田文爽，白朋翔，李欣，孟碩

（中國海洋石油集團有限公司節(jié)能減排監(jiān)測中心，天津 300457）

天然氣中部分較重的烴類在油層的高溫、高壓條件下呈氣體狀態(tài)，由于采氣時其壓力和溫度降低到與地面相同，這些較重的烴類從天然氣中凝析而出，成為凝析油[1]。凝析油在儲存和運輸過程中，容易產(chǎn)生油氣揮發(fā)損失，不僅危害環(huán)境，也是能源的極大浪費，因此對于凝析油的穩(wěn)定處理不論對于環(huán)境保護還是對于油氣資源回收利用都具有極其重要的意義，也是凝析油在運輸和儲存過程中的安全保障[2]。

隨著油氣田勘探開發(fā)的不斷深入和擴展，氣田集中處理系統(tǒng)的設(shè)計條件與實際運行工況往往存在一定差距。因此，需對裝置運行情況進行全面分析研究，準確把握裝置的運行現(xiàn)狀，優(yōu)化操作參數(shù)，避免各種事故發(fā)生及能源浪費。通過對生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的分析，建立工藝計算模型，探討處理廠重要裝置的適應(yīng)性，并對關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)、關(guān)鍵點參數(shù)進行優(yōu)化，可為處理廠平穩(wěn)高效運行提供重要依據(jù)[3]。

1 運行現(xiàn)狀及問題

1.1 流程簡介

某氣田終端處理廠凝析油穩(wěn)定單元采用提餾工藝對凝析油進行處理，為回收利用閃蒸氣，在凝析油穩(wěn)定單元設(shè)置一臺閃蒸氣壓縮機。上岸預(yù)處理單元分離的凝液經(jīng)調(diào)壓后進凝析油一級閃蒸分離器（V-1201）進行分離，氣相進閃蒸氣壓縮機（C-1201）三級入口，液相節(jié)流到1.15 MPa，經(jīng)凝析油進料換熱器（E-1201）換熱升溫到55℃后進凝析油二級閃蒸分離器（V-1202）進一步氣液分離，其中氣相進入閃蒸氣壓縮機二級入口。

二級閃蒸分離器分離出的液相分為兩部分，一部分節(jié)流至0.45 MPa，52.55℃后，在進塔換熱器（E-1202）與穩(wěn)定塔底重沸器（E-1203）來的凝析油換熱升溫至129℃后進入凝析油穩(wěn)定塔（T-1201）中部；另一部分節(jié)流至0.4 MPa，直接進入穩(wěn)定塔頂部。塔頂氣進入閃蒸氣壓縮機一級入口。凝析油穩(wěn)定塔底的穩(wěn)定凝析油，經(jīng)進塔換熱器、進料換熱器及凝析油冷卻器（E-1204）冷卻后進穩(wěn)定凝析油儲罐儲存。裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 凝析油穩(wěn)定裝置工藝流程

1.2 運行現(xiàn)狀

終端處理廠投入運營后，裝置進料流量、組成等與設(shè)計數(shù)據(jù)相比均發(fā)生了變化，凝析油穩(wěn)定單元處理規(guī)模為145 m3/h，實際單元進料流量約82 m3/h，負荷約為設(shè)計值的57%。但實際操作過程中，部分設(shè)備已達到滿負荷，裝置運行有待優(yōu)化。

為對比裝置實際運行參數(shù)與設(shè)計值的偏差，分析裝置運行問題，對凝析油穩(wěn)定單元進料取樣化驗，設(shè)計及實測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 凝析油穩(wěn)定單元進料組分對比

續(xù)表

通過進料組分化驗結(jié)果計算得到實際進料的餾程，并與凝析油單元設(shè)計進料餾程進行對比，如圖2所示。

受裝置進料組成、溫度、壓力變化影響，裝置主要操作參數(shù)設(shè)計值與實際值存在一定差異，對比如表2所示。

圖2 凝析油進料設(shè)計與實測組分餾程曲線（D86）

1.3 存在問題及分析

由于進料組分及溫度的變化，各級分離出的氣相流量相對于設(shè)計值均產(chǎn)生了一定偏差。由圖2進料餾程曲線可知，裝置實際進料輕端組分相對于設(shè)計值偏重，理論上一級、二級閃蒸出的輕組分量相對于設(shè)計條件將會降低。同時，受上岸氣條件影響，一級、二級分離器進料溫度均低于設(shè)計值，進一步降低了閃蒸氣流量，導(dǎo)致閃蒸氣壓縮機二級、三級負荷不滿，在低溫工況下尤其嚴重，與閃蒸氣壓縮機三級、二級負荷偏低的實際情況相匹配；在40%餾程處，設(shè)計條件和實際值接近，即輕組分大量在凝析油穩(wěn)定塔餾出，因此穩(wěn)定塔實際負荷高于設(shè)計值，壓縮機一級進氣量顯著增大，率先達到滿負荷（如表2所示），與閃蒸氣壓縮機一級負荷偏高、多次造成閃蒸氣放空的實際情況相符。

表2 裝置主要操作參數(shù)設(shè)計值與實際值對比

此外，裝置部分操作參數(shù)未根據(jù)進料情況及時調(diào)整，仍采用設(shè)計工況設(shè)定值，比較典型的是在當(dāng)前裝置進料未達到滿負荷的情況下，穩(wěn)定塔頂進料與滿負荷工況設(shè)定值一致，控制在46.9 m3/h（約340 kmol/h）。由于塔頂進料為冷進料，進料量偏大變相增大了回流比，導(dǎo)致穩(wěn)定塔底再沸器負荷相應(yīng)提高，產(chǎn)品質(zhì)量過剩。

為適應(yīng)上述新工況，應(yīng)重新平衡壓縮機三級負荷，提高一級、二級閃蒸分離器閃蒸出的組分，同時減少產(chǎn)品指標過剩程度，降低凝析油穩(wěn)定塔頂氣相負荷。凝析油穩(wěn)定單元一級、二級閃蒸分離器的進料溫度、壓力控制對于調(diào)節(jié)閃蒸氣壓縮機三級負荷分配有重要作用。在閃蒸分離器操作方面，可以適當(dāng)提高操作溫度或降低操作壓力，為了避免對閃蒸氣壓縮機的影響，優(yōu)先對溫度進行調(diào)整。從換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的角度，可在裝置內(nèi)尋找熱源對進料進行加熱。在凝析油穩(wěn)定塔操作方面，塔頂和塔中間冷、熱兩股進料合理分配對塔底再沸器負荷及塔頂氣相流量起重要作用，應(yīng)對不同進料比例進行工況分析，以選擇適宜的操作參數(shù)。

2 流程模擬及優(yōu)化

2.1 模型建立

Aspen HYSYS是廣泛應(yīng)用于油氣生產(chǎn)、氣體處理和煉油工業(yè)等領(lǐng)域的過程模擬軟件，提供了功能強大的物性計算包。數(shù)據(jù)計算的準確度取決于物性方程的選取是否合適，從而影響到工藝計算的精準度。對于石油煉制、氣體加工和石油化工過程，PR狀態(tài)方程是通常推薦的物性方法，HYSYS軟件對該方程進行了強化，可嚴格處理大多數(shù)單相、兩相和三相體系，且處理效率高，計算結(jié)果可靠[4]。采用該物性方法，結(jié)合表2中裝置的實際操作參數(shù)建立凝析油穩(wěn)定單元模型。

2.2 換熱流程優(yōu)化

在當(dāng)前換熱流程下，凝析油穩(wěn)定塔底產(chǎn)品經(jīng)兩級換熱后溫度為88℃，直接被循環(huán)水冷卻后進入儲罐，仍有一定量的低品位熱能未回收，存在一定的能量浪費?？梢酝ㄟ^增加一級閃蒸分離器前預(yù)熱器EN-01（BES-800-0.8/3.6-160-4/19-2 II），利用凝析油穩(wěn)定塔底產(chǎn)品經(jīng)兩級換熱后的余熱對一級閃蒸分離器進料進行預(yù)熱，回收低溫?zé)岬耐瑫r可以提高一級閃蒸分離器氣相流量，對平衡閃蒸氣壓縮機負荷起到積極作用；另外，可以提高凝析油穩(wěn)定塔進料溫度，降低凝析油穩(wěn)定塔底再沸器負荷及凝析油冷卻器冷卻負荷。調(diào)整換熱后裝置流程如圖3所示，凝析油進一級、二級閃蒸分離器、凝析油穩(wěn)定塔溫度有所提高，優(yōu)化后裝置主要操作參數(shù)如表3所示。

圖3 優(yōu)化換熱后流程

表3 調(diào)整換熱后裝置主要操作參數(shù)

由于原有換熱器換熱溫差產(chǎn)生變化，換熱器負荷及閃蒸氣壓縮機各級進氣量均有所變化，如表4所示。

2.3 進料操作優(yōu)化

進料調(diào)整對穩(wěn)定凝析油飽和蒸汽壓及塔底再沸器負荷均會產(chǎn)生影響，穩(wěn)定塔頂和穩(wěn)定塔中間進料合理分配有利于裝置適應(yīng)現(xiàn)有工況，調(diào)整塔頂氣相流量的同時降低能耗。保持進料溫度不變，調(diào)整塔頂、塔中進料比例，利用Aspen HYSYS進行工況分析，計算結(jié)果如圖4所示。塔頂冷進料流量越大，塔底穩(wěn)定凝析油飽和蒸汽壓越低，產(chǎn)品穩(wěn)定性越高，但再沸器負荷同時上升。隨著塔頂進料流量增大，產(chǎn)品飽和蒸汽壓下降速度變慢，再沸器負荷則呈線性增長。

結(jié)合圖4曲線，可知隨塔頂進料量增加，產(chǎn)品穩(wěn)定性提高速度遠小于再沸器負荷增加速度，提高塔頂進料量以提高產(chǎn)品穩(wěn)定性的經(jīng)濟效益變得越來越差。因此，在保證產(chǎn)品指標（50℃儲存溫度下飽和蒸汽壓不高于69 kPa）前提下適當(dāng)降低塔頂進料流量對降低塔頂氣相流量及再沸器負荷有明顯效果。

表4 調(diào)整換熱后裝置主要設(shè)備負荷變化

2.4 優(yōu)化效果

新增換熱器對進料進行預(yù)熱后，增加了對進料溫度的控制手段，優(yōu)化換熱后閃蒸氣壓縮機各級負荷分配趨于合理，運行更加平穩(wěn)，延長了裝置穩(wěn)定運行周期。換熱流程調(diào)整后回收了裝置余熱，提高了一級、二級閃蒸分離器分離出的氣相流量和穩(wěn)定塔進料溫度，降低了塔底再沸器負荷，數(shù)據(jù)見表4。

控制穩(wěn)定塔頂、塔中段進料比例，當(dāng)塔頂進料流量降低至250 kmol/h（約34.5 m3/h）時，能夠進一步降低塔頂氣相流量，避免閃蒸氣壓縮機放空。此時塔底產(chǎn)品在50℃儲存溫度下飽和蒸氣壓約為65.6 kPa，仍能滿足穩(wěn)定塔底凝析油產(chǎn)品指標，且有一定余量。

穩(wěn)定塔底再沸器熱源為導(dǎo)熱油爐，按年運行8 400 h計算，換熱流程優(yōu)化預(yù)計每年可降低導(dǎo)熱油爐燃料氣消耗32.5萬m3。進料操作優(yōu)化預(yù)計每年可降低導(dǎo)熱油爐燃料氣消耗21.3萬m3?？晒?jié)能653.8噸標準煤，經(jīng)濟效益約151萬元。

3 結(jié)論

采用流程模擬技術(shù)建立了凝析油穩(wěn)定單元工藝模型，預(yù)測操作參數(shù)改變產(chǎn)生的效果，將計算結(jié)果作為裝置操作參數(shù)調(diào)整的參考，優(yōu)化操作參數(shù)后使裝置操作更加適應(yīng)實際工況，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟性。

通過換熱流程優(yōu)化和進料操作優(yōu)化，避免了凝析油穩(wěn)定單元閃蒸氣放空，使閃蒸氣壓縮機三級負荷分配更加合理。在保證產(chǎn)品指標的前提下，回收了裝置內(nèi)的工藝余熱，降低了裝置能耗和排放。

考慮到模擬計算過程中模型誤差的存在以及實際工況的變化，如上岸氣、液相組分波動、天氣變化、處理規(guī)模等因素的影響，最佳操作參數(shù)也會產(chǎn)生變化。該次優(yōu)化給出當(dāng)前工況下較優(yōu)的操作參數(shù)，實際操作中應(yīng)當(dāng)以模型計算所得的工況分析趨勢為指導(dǎo)，結(jié)合化驗分析數(shù)據(jù)逐步調(diào)整操作參數(shù)，同時產(chǎn)品控制指標應(yīng)留有適當(dāng)余量。