油气处理装置空冷器替代水冷器现场试验

徐筱蔷（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

油气处理装置空冷器替代水冷器现场试验

徐筱蔷（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

大庆油田天然气分公司 500#浅冷处理装置压缩机出口天然气均采用水冷器进行预冷，针对装置存在水资源浪费、水冷器管束容易结垢腐蚀的问题，开展了天然气 500#浅冷装置节水现场试验。课题分析了在浅冷装置应用空冷器替代水冷器的可行性，并应用软件模拟，核算了应用空冷器后装置制冷系统与脱水系统的负荷能否满足工艺需求，最后实施了现场试验。试验结果表明：空冷器运行效果良好，可以满足替代或部分替代水冷器的工艺要求，节水效果显著。

天然气 500#浅冷装置 预冷 空冷器 节水

大庆油田共有 26套油气处理装置，其中 4套500#天然气浅冷处理装置，均为上世纪八十年代由国外引进。由于当时水源充足、水价较低等原因，压缩机出口采用新鲜水对天然气进行预冷，近年来，随着节能减排工作的开展以及水价的上涨，该水冷器消耗水量大、装置运行成本高的问题日益突显；另外，由于循环水质较差，冷却水与高温天然气换热后容易在管束结垢，影响换热效率，并造成设备腐蚀穿孔，影响装置正常运行。因此，有必要通过开展天然气处理装置节水技术研究，优化改造天然气预冷单元，减少或停用水冷器，节约用水，减少因水冷器运行状况不良对天然气预冷单元产生的影响，达到节能节水的目的。

1 应用空冷器的可行性分析

1.1应用空冷器的确定

大庆 地区 的平均 气温 较低，全年 只有 4.7℃，详见表1。

表1 大庆地区全年气温 单位：℃

在这种气候条件下，可应用空冷器，充分利用大气中的自然冷源。空冷器是以环境空气作为冷却介质，依靠翅片管扩展传热面积来强化传热，通过空气横掠翅片管带走管内热量，达到冷却或冷凝管内工艺流体的设备，冷却温度一般比环境温度高15～20 ℃。由上表可知：在大庆采用空冷器，冷却温度能达到平均 30 ℃，可达到较好的冷却效果，降低后续水冷器负荷，节约水资源的消耗。

1.2空冷器负荷的核算

以杏V-1浅冷装置为例，压缩机出口以空冷器替 代 水 冷 器 ， 按装置处理 量 30×104m3/d， 天 然 气压 缩 机 出 口 温 度 145 ℃ ， 要 达 到 制 冷 温 度 （-25 ℃） 需要提供冷量约为 1790kW，温降及冷量分布比例见图1、表2。

图1 装置温降变化示意图

表2 天然气由 145 ℃降至-25 ℃需要提供冷量分布比例

由上知：如果空冷器替代水冷器，天然气由145 ℃ 冷 却到-25 ℃ ， 其 中 58.7%冷 量可通 过 空 冷器提供 （原来是由水冷器提供），9.5%冷量由水冷器提供。

2 试验方案的确定

根据对装置应用空冷器可行性的分析，以及对装置制冷负荷、乙二醇脱水负荷的软件模拟核算，确定现场试验方案。

现场试验选在杏V-1浅冷装置进行，在装置原工艺流程的基础上，新增一台空冷器，对压缩机二段出口天然气进行预冷，水冷器E-502串联在新建空冷器后，控制预冷温度为20℃，当冬季环境温度较低，空冷器出口温度可以达到20℃时，可停运水冷器。通过该技术应用，夏季可降低水冷器负荷，冬季可停运水冷器，达到节水的目的，见图2。

图2 500#浅冷装置改造流程图

3 试验结果

应用空冷器替代水冷器的效果对比分为2种：

1） 预冷温度为 17 ℃时，改造前后运行参数对比见表3。

表3 改造前后运行参数对比

考核效果分析：

◇改造后原水冷器的负荷由空冷器与水冷器共同分担，水冷器负荷由改造前的 896kW 降低为33kW，降低了 96.3%，水冷器耗水由改造前的 507 t/d 降低为 73t/d，降低了 85.2%，节水效果显著；

◇改造后预冷单元压降略有增加，由改造前的 37.85kPa 增 大 为 70.83kPa， 增 加 了 32.98kPa，该部分压降应为空冷器及新增管段的压降；

◇改造后装置耗电略有增加，增量为空冷器风机增加耗电与水泵节约用电之差，考虑季节因素，年增加耗电约 8.5×104kWh。

2） 预冷温度分别为 17 ℃、20 ℃时，运行参数对比见表4。

表4 预冷温度不同时运行参数对比

考核效果分析：

◇ 预冷温度调整为20℃后，水冷器负荷进一步 降 低 ， 由 32.8kW 降 低 为 5.1kW， 实 际 降 低 了84.5%，水冷器耗水由 73t/d 降低为 59t/d，降低了19.2%；

◇ 改 造 后 蒸 发器负荷增大，由 293.1kW 升 高为 303.9kW，提 高了 3.78%，制 冷机 组耗电 略有 增加，年需增加耗电约 19.1×104kWh；

◇由于冬季停运水冷器可能造成管束内结冰，损坏水冷器及相关管线，故保持水冷器持续供水。

4 经济效益分析

优化改造前后的水电消耗情况对比见表5。

表中能耗分季节计算，装置处理量为 30×104m3/d，按夏季运行 80d （6—8 月， 扣 10d 检修 期），冬季运行 180d（10月15日—4月 15日），春秋季运行 80d（扣10d检修期） 进行估算。

表 5 杏 V-1浅冷装置改造前后能耗情况对比

1） 耗水情况。改造后，杏 V-1浅冷装置年可节水 14.3×104t。

2） 耗电情况。改造后，杏 V-1浅冷装置年需增加耗电 27.6×104kWh。

3） 效 益 分 析 。 改 造 后 装 置 年 可 节 约 水 14.3× 104t， 每 吨 水 按 4.75 元 计 算 ， 年 节 约 成 本 67.9 万元；改造后装置年增加耗电 27.6×104kWh，每度电按 0.57 元计算，年增加成本 15.8 万元。年共节约成本 52.1 万元。

5 结论

1） 天 然 气 分 公 司 500#浅 冷 装 置 由 于循环水场不能正常投用，装置采用新鲜水冷却，存在装置新鲜水消耗量大、水冷器易腐蚀结垢的问题，有技术改造的必要性。

2） 通 过开展 500#浅 冷 装 置 空 冷 器 替 代 水 冷 器现场试验，不改变装置原工艺流程，在水冷器前新增一台空冷器，可以满足替代或部分替代水冷器的工艺要求，是切实有效解决装置存在问题的措施之一。

3） 在杏 V-1 浅冷装置实施现场试验后，新建空冷器能充分利用自然冷源，减少或停用水冷器，节约用水，并减少因水冷器运行状况不良对装置生产 的影 响。 改造 后年可节水 14.3×104t，节 约成 本52.1 万元。

[1]杨世铭.传热学[M].北京:高等教育出版社,1965:58-59.

[2]姚 玉 英.化 工 原 理 (上)[M].天 津:天 津 大 学 出 版 社, 1999:36-37.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.009.011

2013-05-28）

徐筱蔷，2011年毕业于哈尔滨理工大学 （机械设计制造及 其 自 动 化 专 业 ）， 从 事 油 田 动 态 分 析 工 作 ， E-mail：xuxiaoqiang890725@yeah.net， 地 址 ：黑 龙 江 省 大庆 油 田 有 限责 任 公司第一采油厂第四油矿工艺队，163000。