于低負荷運行時,機組將在低于設計工況750 r/min 下運行,機組存在下列隱患:
(1)影響發(fā)動機使用壽命,低轉(zhuǎn)速下長期運行,氣缸內(nèi)易積碳,火花塞容易堵塞。
(2)進氣量小可能導致殘油不能隨氣流排出,氣閥容易產(chǎn)生積炭,從而降低氣閥的使用壽命。
(3)容易造成活塞、氣閥、連桿、曲軸彎曲或斷裂。
(4)運轉(zhuǎn)部件的潤滑不到位,有可能發(fā)生十字頭小頭瓦或者大頭瓦燒毀的風險。
因此在低負荷情況下,為保證裝置正常運行,應做好下列措施:
(1)調(diào)節(jié)機組可變余隙容積(VVCP),使部分氣體在壓縮缸內(nèi)部打循環(huán),減小對外做功,從而降低處理量。
(2)切換壓縮機的作用形式,由現(xiàn)在的二級壓縮改為一級壓縮,降低壓縮機組整體能耗和機組磨損率。
裝置低負荷運行,會引起裝置計量不準確,儀表各點參數(shù)不易控制,比如調(diào)節(jié)閥由于與設定值差別較大,調(diào)節(jié)閥長期處于小閥位開度,存在如下問題:
(1)調(diào)節(jié)閥節(jié)流間隙小,流速大,沖刷厲害,閥芯密封面容易受損,影響閥的使用壽命。
(2)介質(zhì)流速、壓力變化,超過閥的剛度時,閥穩(wěn)定性差,甚至產(chǎn)生嚴重振蕩。
(3)對于流閉狀態(tài)下工作的閥,會產(chǎn)生跳躍關閉或跳躍起動現(xiàn)象,調(diào)節(jié)閥無法正常調(diào)節(jié)。
針對以上情況,為了提高閥的使用壽命、穩(wěn)定性、正常調(diào)節(jié)等工作性能,調(diào)節(jié)閥應避免在小閥位開度工作,對部分調(diào)節(jié)閥、流量儀表的孔板、壓力儀表需要重新選型更換;對裝置各調(diào)節(jié)回路和PID參數(shù)進行重新整定,對報警系統(tǒng)各點參數(shù)需要重新討論、修改及整定。
由于LPG裝置低負荷運行偏離裝置設計運行工況,不便于日常工藝參數(shù)控制,影響設備使用壽命,增加了裝置的運行成本,降低了裝置的生產(chǎn)效益。因此在裝置生產(chǎn)過程中,應根據(jù)裝置生產(chǎn)負荷的變化,及時進行工藝參數(shù)調(diào)整,加強裝置的運行管理:
(1)如果裝置負荷降低超過30%,就應開展裝置的標定工作,確定在該工況下裝置的最佳操作條件及對關鍵參數(shù)進行變更,對運轉(zhuǎn)設備進行調(diào)整,以適合當前的工況。
(2)采用新工藝、新技術對裝置進行適應性技術改造,保證裝置在最佳工況下高效運行。
(3)應加強對裝置工藝設備管線的巡檢,特別是核心設備的巡檢,做好設備運行參數(shù)記錄和分析,及時發(fā)現(xiàn)異常情況,及時整改。
(4)定期組織技術人員對裝置運行情況進行系統(tǒng)的分析和討論,制定出適應當下裝置負荷的參數(shù),對無法實現(xiàn)自動控制的參數(shù),及時進行手動控制。