脱乙烷塔顶低温运行技术改造方案

郭云阁 朱春栋 刘志孝 秦沛东 张芳

摘要：某天然气处理厂脱乙烷塔顶采用的是低温凝析油换热，由于处理量降低，凝析油液量减少，塔顶温度一般在8℃左右，导致脱乙烷塔塔顶乙烷气中含C3、C4、C5组分逸出，降低了脱乙烷塔的分离效果。此外，氨制冷系统还存在冷量未能充分利用的问题。文章提出了将脱乙烷塔顶低温凝析油换热改为液氨换热，充分利用液氨的冷量，进一步对塔顶乙烷气中C3、C4有效组分进行回收，增加轻烃产量的技术改造方案。

关键词：脱乙烷塔；精馏换热器；液氨换热

中图分类号：TE644 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）02-0061-03

1 概述

某天然气处理厂轻烃回收装置投产于1985年，至今已经运行了20多年。装置设计规模是处理伴生天然气8.26×104m3/d，由于油田进入稠油开发阶段，原油伴生天然气和矿场天然气量逐渐递减，近几年，某天然气处理厂处理天然气量由最高7.5×104m3/d降低至4×104m3/d，

最低至1.5×104m3/d，不能够满足分离装置的负荷实际正常生产的需要，凝析油液量降低，造成分离装置关键设备—脱乙烷塔不能正常运行，进而影响了后续脱丁烷塔的分离效果，导致油田混合烃产品中乙烷含量超标，稳定轻烃中C3、C4成分较多、比重偏轻的现象，制约了该装置的轻烃产量和质量，因此需要对脱乙烷塔进行相应的工艺改造。

2 某天然气处理厂脱乙烷塔现状、问题及分析

2.1 脱乙烷塔的工作原理

某天然气处理厂脱乙烷塔属于精馏塔的一种，是其轻烃核心装置之一。其作用主要是对经过冷凝的低温凝析液体精馏分离。在脱乙烷塔内，利用乙烷及甲烷与凝析液体中其他组分沸点不同的特点，通过塔釜加热，在填料段进行传热传质交换，以气体的形式脱除凝析液体中的乙烷及甲烷组分；而在脱乙烷塔底的液体依靠脱乙烷塔和脱丁烷塔之间压差的作用，向液化气塔进料。分离装置塔釜供热是导热油换热，塔顶靠低温凝析液体换热（塔内回流），参见图1：

1.低温凝析油；2.脱乙烷气；3.二排中部来料；4.向脱丁烷塔进料；5.塔釜

图1 脱乙烷塔示意图

2.2 脱乙烷塔存在的问题及分析

通过观察脱乙烷塔在2011年5月份生产最好的月份进行了统计，并抽取连续5天的生产参数，与脱烷塔设计值进行对比分析，得出表1和图2。

图2 实际与设计对比

从表1和图2可以看出以下问题：

（1）脱乙烷塔定温度高于设计值，降低了产品

质量。现有脱乙烷塔正常运行温度为8.8℃，低于设计要求-20℃，这主要是由于塔温高，丙烷、丁烷不能冷凝成液体，同时压力升高，控压阀开启泄压，导致脱乙烷塔在同一段时间存在较长时间脱乙烷气含有大量丙、丁烷成分的放空。同时，由于压力高，降低塔温，使塔底乙烷得不到脱除，从而影响到脱丁烷塔效果分离。根据稳定轻烃、油田混合烃和脱乙烷气的化验，发现稳定轻烃和油田混合烃中都含有乙烷组分，导致产品饱和蒸汽压超高。同时，脱乙烷其中含有C3以上有效组分占到22.16%。

（2）脱乙烷塔底温度控制不稳定，进一步影响产量和质量。结合图1、表2和图3，可知现有脱乙烷塔塔顶，虽然有低温凝析油作为冷介质的换热，但是受低温分离器凝析油出料调节阀的控制，低于设计要求5℃，不能实现有效的线性控制，进一步影响了塔顶温度控制。图3是在5月份半个小时内对进料调节阀和脱烷塔顶温度的观测。

（其中，MV表示阀位，SV表示设定温度，PV表示实际

温度）

图3 进料调节阀运行曲线

通过以上分析，可以确认由于处理量的降低，回收的液烃量减少，满足不了塔顶降温所需的冷量，同时氨冷负荷低，可以利用氨冷冷源来解决现有采用低温凝析油作为脱乙烷塔顶换热的工艺方式，已经不能适应需要。因此，需要其结构进行调整或重新设计，同时调整相关工艺流程和参数。

3 技术改造方案

降低脱乙烷塔顶温度的关键是改变脱乙烷塔顶换热的方式。结合该厂氨制冷系统存在冷量的问题。确定新增设氨制冷换热器，从而实现进一步降低脱乙烷塔顶温度，参见图4。

3.1 新增氨蒸发器脱乙烷塔

改造后脱乙烷塔如图4所示。

3.2 塔顶氨蒸发器控制方式

由图5可见，氨储罐来液分出一部分进入脱乙烷塔顶氨蒸发器。蒸发器采用塔顶温度和液位双重控制方式，当向塔顶氨蒸发器供液后，在正常高度（总高的1/2～2/3）时，由温度调节阀控制，当液面超过正常高度时，液面控制器将温度控制器切除，由液面控制器控制蒸发器内液位；当液面低于正常高度时，温度控制器切除液面控制器，由温度控制器控制。这样，保证塔顶温度的恒定。

1.低温凝析油；2.脱乙烷气；3.气氨；4.液氨；5.中部进料；6.向脱丁烷塔进料；7.塔釜

图4 改造后脱乙烷塔示意图

图5 脱乙烷塔顶氨蒸发器控制示意图

3.3 氨蒸发器设计

根据提供的设计基础参数和实际调查数据，可得出以下结论。

氨蒸发器管程介质：

脱乙烷气：P=1.1MPa，流量Q=2500m3/d，进口温度T1=10℃～20℃，出口温度要求T2≤-20℃，设计按T2≤-25℃。

原料氣的物料基本组成见表1。

壳程操作条件：

介质为液氨：P=0～0.05MPa，蒸发温度T=-33℃～

-30℃。

通过利用HYSYS进行物料和能量衡算及不同设备结构传热系数的反复核算，该蒸发器结构需要换热面积A=8.7m2，实际选取换热面积10m2（外管计算11.3m2），面积富余量为13%。

3.4 主要工程费用

主要工程费用包括：氨蒸发器高效机组30万元，附属仪表5万元，配套管材费用3万元，人工安装费5万元，合计43万元。

4 效果预测

（1）脱烷塔顶温度≤-20℃，降低了脱乙烷塔的操作压力。

（2）根据参数和实际调查数据，经HYSYS计算，现有导热油炉远远满足生产需要，不需要增加改造费用。

（3）脱乙烷气日流量在2500m3左右，根据化验知其中C3含有9.1%，C4含有13.06%，则每日被带走0.475吨液化气成分。改造后，该部分液化气经脱丁烷塔回收，按85%的收率，按4000元/吨计算，可增效1520元/日，开工时间按330天计算。

年增效益：1520×330=50.16（万元）

（4）整套装置回报期：

总投资=43万元

装置回报期=43÷50.16≈0.85（年）

（5）社会效益。脱乙烷塔改造后，形成稳定生产运行，提高轻烃收率到90%左右，产品质量可进一步提升，有利于增强市场竞争能力，同时还可降低稳定轻烃饱和蒸汽压，降低产品储存压力，减少储罐泄压次数，减少轻烃产品装车损耗。

作者简介：郭云阁（1964—），男，吉林伊通人，中石化集团公司胜利油田河口采油厂油气集输大队助理工程师，研究方向：轻烃处理和油气集输。