梁波,于清遠

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

渤海某油田閃蒸系統(tǒng)于2013年開始投用，主要功能是為主發(fā)電機提供高閃點燃料油，因此其運行的穩(wěn)定性對于發(fā)電系統(tǒng)有著重要意義。在投用的6年時間內(nèi)，該系統(tǒng)運行效果良好，但近期由于原油組分發(fā)生變化等原因，真空系統(tǒng)運行平穩(wěn)性變差，壓力變送器所檢測壓力周期性大幅波動，導(dǎo)致閃蒸設(shè)備頻繁由于真空系統(tǒng)壓力高高報警停機，處理量也難以滿足燃料油供給要求。分析問題原因，認為：在閃蒸設(shè)備運行過程中，當真空系統(tǒng)啟動時，氣流中的輕烴蒸汽流過冷凝器的換熱腔時被冷凝下來[1]，流到集液腔中并定期進行排液工作，在排液開啟瞬間，由于打破了原有的壓力平衡狀態(tài)，會瞬間造成真空系統(tǒng)壓力波動，當參數(shù)設(shè)定不合理時就會造成壓力高高報警引起設(shè)備停機[2-3]。為了解決閃蒸設(shè)備運行過程中頻繁停機的問題，需要對影響設(shè)備工作的相關(guān)參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)節(jié)，并確定其最佳運行工況，從而減少設(shè)備運行時的壓力波動，保證閃蒸設(shè)備的平穩(wěn)運行。

1 閃蒸系統(tǒng)運行分析

1.1 運行過程

閃蒸系統(tǒng)組成見圖1[4]。

圖1 閃蒸系統(tǒng)組成

其運行過程為：操作人員將各參數(shù)設(shè)定值確定好后點擊啟動按鈕，閃蒸系統(tǒng)會首先進行自檢過程，如果自檢過程發(fā)現(xiàn)問題則自動停機并提示相應(yīng)故障報警；自檢過程通過后，首先啟動前級泵，前級泵正常啟動后，通過泵的抽吸作用會使閃蒸塔真空度增高，閃蒸塔出口真空管線上設(shè)置一壓力變送器PIC-01，當壓力變送器PIC-01檢測到壓力達到2 500 Pa后，會給閃蒸系統(tǒng)一反饋信號控制真空泵啟動，真空泵的啟動會進一步降低閃蒸塔內(nèi)的壓力，當壓力變送器PIC-01檢測到壓力達到設(shè)定壓力1 800 Pa后，輸油系統(tǒng)逐步啟動；在設(shè)備運行過程中冷凝系統(tǒng)一直處于啟動狀態(tài)，閃蒸系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行。

冷凝系統(tǒng)主要包括以下組件：①氮氣補壓相關(guān)組件，用于破除冷凝器積液腔室內(nèi)真空度，并通過提升積液腔室內(nèi)壓力實現(xiàn)腔室內(nèi)液體的排放，主要包括氮氣氣源、調(diào)節(jié)進氣壓力的PCV-01以及控制進氣與否的SDV-03；②冷凝器上部換熱腔室及積液管線，用于冷凝輕烴組分并通過SDV-02控制冷凝液是否進入積液腔室；③冷凝器下部積液腔室及排液管線，主要用于收集從換熱腔室流下來的冷凝液，并通過SDV-04控制是否向下游排液；④冷凝器壓力緩沖管線，包括氣動高真空擋板閥SDV-01及其下游球閥[5]，用于平衡冷凝器上部換熱腔室與下部積液腔室壓力，其中氣動高真空擋板閥SDV-01開啟時間及球閥開度可手動調(diào)整。

冷凝系統(tǒng)工作過程為：當真空系統(tǒng)啟動時，閃蒸塔內(nèi)由于真空度的存在會促使原油中的輕組分氣化并經(jīng)真空泵處排至下游；當這部分輕組分到達冷凝器處后，由于冷凝器上部換熱腔室始終保持冷水循環(huán)具有較低的溫度，這就使得大部分輕烴蒸汽能夠冷凝液化；液化后的輕烴組分將會流到冷凝器下部積液腔室中，并且會越積越多，在此過程中SDV-02處于打開狀態(tài)。集液腔室中的液體越積越多時，當冷凝器內(nèi)液位計檢測到信號或冷凝器達到設(shè)定排液時間間隔后(出廠設(shè)定時間為30 min)，冷凝器開始執(zhí)行排液操作，先關(guān)閉SDV-02，然后打開破真空閥門SDV-03向冷凝器內(nèi)補充氮氣破除積液腔室內(nèi)的真空，延時2 min后打開排液閥SDV-04，2 min后關(guān)閉閥門SDV-03及SDV-04，打開氣動高真空擋板閥SDV-01，延時4 min后SDV-01關(guān)閉，打開集液閥SDV-02，如此循環(huán)執(zhí)行冷凝-集液-排液工作。

1.2 存在問題

在冷凝器工作過程中，閥門SDV-01的開啟目的是利用其小管徑來平衡冷凝器上下壓力，避免集液閥SDV-02打開時對真空系統(tǒng)真空度造成較大波動。但在運行過程中，由于原油物性發(fā)生變化，每當排液過程結(jié)束，SDV-02開啟時引起PIC-01壓力劇烈波動，引起設(shè)備停機。分析冷凝器運行過程發(fā)現(xiàn)，為了最大程度降低SDV-02開啟時對真空系統(tǒng)的影響，可以從SDV-01開啟的持續(xù)時間、SDV-01下游球閥的開度，以及冷凝器破真空的氮氣壓力3方面著手進行調(diào)整。當時三者狀態(tài)為：SDV-01開啟的持續(xù)時間240 s、SDV-01下游球閥的開度60%、冷凝器破真空的氮氣壓力50 kPa。

2 調(diào)整過程

2.1 參數(shù)選取

采用現(xiàn)場試驗加數(shù)據(jù)分析的方法分別對不同SDV-01開啟的持續(xù)時間、SDV-01下游球閥的開度及冷凝器破真空的氮氣壓力情況下PIC-01壓力變化情況進行記錄分析。

冷凝器破真空的氮氣壓力在影響真空系統(tǒng)的同時，還會對其自身排液造成影響，試驗表明，當?shù)獨庠O(shè)定壓力降到38 kPa時，冷凝系統(tǒng)排液受阻，無法維持閃蒸系統(tǒng)正常運行，因此在參數(shù)優(yōu)化過程中選取氮氣壓力40、42、44、46、48、50 kPa這6個數(shù)據(jù)點。在SDV-01開啟時間上選取240、270、300、330、360 s這5個數(shù)據(jù)點；在SDV-01下游球閥開度上選取60%、65%、70%、75%、80%這5種開度。

2.2 數(shù)據(jù)記錄

試驗中，通過調(diào)節(jié)上述選取參數(shù)，依次得到SDV-02開啟后PIC-01壓力，為了便于數(shù)據(jù)分析，將SDV-02開啟后PIC-01壓力折算成變化率，匯總見圖2～4。

圖2 PIC-01壓力隨PCV-01設(shè)定壓力的變化

2.3 數(shù)據(jù)分析

2.3.1 PCV-01設(shè)定壓力對真空系統(tǒng)影響

由圖2可見，隨著PCV-01設(shè)定壓力的增加，雖然在同一PCV-01設(shè)定壓力下SDV-01下游球閥開度也會對真空系統(tǒng)造成一定影響，但其整體PIC-01壓力平均變化率由91%上升到了190%。這是因為隨著PCV-01設(shè)定壓力的增加，會導(dǎo)致冷凝器內(nèi)下部排油腔室壓力升高，在將平衡閥SDV-01打開后雖然可以一定程度上將這部分壓力泄放，但其原始壓力高，勢必會導(dǎo)致泄放后剩余壓力依舊偏高，當SDV-02打開后也就會對真空系統(tǒng)造成更大的影響。因此，在滿足冷凝系統(tǒng)工作壓力要求的同時，需要將PCV-01設(shè)定壓力盡可能降低，控制在44 kPa以下為宜。

2.3.2 SDV-01開啟時間對真空系統(tǒng)影響

通過圖3可得到PIC-01壓力隨著SDV-01開啟時間增加的變化規(guī)律。雖然在同一SDV-01開啟時間下SDV-01下游球閥開度也會對真空系統(tǒng)造成一定影響，但其整體PIC-01壓力平均變化率由234%下降到了106%。這是因為隨著SDV-01開啟時間的增加，冷凝器內(nèi)下部排油腔室壓力能夠得到充分泄放，其腔室內(nèi)剩余壓力勢必逐漸降低，當SDV-02打開后也就會對真空系統(tǒng)造成的影響越來越小。因此SDV-01開啟時間設(shè)定值可以適當延長，控制在300S以上為宜。

圖3 PIC-01壓力隨SDV-01開啟時間的變化

2.3.3 SDV-01下游球閥開度對真空系統(tǒng)影響

為了便于觀察SDV-01下游球閥開度對真空系統(tǒng)影響，特選出圖4中幾種工況進行分析。通過圖4可以看出，隨著SDV-01下游球閥開度的增加，PIC-01壓力變化率在不同PCV-01設(shè)定壓力及SDV-01開啟時間下變化規(guī)律并不一致，即在40 kPa-240 s、44 kPa-300 s、44 kPa-360 s條件下其變化規(guī)律接近正相關(guān)；在48 kPa-240 s、44 kPa-240 s條件下其變化規(guī)律接近負相關(guān)；其他條件下則無明顯變化規(guī)律。出現(xiàn)這種現(xiàn)象一方面是因為該球閥過氣量受氣動高真空擋板閥SDV-01的限制影響，另一方面是因為球閥的開度也會受人為操作誤差的影響，因此還需針對具體工況確定SDV-01下游球閥開度最佳開度。

圖4 PIC-01壓力隨SDV-01下游球閥開度的變化

2.3.4 確定最終調(diào)整方案

通過上述分析可知，當PCV-01設(shè)定壓力在44 kPa以下、SDV-01開啟時間設(shè)定值在300 s以上條件下可最大程度降低PIC-01壓力變化率。因此選出特定PCV-01設(shè)定壓力-SDV-01開啟時間工況對比得出最優(yōu)結(jié)果。

對比圖5中4種特定工況下PIC-01壓力變化率可知：在42 kPa、330 s條件下PIC-01壓力變化率最為平穩(wěn)，變化在4%以內(nèi)；在40 kPa、330 s條件下PIC-01壓力變化率最低，平均平均變化率為59%；考慮到SDV-01下游球閥開度對系統(tǒng)的影響，當SDV-01下游球閥開度為70%左右時PIC-01壓力變化率最低，為55%。

圖5 PIC-01壓力隨SDV-01下游球閥開度的變化

3 結(jié)論

隨著PCV-01設(shè)定壓力的增加，相應(yīng)的PIC-01壓力變化率增加，隨著氣動高真空擋板閥SDV-01開啟時間的增加，相應(yīng)的PIC-01壓力變化率降低。同時通過試驗數(shù)據(jù)的對比，結(jié)合對系統(tǒng)內(nèi)各參數(shù)運行規(guī)律的分析，得出最佳運行方案：SDV-01開啟的持續(xù)時間330 s、SDV-01下游球閥的開度70%、冷凝器破真空的氮氣壓力40 kPa。該工況參數(shù)應(yīng)用后，閃蒸設(shè)備再未發(fā)生因壓力波動停機的問題，保證了閃蒸設(shè)備的平穩(wěn)運行。由于閃蒸系統(tǒng)運行受原油油品組分影響較大，當原油組份發(fā)生變化時，可能會再次出現(xiàn)真空系統(tǒng)壓力大幅波動的問題，屆時可參考此次試驗過程，通過運行參數(shù)優(yōu)化降低或消除油品組分對閃蒸系統(tǒng)的影響。