雅克拉集气处理站分子筛再生工艺流程改造及效果评价
Outline:
周国英1
,
谢爽2
,
杨刚1
1. 中国石油化工股份有限公司西北油田分公司雅克拉采气厂;
2. 中国石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探开发研究院
收稿日期：2012-06-26；修回日期：2012-07-29
作者简介：周国英(1980-)，男，工程师，毕业于中国石油大学自动化专业，现任雅克拉采气厂采处一队副队长，目前主要从事油气处理及仪表自动化技术工作。地址：(842017)新疆库车县塔北邮电所雅克拉采气厂。电话：0997-7989546。E-mail:
zzzggy@sina.com.
摘要：介绍了雅克拉集气处理站分子筛脱水工艺。在实际生产中由于再生气流量、温度等因素造成分子筛吸附周期过长，脱水效果差，使冷箱频繁冻堵。通过对现有流程进行改造，缩短分子筛吸附周期，改善脱水效果，不但提高了轻烃产量，降低了人工开关阀门产生的劳动强度，还节约了大量电能。
关键词：雅克拉 天然气 分子筛 吸附 再生 加热 冷吹
Process reform and effect assessment of molecular sieve regeneration process at Yakela gas gathering & processing station
Outline:
Zhou Guoying1
,
Xie Shuang2
,
Yang Gang1
1. Yakela Gas Production Plant Northwest Oilfield Branch Company of Sinopec, Kuche 842017, Xinjiang, China;
2. Exploration andDevelopment Institutet Northwest Oilfield Branch Company of Sinopec, Urumqi 830011, Xinjiang, China
Abstract: This paper introduced molecular sieve dehydration process of Yakela Gas Gathering & Processing Station. In the actual production, due to the effect of regeneration gas flow, temperature, etc., the cycle of molecular sieve adsorption became longer, dehydrating effects was poor and cold box stuck frequently. Therefore, after transformed the existing process, the molecular sieve adsorption cycle was shortened and the dehydration effect had improved, which not only increase yields, reduce labor intensity, but also save the electric energy.
Key words:
Yakela natural gas molecular sieve absorption regeneration heating cold blowing
雅克拉凝析气田位于新疆阿克苏境内，其2005年11月建成投运的雅克拉集气处理站(简称雅站)是集凝析油稳定、轻烃回收于一体的综合性凝析气体处理装置。设计天然气处理量260×104 m3/d，年产凝析油17×104 t，天然气净化采用了分子筛脱水工艺技术，利用干气对其进行再生，它是目前国内外应用最广泛，技术最成熟的脱水技术之一[1]。
1 雅站分子筛脱水工艺现状
1.1 脱水工艺简介
雅克拉集气处理站脱水系统为分子筛双塔流程，设计8 h为一周期进行切换，由程序自动控制。分子筛采用差压再生工艺，原料气吸附压力为5.9 MPa，再生气为外输干气(压力2.7 MPa)，单塔循环分为泄压、热吹、冷吹、升压、并流切换、吸附六个过程(见表 1)。
表 1
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表 1 干燥塔切换步骤/时间对应表
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1.2 再生气流程
再生气流程(见图 1)可分解如下：
分子筛加热时：再生气→Q12103→再生气换热器→Q12107→KV1207→再生气加热器→Q12138→分子筛干燥塔→Q12108→再生气换热器→下游装置
分子筛冷吹时：再生气→再生气前冷却器→Q12110→再生气换热器→Q12107→KV1208→分子筛干燥塔→Q12109→下游装置
2 存在问题
2.1 冷吹气温度高
雅站分子筛再生气引自干气外输管网，温度较高(62 ℃)，冷吹分子筛时需要先进行降温。原设计采用的是一台水冷却器，然而夏季用冷设备多，水冷系统负荷重，冷却水循环温度达38 ℃，再生气通过水冷却器降温后仍然在55 ℃以上。
(1) 主冷箱频繁冻堵。由于冷吹气温度过高，分子筛降温缓慢造成冷吹延时，迫使干燥塔吸附周期由设计的8 h延长到12 h。每到吸附周期后阶段，分子筛吸附水分趋于饱和，脱水效果变差，含水原料气进入预冷设备极易造成冷箱冻堵。从2009年2月至今，主冷箱共发生9次冻堵。
(2) 装置运行参数波动大。为了解决冷箱频繁冻堵问题，被迫采取缩短干燥塔切换周期的方法来改善分子筛脱水效果。分子筛冷吹结束温度由58 ℃修改为70 ℃，一定程度上改善了原料气脱水不尽现象，但又出现了原料气被升温从而对下游装置产生冲击的新问题。当干燥塔切换时，冷箱出口温度陡然升高5 ℃~10 ℃，脱乙烷塔、液化气塔压力及进出塔的物料流量都会发生较大变化。为了稳定装置运行，操作人员需要不停地忙碌于各项参数的调整，参数扰动频繁会使产品质量和收率下降。
2.2 再生气流量偏小
再生气的流量通常应为总处理量的10%~15%[2]，雅站目前日处理天然气300×104 m3，再生气流量为0.8×104 m3/h，仅为总处理气量的6.5%，远远低于1.1×104 m3/h的设计值。这主要是因为消化再生气的下游用户用气量减少所致。雅站再生气回收后输往炭黑厂和甲醇厂等用户，因某种原因部分用户停产，用气量下降，造成管线回压升高，再生气末端压力的提升使得再生气流速降低，流量偏小。
2.3 阀门控制节点多
换热器旁通阀(Q12109)、再生气冷却器旁通阀(Q12103)是手动闸阀，分子筛加热和冷吹时必须靠人工关闭和打开阀门。每个周期开关阀门4次，按8 h一周期计算，则每天就需要开关12次，劳动强度较高。由于换热器温度达260 ℃，曾发生过高温天然气刺漏事件，靠人工开关阀门，也存在一定的安全隐患。阀门控制节点多且频繁开关，也容易造成阀门内漏。目前Q12109阀门内漏严重，也是造成冷吹气温度较高的原因之一。
3 流程改造
3.1 改善加热与冷吹效果
流程改造一方面受空间和场地的限制，另一方面还要考虑施工难度、成本投入和不停产改造等问题。最终确定方案(见图 2)为：在水冷器前新增两台15 kW空冷器及旁通管线，KV1208阀前加装球阀Q12112，并新建两条管线(见图 2中虚线)将冷吹和加热流程相互独立。
改造后再生流程如下：
加热流程：再生气→再生气换热器→Q12107→KV1207→再生气加热器→Q12138→分子筛干燥塔→Q12108→再生气换热器→下游装置
冷吹流程：再生气→空冷器→再生气前冷却器→Q12111→KV1208→分子筛干燥塔→Q12109→下游装置
改造后Q1212常关，较改造前：阀门控制节点减少，分子筛再生过程不再需要人工开关阀门，由程序控制阀KV1207和KV1208便可完成加热和冷吹的切换。夏季，再生气经过空冷器及水冷却器降温后可低于40 ℃。
3.2 提高再生气流量
提高再生气入口压力或降低外输压力是提高再生气流量的两条途径[3]。再生气入口压力(膨胀机增压端出口)为2.7 MPa，如果提高膨胀机增压端背压会使膨胀机转速降低，影响膨胀机制冷效果，所以只能采取降低外输压力的方法来提高再生气差压。库车大化是雅克拉集气处理站下游天然气主要用户之一，用气量为150×104 m3/d，压力2.0 MPa，对水露点无过高要求，适合再生气回收。改造流程将再生气输往库车大化后，使再生气前后差压达到了0.7 MPa，有充足的余量调节再生气流量。
4 效果评价
4.1 轻烃产量得到提高
流程改造后，冷吹气温度大幅降低，分子筛冷吹结束温度已由70 ℃修改为50 ℃，在程序设定的3.5 h内，分子筛可被冷吹到46 ℃以下。干燥塔切换瞬间，原料气对下游装置温度冲击明显减弱，参数趋向平稳化，液化气较改造前日增产0.6 t。
4.2 干燥塔脱水品质提升
再生气流量的增大、加热和冷吹效率的提高，为缩短干燥塔的切换周期提供了必要条件，目前设定为8 h，与原设计相符。改造后，测得干燥塔吸附周期末段原料气水露点为-80 ℃，较改造前下降30 ℃，且冷箱再未出现过冻堵，充分表明分子筛脱水效果已得到明显改善。
4.3 年节约电能55×104 kWh
改造前，当气温低于10 ℃时，除再生气水冷却器外，其余各水冷装置在不启用冷水机组的情况下靠循环水自然降温足以满足生产需求。冷水机组额定功率为300 kW，启用冷水机组仅为再生气降温如同大马拉小车，造成电能浪费。改造后，冬季可停运冷水机组4个月，再生气降温采用空冷器+水冷却器(循环水自然降温)模式运行，冷吹气温度可降至40 ℃左右，实现年节约电能55×104 kWh。
5 结论
通过对雅克拉集气处理站分子筛脱水再生气流程改造，有效解决了冷吹气温度高，分子筛运行周期长的问题，使脱水后的原料气水露点满足了装置要求，既确保了装置平稳运行，又提高了装置收率，降低了能耗，并为日后处理该类问题积累了经验。
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石油工业标准化技术委员会石油工程建设专标委.SY/T 0076-2008天然气脱水设计规范[S].北京:石油工业出版社, 2008-12-01.
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张鸿仁, 张松. 油田气处理[M]. 北京: 石油工业出版社, 1995: 42-44.
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2012, Vol. 41