LPG装置低负荷操作运行管理浅析

张杰（中国石油西南油气田公司川中油气矿轻烃厂，四川 遂宁 629000）

1 概况

川中油气矿轻烃厂现有五套LPG轻烃回收装置，根据目前各套装置生产情况，除三台站LPG 装置处于满负荷运行外，其余各套装置都存在不同程度处理量降低情况。研究低负荷下装置的运行操作和管理措施，优化各套装置工艺参数和现场操作，对提高LPG装置的运行效益具有重要意义。

2 低负荷运行操作

在各套LPG轻烃回收装置中，南充和磨溪LPG装置因缺原料气处于停产状态，遂宁LPG 装置的运行负荷在60%左右，广安LPG 装置的运行负荷在40%左右。由于各套LPG 装置工艺流程和原理基本一致，对于LPG 装置低负荷操作运行管理，我们主要以广安LPG装置进行分析讨论。

2.1 生产情况概述

广安LPG 装置于2010 年10 月投产，设计处理量为100×104m3/d，由于气田气量衰减，处理量由最初投产时的80×104m3/d降至现在的40×104m3/d，进站压力由最初的3.3MPa降至目前的2.5MPa，膨胀机膨胀比由最初的2.36 降至目前的1.78（具体参数如表1所示）。装置各设备均存在“大马拉小车”的现象。夏季高温天气时，装置制冷系统温度平均上升10℃左右，脱丁烷塔塔压上升0.1～0.2MPa，导致产品收率降低，能耗升高，工艺参数偏离设计值。

表1：装置工艺参数对比表压力：MPa 温度：℃流量：104m3/d

2.2 脱水单元操作

LPG装置脱水单元主要是对原理天然气进行深度脱水，避免深冷装置冰堵，当装置低负荷运行时，可调整分子筛塔切换周期[1]，降低装置的能耗。装置原设计切换周期为：吸附时间为12小时，再生加热时间8小时，再生冷却时间4小时。但随着气量的衰减，原料气日处理气量降低到设计处理量的40%左右，因此可以适当延长吸附塔切换周期，减少分子筛热吹再生天然气能耗和再生气压缩机电耗。分子筛塔切换周期调整后为：吸附时间为24小时，再生加热时间8小时，再生冷却时间4小时，停运再生气压缩机12小时。对切换周期调整后，需做好干气水露点分析和监控，确保干气水露点满足轻烃回收装置要求，避免发生冰堵。

2.3 脱乙烷塔操作

当装置低负荷运行时，装置进站压力降低，膨胀机膨胀比由最初的2.36 降至1.78，膨胀机制冷量降低，脱乙烷塔塔顶温度由原来的-92℃升高至-83℃，导致产品收率降低。

根据上表表1可知，气田的气量与原料气压力成正态关系，当原料气气量降低，原料气压力随之降低，膨胀机膨胀比降低，装置冷量下降，装置收率降低。为了提高膨胀机膨胀比，可适当降低脱乙烷塔塔压，同时适当降低脱乙烷塔塔底温度[3]。

脱乙烷塔塔压降低后，可适当降低脱乙烷重沸器的蒸汽用量，如果脱乙烷塔塔底温度偏高，将会造成产品收率降低；脱乙烷塔塔底温度偏低，液烃中C2含量将偏高，LPG 产品质量不合格，同时液烃中C2含量偏高，将导致脱丁烷塔压力不好控制，影响装置正产操作。

2.4 透平膨胀机操作

当装置处理气量低于35×104m3/d，压力低于2.3MPa 时，膨胀机转速逼近设备临界转速14000r/min，装置长时间低负荷运行，其主要影响在：一是膨胀机膨胀比大幅度下降，装置制冷量严重降低，膨胀机出口温度升高，装置收率降低；二是机组低转速将会引起轴承油膜形成不好，润滑变差，容易引起机组轴承干磨，温度过高导致烧瓦；三是机组转速太低，容易引起机组发生喘振，并发出强烈的“喘气”声响和振动，造成设备损坏。

在装置低负荷运行情况下，一是打开装置越站旁通阀，增加装置进气量，提高装置进气量和进气压力；二是对膨胀机进行改造，降低膨胀机处理量；三是可适当提高膨胀机油压；四是可适当调整膨胀机喷嘴开度，调节防喘振阀开度，来保证膨胀机组平稳运行。

2.5 产品气压缩机操作

广安LPG 装置天然气压缩机组设计转速为750～1200 r/min，当装置处于低负荷运行时，机组将在低于设计工况750 r/min 下运行，机组存在下列隐患：

（1）影响发动机使用寿命，低转速下长期运行，气缸内易积碳，火花塞容易堵塞。

（2）进气量小可能导致残油不能随气流排出，气阀容易产生积炭，从而降低气阀的使用寿命。

（3）容易造成活塞、气阀、连杆、曲轴弯曲或断裂。

（4）运转部件的润滑不到位，有可能发生十字头小头瓦或者大头瓦烧毁的风险。

因此在低负荷情况下，为保证装置正常运行，应做好下列措施：

（1）调节机组可变余隙容积（VVCP），使部分气体在压缩缸内部打循环，减小对外做功，从而降低处理量。

（2）切换压缩机的作用形式，由现在的二级压缩改为一级压缩，降低压缩机组整体能耗和机组磨损率。

2.6 仪控操作

装置低负荷运行，会引起装置计量不准确，仪表各点参数不易控制，比如调节阀由于与设定值差别较大，调节阀长期处于小阀位开度，存在如下问题：

（1）调节阀节流间隙小，流速大，冲刷厉害，阀芯密封面容易受损，影响阀的使用寿命。

（2）介质流速、压力变化，超过阀的刚度时，阀稳定性差，甚至产生严重振荡。

（3）对于流闭状态下工作的阀，会产生跳跃关闭或跳跃起动现象，调节阀无法正常调节。

针对以上情况，为了提高阀的使用寿命、稳定性、正常调节等工作性能，调节阀应避免在小阀位开度工作，对部分调节阀、流量仪表的孔板、压力仪表需要重新选型更换；对装置各调节回路和PID参数进行重新整定，对报警系统各点参数需要重新讨论、修改及整定。

3 装置低负荷的运行管理

由于LPG装置低负荷运行偏离装置设计运行工况，不便于日常工艺参数控制，影响设备使用寿命，增加了装置的运行成本，降低了装置的生产效益。因此在装置生产过程中，应根据装置生产负荷的变化，及时进行工艺参数调整，加强装置的运行管理：

（1）如果装置负荷降低超过30%，就应开展装置的标定工作，确定在该工况下装置的最佳操作条件及对关键参数进行变更，对运转设备进行调整，以适合当前的工况。

（2）采用新工艺、新技术对装置进行适应性技术改造，保证装置在最佳工况下高效运行。

（3）应加强对装置工艺设备管线的巡检，特别是核心设备的巡检，做好设备运行参数记录和分析，及时发现异常情况，及时整改。

（4）定期组织技术人员对装置运行情况进行系统的分析和讨论，制定出适应当下装置负荷的参数，对无法实现自动控制的参数，及时进行手动控制。