天然气轻烃回收装置优化

任正午 付伟贤

【摘 要】轻烃，也称天然气凝液，有时也称为液烃。轻烃回收是指将天然气中相对甲烷或乙烷更重的组分以液态形式回收下来的过程。回收天然气中的轻烃可以控制天然气中烃露点以达到商品天然气质量指标，防止管路中气液两相流的出现。同时还可以从天然气中回收下来的轻烃可作为燃料和化工原料，带来更大的经济效益和社会效益。鉴于此，本文对天然气轻烃回收装置优化进行了探讨。

【关键词】天然气轻烃；回收装置；优化

一、天然气轻烃回收技术现状

我国的天然气分离技术起步较晚，近年来，在引进、吸收、消化国外先进回收工艺技术的基础上，国内轻烃回收装置无论是技术含量还是装备水平都有了长足进步。目前国产装置采用的主要工艺方法，归纳起来有：外部冷剂循环致冷；膨胀机致冷；冷剂致冷和膨胀致冷相结合的混合致冷。致冷温度不低于-50℃的浅冷装置，大部分采用冷剂致冷或单级膨胀致冷，中深冷装置大部分采用冷剂致冷和膨胀致冷相结合的混合致冷方法。混合致冷主要优点是致冷温度低，产品收率高，对原料气的变化适应性强，缺点是流程比较复杂且投资高，装置的能耗也比较高。尽管我国的轻烃回收技术水平取得了较大的进步，但是与国外先进技术还有一定的差距。国内设计的轻烃回收装置，特别是一些早期建成的装置仍然存在液烃收率低、能耗高、工艺流程不合理、产品质量不符合要求、自控水平不高等问题。具体表现在以下几个方面：（1）回收工艺方法选择不当，主要工艺参数设计不合理，造成装置液烃回收率较低，工程投资大，生产成本高，整套装置的经济效益差；（2）压缩机、致冷机组运行参数未能达到设计要求，造成冷凝压力偏低、冷量不足，使冷凝分离出来的轻烃量减少。同时脱乙烷塔塔顶冷量提供不足，造成塔顶温度偏高，使冷凝下来的轻烃被损失，产品收率低；（3）国内轻烃回收装置是以回收丙烷以上组分的烃类为主，丙烷平均回收率不足60%，由于深冷工艺的装置少和致冷工艺的单一，装置对原料气组分、压力及气候条件等变化的适应性差；（4）过程控制方案没有从整体优化，先进的集散控制系统未能得到普遍应用。目前，轻烃装置主要以满足工艺过程为主，对降低生产成本、节能降耗、生产操作管理考虑不够，设备维护和管理水平不高，装置开工率较低。

二、天然气轻烃回收装置优化措施

1、压缩机选型优化

（1）离心式压缩机。离心式压缩机的效率较低，对输气量和压力波动适应范围小，且不易调节。流量、压力波动对机组的效率影响较大，工作点应避开喘振区和滞留区，保持在高效区内运行，适合于长输管道长时间稳定工况下运行，单台装机功率在此700kW以上时适用。离心式压缩机摩擦易损件少，检修周期长，机组结构尺寸小，重量轻，所需安装厂房空间较小，但一次性投资大，大修难度较大，要求运行人员有较高的技术素质和管理水平。（2）往复式压缩机。往复式压缩机具有较高的效率，可达8090%，适合的流量、压比变化范围大，在额定流量的2530%范围内均可正常工作。工况易于调节，可通过转速和余隙容积调节流量。流量变化对效率的影响较小，机组对环境条件无特殊要求，可全天候运转。往复式压缩机的特点是低流量高压差，在处理不同分子量的气体时，定速往复式压缩机对分子量不同的气体提供相同的压力比。因此，气源不稳定或气量较少的原料气压缩机，宜选用往复式压缩机，小型往复式压缩机采用电动机驱动较好，大型宜采用燃气引擎驱动。往复式压缩机国产质量可靠。（3）螺杆式压缩机。螺杆式制冷压缩机属容积型压缩机，它兼有活塞式和离心式压缩机的特点。螺杆式压缩机零件少，加工要求较高，结构紧凑，无故障运转时间长，运行平稳可靠，维护管理简单。另外螺杆致冷压缩机的转子体积小，重量轻，运动惯性小，易于起动。适用于中低压力及中小排气量。但其最在的优点是调节性能好，可在10%-100%的排气范围内进行无级变速自动调节，驱动机消耗的功率几乎与压缩机的排气量的变化成正比例的变化，经济效益好。

2、分离器的优化设计

轻烃回收装置中分离器很多，有原料气来气缓冲分离器、压缩机一级出口分离器、压缩机二级出口分离器、低温分离器、不凝气分离器、氨液分离器。这些分离器的用途和设备布置位置不同各不相同，因此，其设备形式也不同。前三种分离器其处理量基本相同，但其各自的操作条件不同，设备大小也不同。原料气来气缓冲分离器操作压力较低，其目的是除去原料气中的游离水、液滴及机械杂质等，另外还起到稳定压缩机进口压力的作用。其体积较大，宜设计成立式分离器，因为立式分离器在小平面上站地要小。宜布置在距压缩机较近的位置。压缩机一级出口分离器操作压力在整个回收系统中属中等，其目的是分离去析出的水及液烃，保证二级压缩平稳运行。该分离器应靠近压缩机布置，且宜设为立式。压缩机二级出口分离器及低温分离器操作压力高，体积也小，宜和冷换设备等放在框架内布置，因此设为卧式较好。低温分离器为分离干贫气、低温液烃及富乙二醇的三相分离器，设计时吸取河南油田设计院的专利产品油、气、水三相分离器中的一些先进技术，除雾器中的丝网采用新型高效金属丝网捕雾，使液滴捕集界限小于1 0hm以下。在轻烃回收装置的分离器设计中，其它分离器的设计都容易撑握，这主要是它们都是气、轻烃液体及水的分离，密度差比较大，小水滴很容易分离。但装置中的低温分离器设计时要注意，由于其操作温度低，且含有粘度大的乙二醇水溶液，因此设计时应采用卧式结构，最好要设计一个分液包；另外，分离器的气出口一定不要设捕雾器，以防堵塞。对于大型轻烃回收装置，由于采用重力沉降式分离器，计算出的分离器直径较大，这种情况下的分离器多采用机械式分离的分离器；对于小型装置，若采用机械式分离的分离器，由于其内部需要滤芯等昂贵、复杂的内件，一般不选用。

3、蒸发器的优化设计

蒸发器是轻烃回收装置的关键设备之一。蒸发器的设计应特别注意防冻堵问题，因此在蒸发器管程设计时应采用多管程，这样虽然会损失掉一定的压缩降，但提高了管程天然气的流速，使液体形成雾状流，防止乙二醇水溶液与天然气的分层，可避免天然气在经过蒸发器冷凝时结冰堵塞。

4、冷换设备的优化设计

冷换设备选择的设计考滤被冷介质的特性、环境条件。对于环境温度低、干燥、缺水、环保要求高的地区，冷却器应尽量选用空冷，而不宜选用水冷。空冷的优点是节约用水、利于环保、运行费用低，缺点是设备占地较大、一次性投资较高。根据经验采用空冷器，2-3年即可回收多增加的投资。我国北方地区特别宜于采用空冷；而我国南方地区，夏季时间长，环境温度高，在选择空冷时要综合考虑，进行多方面比较后选择，即便选择空冷器，也多为湿式空冷器，其操作费用也并不低另外，在选择空冷器时，应考虑以下情况：（1）流需冷到38℃以下，不采用空冷；（2）热介质冷却后的温度与设计气温之差不小于13-150℃；（3）冷和水冷却不易实现时，可将热介质冷却后的温度与设计气温之差降为10℃，但不宜再降低；（4）管内热流操作压力愈高或者允许压力降愈大，采用空冷比水冷愈经济。

三、结语

近年来，轻烃回收作为油田新的经济增长点，越来越受到人们的关注，旨在提高装置经济效益的技术改造势在必行。近年来，国内针对轻烃回收装置所进行的技术改造层出不穷，其核心主要还是围绕增加系统压力和降低冷凝温度进行，特别是与膨胀制冷结合后，逐渐成为轻烃回收工艺的主流。同时，由于轻烃回收装置包含化工领域方面的多个单元操作，对每个方面的研究都是一项复杂而全面的系统优化过程，还需要相关设计者不断进行研究和探讨。

参考文献：

[1]蒋洪，朱聪.伴生气轻烃回收工艺技术.油气田地面工程，2000 （l）.

[2]高建保等，轻烃回收装置的操作参数优化模型.石油与天然气化工，2006 （l）.

[3]裴红.天然气轻烃回收装置能耗.石油规划设计，2002 （5）.