天然气深冷装置双级膨胀与单级膨胀制冷工艺对比分析

邵凯（大庆油田有限责任公司天然气分公司，黑龙江 大庆 163000）

天然气深冷装置双级膨胀与单级膨胀制冷工艺对比分析

邵凯（大庆油田有限责任公司天然气分公司，黑龙江 大庆 163000）

本文从工艺指标、操作特点和装置能耗三个方面对深冷装置双级膨胀和单级膨胀制冷工艺进行了对比分析，找出了两套装置工艺方面的优缺点，为装置的运行调整和技术改造提供了借鉴经验。

双级膨胀；单级膨胀+丙烷辅助制冷；工艺指标；操作特点；装置能耗

大庆油田天然气分公司现有七套深冷装置，其中，萨南深冷采用双级膨胀无辅助剂制冷工艺，其它均为单级膨胀+丙烷辅助制冷工艺。为使深冷装置的优化调整、技术改造相互借鉴，进一步提高装置运行水平，现选取了萨南深冷与南八深冷进行工艺对比分析。

1 装置概况

萨南深冷装置是从西德林德公司全套引进的油田气深冷分离回收液烃装置，1987年9月投产运行。装置采用双级膨胀无辅助剂制冷工艺，设计处理能力为60×104m3/d，操作弹性范围为80%-120%，乙烷回收率不小于85%，装置制冷温度-97℃，轻烃收率3.0 t/104m3。

南八深冷由大庆油田工程有限公司设计，2011年12月投产运行。装置采用单级膨胀+丙烷辅助制冷工艺，设计处理湿气90×104m3/d，操作弹性范围70%-110%，制冷温度-81℃，轻烃收率2.45 t/104m3。

2 工艺对比分析

2.1 工艺指标对比

其差别可从原料气组分、工艺参数、关键组分回收率上进行对比分析。

从原料气组分上看，萨南深冷和南八深冷C1组分分别为

79.34 %和79.63%，而其它组分差别也不大，即气源组成基本相同，因此，原料气组分差异不是两套装置轻烃收率偏差的主要原因。

从工艺参数和关键组分回收率上看，两套装置膨胀机出口温度和脱甲烷塔塔顶温度基本相同，过冷轻烃的温度南八深冷比萨南深冷低9℃，根据亨利定律K=yi/xi，温度低平衡常数K值变小，有利于组分的液化，关键组分回收率收率提高，南八深冷C2组分回收率为46.6%，比萨南深冷38.7%高7.9%，外输气中C1/C2南八深冷为41.0,比萨南深冷32.7高8.3，说明了南八深冷脱甲烷塔的分离效果较好。脱甲烷塔的压力萨南深冷较南八深冷高0.36MPa，从提高回收率上讲，适当地提高塔的操作压力，有利于提高乙烷回收率，而萨南深冷C2回收率低于南八深冷，主要原因是萨南深冷脱甲烷塔各股进料组成及温度与原设计差别较大，而塔板数不变，分离效果发生了变化。从工艺参数上也可看出，萨南深冷外输干气压力低（0.35MPa），供给高压用户需进一步增压。

2.2 操作特点对比

两套装置自动化控制程度均较高，采用DCS控制联锁保护。在操作方面，启机时，萨南深冷设备设施较南八深冷少，导通流程较少，工作强度低，但是由于萨南深冷为燃机驱动三级压缩，燃机启动需要输入一定指令，而且是否能够及时点火为不确定因素，影响启机时间；正常的运行调整，萨南深冷设备设施较少，操作强度不大，但是由于近年来，排污系统经常堵塞，为了建立液位，排污系统手动操作频繁；停机过程与启机过程操作强度基本类似，但是在制冷系统停机方面，膨胀机或丙烷机停机，仍有一台制冷机组可运行，装置可正常运转，而萨南深冷膨胀机停机后，基本不产烃，长时间停膨胀机，装置需停运。

2.3 装置能耗对比

表1 萨南深冷和南八深冷能耗对比表

萨南深冷主要是依靠燃机驱动三级压缩，所以耗气量较大，耗电量较少；南八深冷主要依靠电机驱动三级压缩，并且制冷部分还有丙烷机耗电，所以耗电量较大，耗气量较少。从表1可以看出，萨南深冷比南八深冷平均年多耗气约1176.5×104m3、少耗电约4442.7×104kWh。

在不考虑萨南深冷燃机尾气热量回收为萨南原稳提供热量节约用气的前提下，从耗用能源产生的热能看，按折标系数电为0.1229千克标准煤/千瓦时、气为1.33千克煤/立方米计算，萨南深冷吨产品综合能耗为89.51千克煤/吨产品，比南八深冷

30.2 千克煤/吨产品高56.7千克煤/吨产品；从经济角度看，按照工业产值价格计算，即气单价1.18元/立方米、电单价0.638元/千瓦时计算，萨南深冷吨产品能耗费用为98.7元/吨产品，比南八深冷160.8元/吨产品低63元/吨产品。

3 结语

1）从工艺指标对比分析，萨南深冷脱甲烷塔进料组分、温度与原设计差别大，分离效果较南八深冷差，轻烃收率、C2关键组分回收率、外输气C1/C2分别比南八深冷低0.05吨/万立方米、

7.9 %和8.3，并且外输气压力低，供给高压用户需进行增压。

2)从操作特点对比分析，萨南深冷设备设施少，操作强度相对较小，但是燃机点火时间不确定，长时间停膨胀机，装置需停运，操作灵活性差。

3)从能耗对比分析，萨南深冷较南八深冷耗气量大、耗电量小。在不考虑萨南深冷燃机尾气热量回收为萨南原稳提供热量节约用气的前提下，从耗用能源产生的热能看，萨南深冷耗能大；从经济角度看，萨南深冷较为经济。

[1]李福成，刘立军.萨南深冷装置操作手册[M]，黑龙江科学技术出版社，156