精细过滤技术在南压深冷装置的应用试验

邢杰　代勇（大庆油田天然气分公司）



精细过滤技术在南压深冷装置的应用试验

邢杰代勇（大庆油田天然气分公司）

南压深冷装置分子筛粉化严重，原料气携带大量粉尘进入后续冷换设备，原过滤器金属烧结滤芯压差大，旁路过滤器为网状过滤器，精度等级低，造成后续冷箱压差增大，严重影响了装置的安全平稳运行和换热器的换热效率。研发了适合深冷装置分子筛出口的精细过滤装置。经现场试验，该过滤装置消除了后续冷箱堵塞，降低了工艺物流压力，提高了冷箱换热效率，达到了增产轻烃，降低单位产品综合能耗。

分子筛；精细过滤；杂质脱除；换热效率

南压深冷F-0202粉尘过滤器自建站以来已投用6年，滤芯采用粉末金属烧结滤芯，过滤精度高（≤5 μm）。通常运行半年后，当原料气量为28 000 m3/h，过滤器压差达到0.30 MPa，原料气瞬时量为25 000 m3/h，过滤器压差达到0.20 MPa，远高于设计压差小于或等于0.05 MPa，已无法单独运行，只能打开旁路过滤器平行运行，旁路过滤器为网状过滤器，精度等级低[1]，分子筛内粉尘随着原料气进入下游冷冻单元，长期运行对冷箱形成堵塞。当堵塞严重、压差升高时，如操作不当就会导致前端压缩单元憋压，造成压缩机因出口压力高而停机，影响装置连续平稳运行，同时影响冷箱换热效率。为提高装置运行效率，提高轻烃产量，降低单位产品综合能耗，开展了深冷分子筛出口精细过滤技术试验研究。

1　深冷分子筛出口净化装置的开发设计

根据天然气含有粉尘及油污等杂质，天然气净化的工艺线路设计应与国内外常用滤芯/滤管等净化方式不同，目前天然气净化工艺采用三级净化即第一级“重力沉降室”、第二级“E-II型高效旋风分离器”、第三级“HGSD高效气体过滤器”。

1.1过滤装置工艺条件

气体介质：天然气（已脱硫）；

气体密度：0.7 kg/m3；

处理气量：60×104m3/d（标态）=833.3 m3/h（操作态）；

运行压力：3.0 MPa；

设计压力：4.0 MPa；

运行温度：45℃；

设计温度：60℃。

1.2高效过滤器滤料

分子筛出口安全过滤技术及装置的试验，关键在于精细分离环节中试验SRI系列中空纤维过滤滤料的过滤精度、容尘情况和吸附能力等性能对所除气体及加工装置是否达到生产运行工况要求。对几十种滤料从以下方面进行筛选：

1）稳定性。运行稳定可靠，滤料的纤维不会因起刺、掉毛而被吸入到压缩机内。

2）吸附能力。能够吸附脱水后天然气中携带的分子筛粉尘。

3）空隙率和纳污量。在满足气量负荷和运行时间的条件下，其压力损失应在规定的范围内。

4）耐损强度。滤料不会因气量负荷、系统压力的波动以及压缩机的抽吸而损坏。

有关净化系统的总阻力ΔP值是可变值，初始时高效气体过滤器的总阻力（即空白阻力） ΔP很小（ΔP≤2 kPa），随着时间的推移，天然气中的杂质越来越多被捕集，系统总阻力ΔP会缓慢逐步增加[2]。如果气体通过滤料层的压差太大，组合净化装置的总压差也会很大，就会影响到天然气加工装置压缩机及后续设备的正常运行。

2　应用试验

2.1改造流程

该项目在原工艺流程不变的情况下，新增1套HGSD/0.9kPN4.0气体净化成套装置，替代原精细过滤器对分子筛出口气体进行过滤。经分子筛脱水后的气体进入HGSD/0.9kPN4.0天然气净化成套装置，过滤气体携带的分子筛粉尘，然后进入压缩机。改造后流程，见图1。

图1　改造后装置流程图

2.2试验效果

HGSD/0.9kPN4.0天然气净化成套装置投产运行后，停运原精细过滤器，气体全部进入HGSD/ 0.9kPN4.0天然气净化成套装置，该装置设计安装时无旁通。

1）过滤压差。HGSD/0.9kPN4.0天然气净化成套装置与原F-0202粉尘过滤器新建粉尘旋风分离器采用并联安装，投产后停运原过滤器，运行期录取了过滤前后的压力（表1）。计算平均压差为0.03 MPa，比原金属烧结滤芯压差（0.3 MPa）降低90%，达到装置运行要求。

表1　2012年10月天然气净化成套装置入/出口压力统计

2）堵塞情况。南压深冷装置原过滤器未设计反吹扫系统，因分子筛粉尘堵塞问题，原精细过滤器每年需更换过滤器滤芯1次。对HGSD/0.9kPN4.0天然气净化成套装置的滤料使用寿命及后续冷换设备中的粉尘含量观察，该装置连续运行1年后只有最上层滤料颜色变黑，其余均保持白色，后续冷换设备中未发现含有粉尘。

2）设备维护费用。原过滤器每年需更换滤芯1次，费用约为32万元。HGSD/46K天然气净化成套装置每年更换滤料的费用约为3万元，大大降低了装置的维护费用。

3）增产节能。与原过滤器相比，新研制过滤器自生产运行压降由0.3 MPa降至0.03 MPa，后续冷箱未出现堵塞，冷箱运行平均压降降至0.2MPa，装置工艺物流总压降降低0.47 MPa，增大了制冷设备膨胀机的膨胀比，制冷能力提高，平均制冷温度由-78℃降至-79.5℃，在能耗不增的情况下，年增产轻烃720 t，单位产品综合能耗降低。

3　结论

1）确定了适宜深冷分子筛出口净化过滤工艺的三级净化：即重力沉降、旋风分离、高效气体过滤器。

2）过滤技术延长了过滤器的使用寿命，保证了装置长周期的安全平稳运行；降低了设备维护成本，减轻了工人更换滤芯的劳动强度，年可节约维护费用29万元。

3）过滤技术在南压深冷装置的应用，降低了过滤器自身压降和后续设备压降，提高生产能力，降低单位产品综合能耗，为在同类装置推广提供了技术依据。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.007

2016-01-05

（编辑 庄景春）

邢杰，高级工程师，1993年毕业于中国石油大学，从事油田伴生气处理研究工作，E-mail:xingj@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田公司天然气分公司工程技术大队，163416。

[1]金国淼.除尘器[M].北京：化学工业出版社，2008:31-36.

[2]张殿印，顾海根，肖春，等.除尘器运行维护与管理[M].北京：化学工业出版社,1994：53-55.