分子筛脱水装置在轻烃回收站的改造

宋志俊　王娟娟　张建红　解兆友　赵泉安　长庆油田采油一厂

分子筛脱水装置在轻烃回收站的改造

宋志俊王娟娟张建红解兆友赵泉安
长庆油田采油一厂

分子筛在安塞油田轻烃处理系统的应用已有10余年，历经多次改造与优化：其中某轻烃回收站改造4次，解决了分子筛经常性故障停运、易腐蚀、再生气不足等多项问题；使分子筛脱水装置能够连续运行，降低了设备故障率；提高了分子筛脱水效果，分子筛后气体露点降低至-10℃，降低设备冻堵率，尤其是改造后冬季再未出现过冻堵情况；提高了轻烃质量，轻烃含水率下降；分子筛脱水装置改造为自动控制系统，降低了员工劳动强度。

分子筛；脱水；轻烃；再生；吸附

1　工艺现状

安塞油田共有轻烃处理站5座，负责回收9个采油作业区伴生气、原油挥发气、原油稳定气。轻烃生产原料气中含有水分，低温条件下形成游离水，造成管线冻堵、超压运行等安全风险，因此轻烃生产过程中需要将水脱除。脱水工艺如图1所示。从图1中可以看出，目前轻烃回收工艺脱水方式主要有两种：①原料气中水蒸气在低温、中压的工艺环境下形成游离水，在重力作用下沉至容器、管道底部，通过定时排污、排水进行脱除，某轻烃回收站游离水脱除情况见表1；②使用分子筛脱水装置，进行独立脱水，以达到脱水效果。安塞油田各轻烃处理站都安装分子筛进行脱水。

图1　安塞油田轻烃回收脱水工艺

2　工艺原理

虽然使用容器脱除游离水的方式可以脱除大部分水分，但无法达到轻烃露点低于-30℃的要求，应用分子筛可以达到深度脱水的目的。分子筛的主要成分为结晶态硅酸盐，根据分子大小、极性分子等对水蒸气进行吸附。分子筛脱水装置主要工艺原理如下：

（1）脱水装置有2具干燥塔，干燥塔内填充分子筛滤料，一具用于吸附水蒸气，另一具用于脱除分子筛水分再生。

（2）生产轻烃原料气进入1具干燥塔进行吸附，分子筛吸附原料气中的水蒸气得到干气。

（3）另外1具干燥塔利用高温再生气使水分脱离分子筛吸附，并将水分携带出干燥塔。

（4）再生各工作8 h，自动进行对调工作。

（5）再生后的干燥塔需要冷却，使分子筛达到再次吸附的工作要求。工艺流程如图2所示。

图2　改造前分子筛脱水装置工艺流程

3　存在的问题

分子筛在安塞油田轻烃处理系统的应用已有10余年，历经多次改造与优化，其中某轻烃回收站改造4次，解决了分子筛经常性故障停运、易腐蚀、再生气不足等多项问题。

（1）分子筛阀门易故障。由于原料气中含硫化氢、杂质，同时高温再生气进入干燥器都会造成阀门卡死、关闭不严，阀门故障会造成管线超压运行、分子筛再生气体和原料气互窜等隐患，使分子筛运行安全风险增大、脱水效果降低。

表1　某轻烃回收站游离水脱除情况

（2）分子筛再生气不容易达到工艺要求。分子筛干燥器内滤料的再生，取决于再生气气量和温度，当分子筛再生效果不好或无法运行时，分子筛将无法工作。

（3）再生气压缩机容易故障。再生气压缩机作为再生气循环用动力源，由于压缩机进口压力较高（0.4～0.6 MPa），压缩机震动较大，进入压缩机气体为高温气体，增大压缩机故障率。

（4）再生气冷却换热器容易发生故障。再生气温度较高（180～200℃），需要降温才能循环使用。由于换热器运行温度较高，易发生故障。

4　装置改造

（1）阀门的选择：①带有自动控制系统的普通球阀容易发生故障，该类阀门专业性强，需要厂家单独维护和更换，造成分子筛长时间停运；②普通手动球阀易维修、更换，运行过程中能够及时发现问题，使分子筛能连续运行，但需要人工操作，同时更换阀门频次较多，增加了员工的工作强度和运行费用；③耐高温、耐腐蚀四通不锈钢阀门，将四个阀门更改为两个阀门，故障率低。

（2）再生气源的选择：①再生气压力、气量不足会使水分无法完全脱除吸附，降低分子筛脱水效果；②再生气压力较高，会造成设备、设施工作压力高，增加安全风险，提高设备故障率；③再生气可以是天然气、脱水后的轻烃气、轻烃系统生产的干气，也可以是外部来气，但外部来气尤其是冬季气量不易受控；④可使用压力调节阀将压力高的再生气调节至所需要的压力，保证了再生气压力、气量的稳定。

（3）再生气处理要合理：①再生气直接排放进入轻烃回收站放空系统，由于气体含水，冬季会造成管线冻堵，同时气体直接排放会造成浪费，不利于节能减排；②再生气通过分离器沉降脱水后可直接循环使用，但是分离器脱水不彻底，影响分子筛再生效果；③再生气可以并入原料气进行脱水处理，而完全脱水的原料气可作为再生气进行分子筛再生，通过调压阀、原料气压缩机进行压力调节，使再生气循环使用。

（4）其他方面的经验：①再生气压缩机作为再生气动力源，可以去掉，使用高压气源作为再生气气源，不需要安装再生气压缩机；②再生气换热器使用要科学合理，安装时需考虑换热器流道面积，若确实需要利用换热器进行换热时，可考虑整个装置的管线、阀门、设备全部采用不锈钢材质，这样可以延长设备的使用寿命；③分子筛脱水装置运行过程中，再生塔工作压力要低于吸附塔工作压力，高温气体不会在发生阀门关闭不严后窜入整个系统，可以降低事故的发生频率。

多次改造后分子筛脱水装置工艺流程见图3。从分子筛脱水装置工艺流程改造前后对比可以看出，通过多次改造分子筛脱水装置流程更加简化，使用的设备减少，不仅提高了脱水效果，降低了设备故障率，而且提升了轻烃回收效益。

图3　改造后分子筛脱水装置工艺流程

5　改造效果

分子筛脱水装置经过多次改造取得了以下几方面效果：

（1）使分子筛脱水装置能够连续运行，降低了设备故障率。

（2）提高了分子筛脱水效果，分子筛后气体露点降低至-10℃，降低设备冻堵率，尤其是冬季改造后未出现冻堵情况。

（3）提高了轻烃质量，轻烃含水率下降。

（4）分子筛脱水装置改造为自动控制系统，降低了员工劳动强度。

6　结论

（1）分子筛脱水装置是轻烃回收系统深度脱水装置，虽然总脱水率达不到40%，但是分子筛脱水装置可以有效地降低气体露点，防止管线冻堵。

（2）设备完好性是分子筛脱水装置能够连续运行的保障，因此应加强分子筛的设备、设施的保养，高温运行下的关键阀门保养不善，是导致分子筛停运的重要原因。

（3）再生气的使用、处理是直接影响分子筛脱水装置运行效果的关键因素。

15129750044、songzj1_cq@petrochina.com.cn

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.019

宋志俊：工程师，2009年毕业于西安石油学院油气储运专业，现任长庆油田第一采油厂集输大队技术员。

2015-03-06