天然气净化厂节能降耗途径分析

梁玮玮（大庆油田工程有限公司）

为了降低天然气净化过程的能量消耗和操作成本，对天然气净化厂工程实施了总承包管理模式和HAZOP分析方法。实施总承包管控项目就是要实现设计的优化，节能降耗，从而提高工程整体衔接能力，保证工程进度和质量。徐深9天然气净化厂试点工程预计每天处理能力200×104m3，以此工程为例，介绍净化厂在方案、流程等方面的优化设计和节能措施。

1 设计方案

针对氯离子含量的危害进行技术经济对比，在徐深9集气站建设时，保留徐深9集气站原有40×104m3/d三甘醇脱水装置，并新建1套30×104m3/d三甘醇脱水装置，降低进站原料气中氯离子含量，确保净化厂进站的3股原料气气质的一致性。为此，净化厂内集配气单元中原料气重力分离器、过滤分离器、管汇、徐深9来气的集输管道、工艺阀门和仪表阀门等材质由316L改为碳钢。

为防止分子筛脱水装置再生气冷却器循环水结垢对生产的影响，再生气冷却器由管壳式水冷却器改为空冷器。

由于徐深9来气已经过三甘醇脱水装置进行脱水，为此，徐深9来气的越站流程取消，在徐深9集气站进行越站，从而减少越站管道的长度。另外，还增加了应急广播系统及周界防护监控系统。

2 工艺流程

徐深8、9、21等区块天然气进入集配气单元，经胺法脱碳装置脱除二氧化碳后，湿净化气进入三甘醇脱水装置进行脱水处理，作为商品天然气送至徐深9集气站外输。脱碳装置得到的酸气进行增压、干燥处理后，送至树101二氧化碳液化站及芳48二氧化碳液化站进行液化。

选用此工艺流程使上下游结合，装置具有较强的灵活性：

1）根据上下游特点，以及徐深8、9、21区块的地质、开发和试采数据，结合地质开发风险，合理确定新建脱碳装置的建设规模，将脱碳、脱水装置采用双列建设的方式，具有很好的适应性。

2）为保证上游集气站超压分散放空对环境的影响，将集气站的放空点设置在净化厂内，集中排放。

3）依据芳48、树101液化站对二氧化碳、原料气的不同工艺技术要求，采用不同压力分别出站，增加集中增压管理的可靠性。

3 HAZOP分析

1）偏差：逆流；低液位；操作；过量。

2）原因：上游输气管线破裂，导致下游高压气体从破裂处泄漏，造成逆流；过滤分离器底部出口手动阀门开度过大；收球筒平衡管线位置安装不当；燃料气进口控制阀01PV113打开或旁路打开。

3）后果：含CO2天然气泄漏导致环境污染；过滤分离器液位降低，导致无液位，高压气串入下游污水排放灌，造成超压，导致设备损坏；引起燃料气罐超压，导致设备损坏，燃料气中断，全厂停车。

4）有限保护措施：每条分支管线有止回阀；污水排放罐有4 in（1 in=25.4mm）大气排放口，设置在安全位置，液位低报01LIA102/3/4/5；01PIA114高报PSV0111。

5）风险定级：高。

6）建议：增加01PT108压力低低关断01HZV201，01PT109压力低低关断01HZV202，01PT110压力低低关断01HZV203；增加01PIC102/103/104压力低报；压力等级升为10MPa；增加自动关断和释放设施；过滤分离器增加低低液位关断；平衡管线与收球筒在气相空间。

4 工程优化

1）根据HAZOP分析结果对工程内容做如下调整：

◇材质改变。超过60℃贫胺液管线材质、贫液空冷器材质由304L改为316L，原因是氯离子腐蚀。

◇负压设计。对再生塔、酸气分离器、闪蒸塔、闪蒸气分离器、一段压缩机入口分离器进行全负压校核，增加支撑圈，其中酸气分离器增加壁厚2mm。

◇流程改变。增加原料气聚结过滤器低低液位开关及联锁切断阀，增加燃料气系统备用气源，一段压缩机后增加自动泄压放空，增加高压火炬分液罐连续液位远传，增加温度、压力变送器。

◇外防护层保温。由镀锌薄板改为铝薄板，铝薄板厚度在0.6～1.0mm之间。

◇增加循环水冷却塔风扇电动机防爆设计，增加可燃气体监测器及CO2气体监测器。

2）调整工艺安装方案，加大脱碳装置区二层平台，部分设备及阀门的安装布置在二层平台上，从而减小占地面积。管架由4m宽增加至8m宽，长度增加95m。

3）综合控制楼的功能进一步细化，从安全防火的角度出发，增设另一出口楼梯，西墙和北墙做防爆设计。

4）优化全厂平面布置，同时在集配气单元为未来区块做出预留，净化厂占地面积有所减小。

5）增加徐二变电所改造工程量。

6）为保证冬季装置的运行可靠性，将用于保温的电伴热改为高温乙二醇水溶液伴热。

7）为方便生产管理，增加用于存储胺液、润滑油、乙二醇的料库，增加建筑面积282.26m2。

8）通过详细勘察，徐深9-芳48液化站二氧化碳外输管道减少3 km，土方量减少2.1×104m3，增加了72m和40m水渠穿越各一处。

9）吸收塔和再生塔高度降低，减少复合板用量。

10）增加厂前区及部分装置区铺砌，新增站外停车场等，共计增加道路及铺砌面积4800m2。

5 节能分析

5.1 节能技术和工艺

1）脱碳装置采用活化MDEA脱碳工艺，溶剂对CO2的负载量大，溶解热低，吸收与再生之间的温差较小，再生温度低，装置能耗降低。

2）优化脱碳装置闪蒸塔操作压力，闪蒸气可作为燃料气回收利用，减少烃类损失。

3）MDEA溶液再生时依靠闪蒸降压即可解吸出大量的二氧化碳，从而减少了再生所需的热耗。

4）设置贫富液换热器，既回收贫液的热量，又降低贫液冷却器的负荷。

5）原料天然气与净化天然气换热，减少装置循环冷却水耗量及下游脱水负荷，能量利用合理。

6）贫液冷却器采用空冷器，空冷器采用变频调节工艺，降低装置的水耗和电耗。

7）优化工艺参数，提高自控水平，降低装置的能耗。

8）再生气冷却器采用空冷，并采用变频调节工艺，减缓循环水结垢，提高换热效率，降低装置的水耗和电耗。

5.2 节能设备和材料

1）脱碳装置采用密闭流程，选用操作灵活、密封性能良好的阀门，减少天然气的漏损量。

2）采用高效绝热的保温材料，优化保温结构，减少设备、管道的热能损失，节约能源。

6 结语

借助HAZOP软件，对徐深9天然气净化厂200×104m3/d净化装置进行模拟计算和参数优化后，在保证净化气产品质量的前提下，与优化前相比净化装置能耗降低，从而实现了降低天然气净化过程的能量消耗、提高经济效益的目标。