TEG 循环泵变频调速技术的应用

刘进，罗仁江，杨勇，尹亮

（中国石油西南油气田公司天然气净化总厂，重庆 401120）

天然气净化是遂宁龙王庙气藏组勘探开发过程中的必不可少中间环节。天然气净化涉及脱硫、脱水、硫黄回收和尾气处理环节，每个环节环环相扣，密不可分，只有经过净化合格的天然气，才能输送到下游用户使用。产品气中硫化氢、二氧化碳含量，总硫和水露点是评价天然气质量的四个重要指标，必须满足国家标准《天然气》GB17820-2018 对天然气质量要求。产品气水露点是评价产品气质量的重要指标之一。脱水装置就是采用三甘醇（TEG）作脱水剂，脱除湿净化气中的绝大部分饱和水，经TEG 脱水塔脱水后的干净化气作为商品气外输。

天然气水露点受上游湿净化气气质条件和环境温度变化影响较大，根据上游条件和环境温度变化实时调整TEG 循环量，才能保障天然气水露点在控制指标范围内。因此，TEG 循环泵采用变频调速技术十分有必要，DCS 系统自动监测参数变化，根据参数变化情况实时调整变频器输出频率，改变电机转速，调整TEG 循环泵循环量，从而精准控制TEG 入塔流量，保障天然气水露点指标。

1 脱水装置生产工艺流程

图1 脱水单元流程图

天然气净化总厂遂宁龙王庙天然气净化厂净化装置由七列主体装置以及循环水系统、锅炉系统、污水处理系统、供配电系统等公用辅助装置构成，原料气年处理能力100亿方。主体装置包括原料气过滤分离、脱硫、脱水和硫磺回收4 个部分，其中脱水单元采用约99.74%（wt）三甘醇（TEG）作脱水剂，脱除湿净化天然气中的绝大部分饱和水，经TEG 吸收塔脱水后的干净化天然气（在出厂压力条件下水露点<-5℃）作为商品气外输。吸水后的TEG 采用常压火管加热再生法再生，热贫液经换热、冷却，通过TEG 循环泵加压后返回TEG 吸收塔，循环使用。富液再生产生的废气组分主要为水蒸气，同时含有少量的烃类、气体，为消除安全隐患，避免直接排放对环境的污染，再生废气送至尾气灼烧炉焚烧后排入大气（如图1）。

2 现状调查及可行性分析

2.1 运行现状

TEG 循环泵在脱水单元起关键作用，其是否稳定运行直接影响脱水单元的正常运行，从而影响输出天然气水露点质量指标。主体装置8 台TEG 循环泵电动机设计时采用工频运行方式，转速恒定，TEG 溶液入脱水塔流量通过现场手动操作循环泵回流阀控制，不能实现实时精准控制TEG 入塔流量，湿净化气气质或气温发生变化需要调整TEG 流量时，需要操作员工赶赴现场手动开关回流阀，调整阀门开度，凭经验操作阀门开关，调节过程烦琐，调节精度差，流量控制不稳定。这种控制方式主要缺点有：（1）电动机转速恒定，不能根据上游气质变化情况实时精确调节回流阀开度，TEG 溶液入塔流量调整响应不及时。（2）电动机工频运行，电机利用率低，增加了不必要的电能消耗，不利于节能降耗、节约成本。（3）通过现场手动调整回流阀开度来控制TEG 入塔流量，不便于流量精确稳定控制，波动范围较大。（4）机泵运转速度快，设备故障、检修频率高，机泵泄漏概率加大。（5）员工现场手动开关回流阀，存在一定的操作安全风险。

2.2 能耗和成本分析

表1 TEG 循环泵能耗、成本统计

TEG 循环泵电动机工频运行，不能根据上游气质条件变化情况实时调整电动机转速。装置投入生产运行后TEG循环泵电动机运行电流平约为29.5A，8 台设备每年消耗电能52.28 万度，年生产成本费用33.98 万元。（每年设备运行165 天，每度电0.65 元，功率因数0.85）

3 变频控制技术应用

3.1 控制原理及应用实践

TEG 循环泵变频控制在天然气净化总厂其他净化装置中得到了广泛运行，使用效果良好。龙王庙净化厂经过现场调研决定实施TEG 循环泵变频控制方式改造，由工频运行变更为变频运行。

主要涉及仪表控制系统和电气控制系统适应性调整，变更控制方式，在TEG 循环泵电动机配电主回路中增设变频器，通过变频器控制电机转速；在仪表DCS 系统脱水单元控制逻辑中增加流量控制回路，DCS 系统自动采集天然气水露点参数，并将其转换为4-20mA 电流信号，作为控制变频器输出的输入信号源，变频器根据DCS 输入信号，自动调节输出频率和输出电压，从而调节电机转速。净化操作工不再需要现场手动开关回流阀，直接通过中央控制室DCS 系统自动调节变频器4-20mA 输入信号，改变TEG 循环泵电动机转速，调节TEG 循环量，从而实现TEG 循环流量的远程精确自动控制，确保天然气水露点在控制指标范围内（如图2）。

图2 TEG 流量控制回路改造前后对比图

3.2 应用效果

3.2.1 TEG 流量控制平稳性

通过在电气控制回路增加变频器和DCS 系统TEG 流量控制回路增设远程自动控制功能，实现了TEG 流量远程自动精准控制，操作员工不再需要到现场通过手动调整回流阀开度来控制TEG 循环量，二是在控制室通过调整DCS 系统脱水单元运行参数，控制TEG 循环量。我们收集变更后每列装置不同时间段的TEG 流量数据，并将其绘制成趋势图，如图3 所示。通过趋势图可以发现TEG循环流量控制均较以前更加平稳，不存在较大范围波动，且天然气水露点均在控制指标范围内。

3.2.2 能耗对比分析

通过引入变频控制技术，DCS 系统自动根据气质参数变化情况，实时调整变频器输出频率和输出电压，降低了电动机运行电流，从而降低TEG 循环泵电能消耗，既达到了TEG 流量精准控制的目的，又降低了用电成本，同时提高了脱水装置运行效率。从柱状图分析可知：改造后TEG 循环泵电动机运行电流由原来的29.5A 降至14.6A，运行电流降为原来的50%，能耗降低为原来的50%，节能降耗效果显著。

4 结语

变频控制技术的应用，操作员工可以根据上游气质和环境温度变化情况，通过DCS 系统远程自动实时精准调节TEG 溶液循环流量，实现了流量的远程精确控制，既满足了天然气水露点指标控制要求，同时提高了TEG循环泵运行效率，降低了能耗和用电成本，降低了设备运行故障率。

变频技术具有自动化程度高的优势，可以有效降低现场操作员工的劳动强度，消除了现场操作带来的风险，在天然气净化行业具有广泛的应用前景。