石化论文：天然气净化厂蒸汽系统操作优化
来源：未知 2020-09-19 22:48
蒸汽是保证天然气净化装置稳定运行的重要基础，也是装置能耗的重要指标，优化蒸汽平衡的操作对装置稳定运行和节能降耗具有重要意义。本文对元坝净化厂蒸汽系统进行了简要介绍
石化论文：天然气净化厂蒸汽系统操作优化
摘要：蒸汽是保证天然气净化装置稳定运行的重要基础，也是装置能耗的重要指标，优化蒸汽平衡的操作对装置稳定运行和节能降耗具有重要意义。本文对元坝净化厂蒸汽系统进行了简要介绍，并对溶剂再生蒸汽消耗量大和汽包压力过高两项运行问题进行了优化和效果跟踪。
关键字：天然气；净化；蒸汽；节能；降耗
目前我国天然气市场正处于快速发展期，天然气消费量占一次能源消费的比重不断增加，预计2030消费量将增加到6000亿立方米[1]。同时，随着我国高含硫天然气田开发的不断深入，高含硫天然气净化装置在整个化工行业及天然气行业中所处的位置越来越重要[2]。元坝净化厂的主要生产任务是处理元坝气田高含硫天然气，并回收硫生产硫磺产品，共设置四套联合装置，单套联合最大处理量可达300万方/天。
蒸汽系统是保证天然气净化装置稳定运行的重要基础，它可以满足生产过程中所需的伴热、换热、驱动、吹扫等操作需求，是装置能耗的重要指标[3]，因此，蒸汽平衡的操作优化研究对装置稳定运行和节能降耗具有重要意义。
一、元坝净化厂蒸汽系统简述
元坝净化厂蒸汽官网共设置三个压力等级，即，3.8MPa高压蒸汽、1.2MPa中压蒸汽以及0.35Mpa低压蒸汽。高压蒸汽主要由动力站C炉（设计产量为75t/h）及联合装置余热锅炉提供；1.2MPa蒸汽主要来自公用工程A炉（设计产量为75t/h）、B炉（设计产量为75t/h）以及高压蒸汽管网通过公用工程M-501减温减压、空分汽驱K-101A后所产；0.35MPa低压蒸汽主要来自1.2MPa蒸汽减压后再减温S-702、克劳斯汽驱K-301A、装置自产低压蒸汽。联合装置内部自产高压过热蒸汽主要来自两个余热锅炉D-302和D-401，联合装置内部蒸汽平衡及各用户点设计量如图1所示。
二、蒸汽系统运行中存在的问题及优化方法
1、优化脱硫溶剂再生蒸汽用量
从图1可以看出，目前，联合装置内最大的低压蒸汽用户为脱硫溶剂再生塔塔底再沸器E-104，因此，优化E-104蒸汽用量可以有效减少联合装置蒸汽消耗。由于装置原料气量常受上游影响，波动较大，而前期并未就不同负荷情况给出E-104蒸汽量的指导值，导致在低负荷情况下蒸汽量仍按高负荷值运行，装置能耗增加。
装置投产初期，当原料气负荷在50%-100%范围内波动时，E-104蒸汽用量设计值为38.8-45.23t/h。在后期装置运行期间发现，适当降低蒸汽用量仍能保证溶剂再生质量，湿净化气指标合格，因此对不同负荷下，E-104蒸汽用量进行了优化，优化前后对比如表1所示：
表1 E-104蒸汽优化前后装置单耗情况
|
装置负荷（%） |
原料气量（104Nm3/h） |
优化后E-104蒸汽量（t/h） |
优化前E-104蒸汽量（t/h） |
蒸汽量减少值（t/h） |
单耗减少值（MJ/万方气） |
|
100 |
12.5 |
40 |
40 |
0 |
0 |
|
80 |
10 |
38 |
39 |
1 |
318 |
|
70 |
8.75 |
36 |
39 |
3 |
1091 |
|
60 |
7.5 |
36 |
39 |
3 |
1273 |
|
50 |
6.25 |
36 |
39 |
3 |
1527 |
注：能量折算按1t低压蒸气= 3181.97 MJ。
从表1可知，通过对E-104蒸汽量的调整，可以在装置低负荷情况下大大降低装置能耗，单耗最高可降低1527 MJ/万方气。
2.降低余热锅炉汽包压力
在净化装置内部，克劳斯炉余热汽包D-302和尾气焚烧炉余热汽包D-401是主要的高压蒸汽产出来源，其蒸汽产量受汽包压力影响很大。在装置投产初期，D-302及D-401的压力均设定为设计值4.8MPa，但运行过程中发现，压力过高会导致蒸汽带水，管线振动较大，蒸汽品质差，因此，对两个汽包压力进行了调整，均调整为3.8MPa，对调整前后高压蒸汽产量进行了记录，结果如表2所示。
表2 汽包压力优化前后高压蒸汽产生量变化情况
|
测量值 |
优化前产出/消耗（kg/h) |
优化后产出/消耗（kg/h)) |
|
D-302产汽 |
19000 |
22000 |
|
D-401产汽 |
4500 |
6100 |
从表中数据可知，调整后D-302产蒸汽量增加了3000 kg/h，D-401产蒸汽量增加了1600 kg/h，总计可增加蒸汽产量约4600 kg/h。同时，通过对装置情况跟踪发现，降低汽包压力后仍然可以满足装置E-303、E-305预热器温度及E-202 TEG再生的温度需要，且降低汽包压力后，蒸汽管网压力也更加稳定。
三、总结
本文以元坝净化厂为例，介绍了天然气净化装置蒸汽运行情况，并针对脱硫溶剂再沸器E-104蒸汽用量高以及D-302、E-104汽包压力高两个问题进行了运行优化。首先是针对不同负荷情况对E-104的蒸汽量进行调整，调整后可以降低装置低负荷情况下的能耗，单耗最多可降低1527 MJ/万方气。其次是将克劳斯炉余热汽包D-302和尾气焚烧炉余热汽包D-401的压力降低至3.8MPa，降低后可增加蒸汽产量约4600 kg/h，既能满足装置需要，又能保证蒸汽质量。
参考文献：
[1] 张晓刚.普光气田高含硫天然气净化装置能耗分析与优化[M]. 北京:北京化工大学, 2015.
[2] 姚静.天然气净化装置用能分析与节能改造探讨[M]. 大连:大连理工大学, 2010.
[3]李杏,仇芝勇,潘涛,等. 天然气净化厂上游批处理调产期间的蒸汽平衡优化[J].化工管理,2014,6:23.
