基于能流模型的伴生气脱硫装置节能分析

王林强王应全陈有明

（1.塔里木油田塔北勘探开发项目经理部；2.塔里木油田天然气事业部）

基于能流模型的伴生气脱硫装置节能分析

王林强1王应全1陈有明2

（1.塔里木油田塔北勘探开发项目经理部；2.塔里木油田天然气事业部）

针对哈拉哈塘油田伴生气脱硫装置低负荷运行的实际，以能量边界划分能流模型来系统性分析现阶段装置能量有效利用状况，查找在生产过程中能量转化、利用和回收环节的能量消耗。进一步探讨伴生气脱硫装置在低负荷下的安全、节能、高效运行参数及节能措施，深挖装置节能潜力，合理评价生产装置能耗状况，优化生产系统热力学应用，提高装置运行的经济性。

油田伴生气脱硫装置能流模型节能

哈拉哈塘油田建设工程是塔里木油田公司建设“新疆大庆”六大产能工程之一。哈六联合站主体工程是酸性油气处理的中心，工艺装置较复杂。站内包含原油脱硫脱水，伴生气增压、脱硫、脱水脱烃，硫磺回收等主体生产装置。伴生气脱硫选用醇胺法脱硫工艺，用质量分数40%的甲基二乙醇胺与含硫化氢天然气逆流接触，脱除硫化氢。设计伴生气脱硫装置处理量为45×104m3/d，由于前期进站总气量维持在10×104～12×104m3/d左右，客观上给当前装置的安全生产和节能提出了新的要求［1］。

1　脱硫工艺

如图1所示，含硫原料气进入胺液吸收塔下部，与塔上部进塔的贫胺液逆流接触，原料气中几乎全部硫化氢及部分二氧化碳被贫胺液吸收进入液相从而脱除。吸收了酸性组分的富胺液自塔底排出，进入胺液闪蒸罐进行闪蒸和气液分离，闪蒸后的富胺液依次进入预过滤器、活性炭过滤器、后过滤器，进入贫富液换热器与来自再生塔再生后的贫胺液进行换热，对贫胺液进行冷却。富胺液温度升高后由再生塔上部进塔，在塔内解析出酸性组分从而恢复脱硫活性成为贫胺液后由再生塔底部出塔。贫胺液出塔后先经过贫富液换热器冷却再进入胺液循环增压后，进入贫液冷却器冷却，然后进入吸收塔循环利用。

图1　脱硫工艺流程

2　能耗分析

哈拉哈塘油田伴生气脱硫装置日均处理伴生气量为10×104～12×104m3，远低于设计处理量45× 104m3/d，占设计的25%不足，给装置的安全生产和节能提出了新的要求。脱硫装置在日常生产中的耗能工质主要有二次能源电力及一次能源油田伴生气转化而来的热能。整套装置的主要耗能单位有2台工频胺液循环泵、2台工频酸水回流泵、3台变频贫胺液空冷器、2台变频酸气空冷器及为胺液再生提供热源的导热油。

能流模型能客观地阐述系统用能的本质状况［2］。依据能量的流入与流出来划分子模型，结合伴生气脱硫工艺设计特点，将整个脱硫装置划分为脱硫、换热、再生3个子模型（图2），其中子模型1与子模型3包括能量的转化与利用过程，而子模型2仅为能量的回收过程。

图2　伴生气脱硫装置能流模型

考虑到脱硫装置设计较为紧凑、保温较好，并且为了便于计算，忽略管道局部、沿程阻力的能量损耗及热能沿管道的热量损失。分析能量转化、能量利用、能量回收等环节脱硫装置的能量消耗［3-4］，其中机泵、导热油的能量利用按相关公式计算。

由表1可知，伴生气脱硫装置能量消耗的关键环节在于脱硫与再生子模型，其中脱硫子模型能耗的降低，对提高装置整体能量利用效率有显著影响；而选用板式换热器的换热子模型对能量回收利用有较好的效果。

表1　伴生气脱硫装置用能状况

3　节能措施

结合伴生气脱硫装置设计值与生产运行优化参数（表2、表3），分析了装置的节能潜力［5］。

表2　伴生气进出脱硫装置参数

从表2、表3可以看出：前期进装置总气量明显不足，脱硫装置能耗明显偏高，考虑到为二期伴生气留有足够处理负荷等因素及降低装置用能现状的实际，装置运行压力较设计值降低0.7MPa来实现降低能耗与安全、方便操作的目的；在伴生气沿管道的热量梯度损耗基本不变的前提下，进装置总气量的减少，自身携带的热量相应减少，必然导致进装置温度的降低，同时，装置综合能耗相对减少，但产品单位产量综合能耗会急剧增加；伴生气进装置温度的降低及气量的减少直接影响胺液循环的温度与循环量的选择，对机泵的操作弹性及机泵效率影响较大。

表3　贫富胺液进出脱硫装置参数

4　结论与建议

目前伴生气脱硫装置能量综合利用率不高，存在较大的节能空间，提高装置运行的经济性显得尤为迫切。提高子模型中单个泵机组的效率，根据处理气量的大小适时对电动机做变频改造；加快二期气量进脱硫装置处理的进度，减少管道热量的散失；从脱硫工艺参数着手，不断优化运行参数，特别是脱硫、再生子模型的运行参数。

［1］肖寒，殷明汉，李爱仙.我国节能标准现状与展望［J］.中国标准化，2004（2）：28-30.

［2］孙宁.油田企业能耗评价与优化决策研究［D］.北京：中国石油大学，2008.

［3］天津大学物理化学教研室.物理化学（上册）［M］.4版.北京：高等教育出版社，2001：34-47.

［4］徐孝轩，陈从磊，孙国华.胜利油田联合站加热系统节能潜力分析［J］.节能，2011，349（9）：21-23.

［5］李菁菁.酸性水单塔低压汽提工艺能耗分析及节能措施［J］.炼油技术与工程，2008，38（11）：44-45.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.003

2014-04-26）

王林强，2009年毕业于西安交通大学（化学工程与工艺专业），从事油气田开发、节能技术等工作，E-mail：wanglqtlm@petrochina.com.cn，地址：新疆库尔勒市石化大道26号塔北勘探开发项目经理部，841000。