劉進(jìn)，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(fā)過程中的必不可少中間環(huán)節(jié)。天然氣凈化涉及脫硫、脫水、硫黃回收和尾氣處理環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，密不可分，只有經(jīng)過凈化合格的天然氣，才能輸送到下游用戶使用。產(chǎn)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(zhì)量的四個重要指標(biāo)，必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《天然氣》GB17820-2018 對天然氣質(zhì)量要求。產(chǎn)品氣水露點是評價產(chǎn)品氣質(zhì)量的重要指標(biāo)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(jīng)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(zhì)條件和環(huán)境溫度變化影響較大，根據(jù)上游條件和環(huán)境溫度變化實時調(diào)整TEG 循環(huán)量，才能保障天然氣水露點在控制指標(biāo)范圍內(nèi)。因此，TEG 循環(huán)泵采用變頻調(diào)速技術(shù)十分有必要，DCS 系統(tǒng)自動監(jiān)測參數(shù)變化，根據(jù)參數(shù)變化情況實時調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整TEG 循環(huán)泵循環(huán)量，從而精準(zhǔn)控制TEG 入塔流量，保障天然氣水露點指標(biāo)。

1 脫水裝置生產(chǎn)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(huán)水系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等公用輔助裝置構(gòu)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(jīng)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(jīng)換熱、冷卻，通過TEG 循環(huán)泵加壓后返回TEG 吸收塔，循環(huán)使用。富液再生產(chǎn)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(huán)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(xiàn)狀調(diào)查及可行性分析

2.1 運(yùn)行現(xiàn)狀

TEG 循環(huán)泵在脫水單元起關(guān)鍵作用，其是否穩(wěn)定運(yùn)行直接影響脫水單元的正常運(yùn)行，從而影響輸出天然氣水露點質(zhì)量指標(biāo)。主體裝置8 臺TEG 循環(huán)泵電動機(jī)設(shè)計時采用工頻運(yùn)行方式，轉(zhuǎn)速恒定，TEG 溶液入脫水塔流量通過現(xiàn)場手動操作循環(huán)泵回流閥控制，不能實現(xiàn)實時精準(zhǔn)控制TEG 入塔流量，濕凈化氣氣質(zhì)或氣溫發(fā)生變化需要調(diào)整TEG 流量時，需要操作員工趕赴現(xiàn)場手動開關(guān)回流閥，調(diào)整閥門開度，憑經(jīng)驗操作閥門開關(guān)，調(diào)節(jié)過程煩瑣，調(diào)節(jié)精度差，流量控制不穩(wěn)定。這種控制方式主要缺點有：（1）電動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，不能根據(jù)上游氣質(zhì)變化情況實時精確調(diào)節(jié)回流閥開度，TEG 溶液入塔流量調(diào)整響應(yīng)不及時。（2）電動機(jī)工頻運(yùn)行，電機(jī)利用率低，增加了不必要的電能消耗，不利于節(jié)能降耗、節(jié)約成本。（3）通過現(xiàn)場手動調(diào)整回流閥開度來控制TEG 入塔流量，不便于流量精確穩(wěn)定控制，波動范圍較大。（4）機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，設(shè)備故障、檢修頻率高，機(jī)泵泄漏概率加大。（5）員工現(xiàn)場手動開關(guān)回流閥，存在一定的操作安全風(fēng)險。

2.2 能耗和成本分析

表1 TEG 循環(huán)泵能耗、成本統(tǒng)計

TEG 循環(huán)泵電動機(jī)工頻運(yùn)行，不能根據(jù)上游氣質(zhì)條件變化情況實時調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。裝置投入生產(chǎn)運(yùn)行后TEG循環(huán)泵電動機(jī)運(yùn)行電流平約為29.5A，8 臺設(shè)備每年消耗電能52.28 萬度，年生產(chǎn)成本費用33.98 萬元。（每年設(shè)備運(yùn)行165 天，每度電0.65 元，功率因數(shù)0.85）

3 變頻控制技術(shù)應(yīng)用

3.1 控制原理及應(yīng)用實踐

TEG 循環(huán)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(yùn)行，使用效果良好。龍王廟凈化廠經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研決定實施TEG 循環(huán)泵變頻控制方式改造，由工頻運(yùn)行變更為變頻運(yùn)行。

主要涉及儀表控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)適應(yīng)性調(diào)整，變更控制方式，在TEG 循環(huán)泵電動機(jī)配電主回路中增設(shè)變頻器，通過變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；在儀表DCS 系統(tǒng)脫水單元控制邏輯中增加流量控制回路，DCS 系統(tǒng)自動采集天然氣水露點參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)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(jù)DCS 輸入信號，自動調(diào)節(jié)輸出頻率和輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。凈化操作工不再需要現(xiàn)場手動開關(guān)回流閥，直接通過中央控制室DCS 系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)變頻器4-20mA 輸入信號，改變TEG 循環(huán)泵電動機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)TEG 循環(huán)量，從而實現(xiàn)TEG 循環(huán)流量的遠(yuǎn)程精確自動控制，確保天然氣水露點在控制指標(biāo)范圍內(nèi)（如圖2）。

圖2 TEG 流量控制回路改造前后對比圖

3.2 應(yīng)用效果

3.2.1 TEG 流量控制平穩(wěn)性

通過在電氣控制回路增加變頻器和DCS 系統(tǒng)TEG 流量控制回路增設(shè)遠(yuǎn)程自動控制功能，實現(xiàn)了TEG 流量遠(yuǎn)程自動精準(zhǔn)控制，操作員工不再需要到現(xiàn)場通過手動調(diào)整回流閥開度來控制TEG 循環(huán)量，二是在控制室通過調(diào)整DCS 系統(tǒng)脫水單元運(yùn)行參數(shù)，控制TEG 循環(huán)量。我們收集變更后每列裝置不同時間段的TEG 流量數(shù)據(jù)，并將其繪制成趨勢圖，如圖3 所示。通過趨勢圖可以發(fā)現(xiàn)TEG循環(huán)流量控制均較以前更加平穩(wěn)，不存在較大范圍波動，且天然氣水露點均在控制指標(biāo)范圍內(nèi)。

3.2.2 能耗對比分析

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

4 結(jié)語

變頻控制技術(shù)的應(yīng)用，操作員工可以根據(jù)上游氣質(zhì)和環(huán)境溫度變化情況，通過DCS 系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動實時精準(zhǔn)調(diào)節(jié)TEG 溶液循環(huán)流量，實現(xiàn)了流量的遠(yuǎn)程精確控制，既滿足了天然氣水露點指標(biāo)控制要求，同時提高了TEG循環(huán)泵運(yùn)行效率，降低了能耗和用電成本，降低了設(shè)備運(yùn)行故障率。

變頻技術(shù)具有自動化程度高的優(yōu)勢，可以有效降低現(xiàn)場操作員工的勞動強(qiáng)度，消除了現(xiàn)場操作帶來的風(fēng)險，在天然氣凈化行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。