天然气处理中丙烷制冷工艺的探讨

常昊

【摘 要】近年来，随着科技的进步和时代的发展，国家开始注重能源节约和保护，石油作为一种不可再生的能源，储量日益减少，使得目前许多国家开始出现石油能源危机。对石油天然气方面的处理技术将至关重要。鉴于此，本文将着重分析天然气处理过程中丙烷制冷工艺，了解丙烷制冷工艺的原理及选型，旨在为更好的提高天然气处理水平。

【关键词】天然气;丙烷;制冷工艺

作为一种不可再生资源，天然气十分宝贵且需要得到高效利用，才能更好的满足节能减排和可持续发展战略的要求。对于天然气处理常用低温分离工艺。目前我国天然气处理过程中的工业丙烷制冷的应用相对普遍，这类技术有着不同的分类，适用场景也各有不同。可以根据天然气处理情况而综合考量[1]。

一、天然气处理工艺

“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。在石油地质学中，通常指油田气和气田气。其组成以烃类为主，并含有非烃气体。天然气处理与加工主要是指井口到输气管网的过程。一般是由采气管线、井场分离、集气管线等为主，丙烷制冷主要目的是对天然气的烃露点进行严格把控，从而实现回收。

二、丙烷制冷原理及选型

（一）原理

丙烷制冷作为目前应用在天然气处理行业中十分普遍的一项技术。涉及到热力学第一定律和第二定律。丙烷制冷工艺主要分为一级制冷和二级制冷，这两个模式不同的模式各有特点，且应用的场合各不相同[2]。其中，另外一级压缩功率的压缩机功率较大，但相关附属配套设施较少，仪表控制更为简单，可是会产生较大能耗，而丙烷二级压缩功率的功率较小，能耗低，但涉及到的附属配套设施较多，且仪表控制相对复杂。因此，对于天然气处理厂的选型可以结合实际情况针对性的挑选，但一般来讲，丙烷二级更加适合于大型天然气处理。二炳烷制冷循环系统是由压缩机冷凝器节流阀等相关设备组成。用不同直径的管线将上述设备连接在一起，则可以构成制冷剂循环流动的封闭型系统，可以通过电动机的拖动工作，不断地抽吸蒸发器中的制冷剂蒸汽[3]。通过高压存在，使得制冷剂蒸汽在冷凝器中可以持续的放出热量，再将热量传递给周围的介质中。在这一过程中，丙烷制冷压缩机从蒸发器吸收蒸发压力为饱和蒸汽。在天然气管道输送过程中，会受到外部压力温度等多方面的影响，会造成天然气的运输资源出现浪费。甚至会影响管道的正常输送能力，针对上述情况，将采用丙烷制冷的方式进行脱水处理，而回收的资源也有着十分可观的经济效益。但在我国，丙烷制冷工艺应用于天然气处理方面的起步相对较晚，但该项技术推广十分迅速，并取得十分理想的成绩，目前我國新建的一些天然气处理站的外冷基本均会采用丙烷制冷的方法。

（二）选型

首先是制冷剂的选择，由于丙烷与氨、R22等制冷工质系数比较接近，也是十分理想的制冷工质，在进行天然气装置处理过程中，利用丙烷作为制冷工质将会创设更多有利条件。例如，在相同的蒸发压力是丙烷将具有着最低的沸点，温度可使得原料气达到更低的制冷温度，例如在大气压下，氨的沸点为零下33.25度，R22的沸点为零下43.23度，而丙烷的沸点为零下44.35度。由于R22对于环境会产生一定的影响，特别是对大气臭氧层的破坏，因此其使用已经受到了明确的限制，而安具有一定的毒性，当不慎出现泄漏时危害大，需要机房时刻派人值守。因此，作为回收装置的制冷工质，丙烷将更加理想。

其次是压缩机丙烷制冷压缩机，目前经常会选用双螺杆式的压缩方式，而螺杆式的压缩机属于容积压缩机，是通过工作容积的减少来达到气体压缩的目的。一般来讲，当滑阀的开度增大时，吸气量会随之增大，反之会明显减小，因此，滑阀的开度可做到自动调节或是手动调节，不仅运行可靠且性能十分稳定，与活塞式及离心式的制冷压缩相比。螺杆压缩机优点十分明显，主要体现在体积小占地面积小，且动平衡性能好，维修简单。但是噪音较大。需要喷入大量的油，且务必要配置相应的辅助设备，可能会无形中加大机体的体积和重量。

其三是空冷器，在我国西气东输工程中，塔里木油田等一些油田所处的地理位置较为恶劣，处于沙漠无人区，需要采用高效空冷器。尺寸较大且需要与制冷系统保持一致，当昼夜温差较大时，空冷器可以设置变频调速装置，也能够避免出现跑油的问题。

其四是蒸发器。不同类型的蒸发器都会有相应的换热能力和效率。天然气冷却过程中也会出现一定程度的液化情况，更有利于检修和故障处理。

三、天然气处理中丙烷制冷工艺分析

在我国许多大型油田天然气处理厂中，天然气的深冷处理装置中原料气体比较丰富，且回收的资源要相对更多，也会具有较为可观的经济效益，但设计条件又规定贫气出装置界区是压力较高，仅采用膨胀制冷提供的冷量是无法更好地满足天然气处理和运输，务必要辅助制冷。因此，在设计时可以采用丙烷辅助制冷的方式，在降低能耗的同时设置丙烷三级压缩制冷流程。本文所设计的新型丙烷压缩机机组是由意大利新比隆公司生产。丙烷压缩机组由驱动电器、增速齿轮箱和离心压缩机三部分所组成。内部设有远程监控装置，可以在线调整参数丙烷、压缩机采用分段压缩制冷的方式，可以提供不同的温度，其作用是为各个工艺部分提供所需要的能量。在正常操作是气象丙烷经三级压缩后，再经过出口冷器冷却，将变成液相丙烷。通过分离器将丙烷分别送到不同单元，需要制冷的工艺气主冷箱。为了防止压缩及出现故障，从大压缩机最后一级出口的气体可由控制器进行调节。

四、结论

在进行天然气处理过程中，丙烷制冷工艺的优势十分突出且螺杆压缩负荷调节能力十分理想，比起其他工艺，丙烷制冷工艺更加先进高效，且整体设备结构紧凑，安全高效，可以帮助天然气运输工程实现经济效益和社会效益双赢的良好局面。

参考文献：

[1]孙国华. 涠洲终端天然气处理装置改造工艺计算研究[J]. 石油与天然气化工，2005，34（006）：451-453.

[2]潘翔，石磊，王佳贝，等. 基于hysys的丙烷制冷工艺模拟优化研究[J]. 化工管理，2018，000（014）：207-208.

[3]潘贲，Pan，Ben，等. 关于丙烷制冷螺杆压缩机V_i值设定的探讨[J]. 制冷与空调，2010（014）：207-208.

（作者单位：中油辽河工程有限公司）