论文部分内容阅读
摘要：本文主要针对轻烃处理装置干燥设备运行失效这一问题，对不同处理工艺条件下的运行情况，进行调查分析，通过干燥系统设备的改造及优化运行参数的操作，有效降低了干燥设备分子筛的失效问题，取得了明显的经济效益，确保了轻烃处理装置的安全、稳定运行。
关键词：干燥设备；分子筛；脱水效益
一、前言
河口采油厂压气站是日处理天然气7.5×104m3的轻烃处理单位，主要处理设备有四台4L-19/0.5-16型往复活塞式石油天然气压缩机，W-LJ16100III氨制冷机组两台，LG16BMYJ氨制冷机组一台，干燥设备、脱硫设备各一套，主要生产产品是液化气和轻质油。
近几年由于原料气组份的变化，原料气中含水量也随之变化，干燥系统的分子筛脱水能力不佳，致使天然气的脱水效果差，从而导致后续装置的制冷系统发生冻堵，给轻烃生产带来一些安全隐患。为此通过现场调查分析，提出相应的轻烃检修改造方案及优化操作运行方案，有效解决了干燥设备分子筛的失效问题，提高了干燥设备的脱水运行效益。
二、存在问题
1、干燥设备分子筛脱水效率低，原料气含水量大
分子筛吸附后，原料气水露点为-37℃（328ppmv）—-63℃（19ppmv）波動，一般在-50℃（15ppmv），低于SY/T0076《天然气脱水设计规范》和SY/T0077《天然气凝液回收设计规范》要求的膨胀机水露点-72℃，分子筛脱水能力较低。
2、干燥设备分子筛碳化结块较严重
分子筛对原料气中的重组分和有机物有优先吸附能力，当分子筛吸附和冷吹长期运行在40？℃以下时，原料气中未分离干净的的重组分以及有机物会大量沉积在分子筛的表面，经过后续280？℃左右的再生加热过程，分子筛上的重组分碳化结块，从而使分子筛碳化结块较严重。
3、分子筛床层降低
压气站所用的干燥吸附剂是4A分子筛，运行后塔内床层塌陷（见分子筛床层降低图、分子筛床层结构图），吸附能力降低，极易达到吸附饱和状态，导致进入后续系统的原料气含水超标，达不到轻烃回收工艺系统正常运行的要求，极易造成轻烃装置的后路生产设备的冻堵。
4、轻烃生产存在安全隐患
干燥系统的低效工作，造成吸附塔原料气的露点值较高，使轻烃生产过程中必须频繁地进行倒塔切换，不可避免的对干燥塔造成冲击，加重了分子筛的粉化，吸附能力明显下降，轻烃处理装置的生产运行存在一定的安全隐患。
三、干燥设备运行效率低的原因分析
1、轻烃处理的脱水过程简介
原料气脱水在轻烃生产处理过程中是非常重要的一个工艺过程。河口压气站干燥设备就是将原料气中的游离水脱除的关键设备。干燥设备组成由三台干燥塔组成，一台处于工作周期，一台处于加热周期，另一台处于冷却周期，采用时间程序切换。经过增压后的原料气进入两台串联的分离器，脱除夹带的残余游离水和液滴后，自上而下通过干燥塔进入粉尘过滤器，滤出气流中夹带的分子筛粉尘后进入冷箱进行轻烃生产。
2、原料气与固体吸附剂的性质
本站采用的脱水方法为固体吸附法，吸附剂为4A条形分子筛。由于分子筛对极性分子和不饱和分子有很高的亲和力，而水是强极性分子，因此分子筛是原料气脱水的优良吸附剂。
原料气中的水一般是以液、气两种状态存在。在一定的条件下，随气体压力、温度而变化，压力升高、温度降低，原料气的饱和水含量下降。
固体吸附剂吸附量随来气温度的升高而减少，随吸附质在气相中的分压（浓度）的增大而增加。固体吸附剂的这种性质表明，吸附过程在较高压力、较低温度环境下进行更为有效。
由此可以得出结论：
（1）吸附能力强的吸附剂能得到好的吸附效果。
（2）原料气保持较高压力、较低温度下可得到好的脱水效果。否则饱和水含量高，会增加吸附剂的负荷，缩短干燥塔使用寿命。
3、干燥设备运行效率低的影响因素
结合生产现状，分析认为影响干燥系统高效运行的主要原因有：
（1）分子筛吸附能力下降
据有关资料指出，吸附剂的平均寿命一般为2～3年。本站所用的干燥塔吸附剂是在2013年更换的4A柱状分子筛，分子筛老化严重，吸附能力降低，极易达到吸附饱和状态，导致进入后路系统的原料气含水超标，达不到轻烃回收工艺系统正常运行的要求，极易造成轻烃装置的后路冻堵。
（2）分子筛负荷增大
由于原料气外供系统的改变，工艺条件也随之变化，造成原料气组份较重，而分子筛对气中的重组份及有机物的吸附能力较强，这些重组份会吸附在分子筛的表面，如过多对分子筛再生加热和冷吹的反复操作，发生结焦现象，增加了分子筛负荷，从而降低其吸附能力。
（3）倒塔切换加重分子筛粉化
由于原料气中含水量高，干燥设备平均每6个小时就要切换一次，充（泄）压过于频繁造成了分子筛的破坏。分子筛的吸附量增高增加了床层的压力降并使分子筛产生相对运动，造成分子筛的磨损，同时又使得分子筛极易达到吸附饱和状态，又增加了对干燥塔进行切换的次数，从而形成一个恶性循环，降低了干燥设备效率，缩短了使用寿命。
四、采取的应对措施
为有效提高干燥设备的运行效率，在生产运行中，采取以下应对措施，确保轻烃处理装置的安全正常稳定运行。
1、降低分子筛充泄压力
据有关资料指出，需要改变干燥塔压力时，应缓慢增压或减压，如果压力变化速度控制在0.24MPa/min以下，就可减小对分子筛床层的冲击。现场操作操作人员在改变干燥设备压力时，缓慢增压或减压，使分子筛层不受到太强的气流冲击，就可减小对分子筛床层的冲击，降低床层的压力降，同时又使得分子筛在达到吸附饱和状态，提高干燥设备效率并延长其使用寿命。
2、合理调整再生流量及温度
为提高干燥设备的脱水效果，就要控制好再生及冷吹流量。可根据气体流量比例进行适当调配，再生温度不可低于规定温度，再生塔进口温度 250℃±10℃，出口温度 220℃±10℃。冷吹塔进口温度常温，冷吹出口温度≤45℃。
以此确保冷吹、再生流量，防止气体滞留，使再生气温度、流量达标，较好地脱除原料气中的水份，干燥设备吸附效果提高，从而提高干燥设备的脱水效率。
3、更换分子筛，提高分子筛脱水能力
2016年2月17日，对3个干燥塔进行检修，重新充填分子筛，并对1#、2#干燥塔进行了补焊。于2月24日分子筛填充完毕，填充量约2吨，2#塔的填充量较多，在干燥塔人孔打开后，经观察，有近1/2的分子筛被磨损成为粉尘，尤其是干燥塔上部的分子筛损坏较为严重，床层下降了近1.2米。由于2#塔人孔漏，进行整改时，对其多加了两层丝网，用铁丝进行捆扎。
4、加强分离器排污，减少分子筛负荷
加强对压缩系统的各级分离器的排污，确保原料气中的水及重组份能及时的凝析出来，有效减小分子筛的粉化现象，分子筛负荷减小，后续生产设备、管线、阀门存在冻堵的安全隐患降低。
5、加强露点监控，确保干燥效果
定期取样分析原料气干燥度，监控干燥设备运行情况。利用便携式露点仪对经干燥后进冷箱的原料气露点测量并记录，将其纳入日常报表记录体系，及时地掌握干燥设备脱水运行效果。
五、对策实施效果
通过采取以上措施后，后续轻烃生产冻堵的次数降低，由平均2次/月降至1次/月，取得以下经济效益：
干燥设备脱水效果不理想导致的轻烃冻堵，平均每次需停产吹扫5小时，按每小时生产轻烃3吨，每天每吨0.6万元，每月停产5小时计算，每月可减少的轻烃损失为3×0.6×5=9万元。
由此可见实施应对措施后，干燥设备脱水运行效果好，轻烃生产装置的产品损失降低，同时也降低了轻烃生产运行的安全风险。
六、结语
综上所述，项目实施后进入装置生产区的原料气水分含量降低，降低了后续生产设备、管线、阀门存在冻堵的安全隐患，对生产生活环境、提高劳动积极性等方面有一定积极的作用。
关键词：干燥设备；分子筛；脱水效益
一、前言
河口采油厂压气站是日处理天然气7.5×104m3的轻烃处理单位，主要处理设备有四台4L-19/0.5-16型往复活塞式石油天然气压缩机，W-LJ16100III氨制冷机组两台，LG16BMYJ氨制冷机组一台，干燥设备、脱硫设备各一套，主要生产产品是液化气和轻质油。
近几年由于原料气组份的变化，原料气中含水量也随之变化，干燥系统的分子筛脱水能力不佳，致使天然气的脱水效果差，从而导致后续装置的制冷系统发生冻堵，给轻烃生产带来一些安全隐患。为此通过现场调查分析，提出相应的轻烃检修改造方案及优化操作运行方案，有效解决了干燥设备分子筛的失效问题，提高了干燥设备的脱水运行效益。
二、存在问题
1、干燥设备分子筛脱水效率低，原料气含水量大
分子筛吸附后，原料气水露点为-37℃（328ppmv）—-63℃（19ppmv）波動，一般在-50℃（15ppmv），低于SY/T0076《天然气脱水设计规范》和SY/T0077《天然气凝液回收设计规范》要求的膨胀机水露点-72℃，分子筛脱水能力较低。
2、干燥设备分子筛碳化结块较严重
分子筛对原料气中的重组分和有机物有优先吸附能力，当分子筛吸附和冷吹长期运行在40？℃以下时，原料气中未分离干净的的重组分以及有机物会大量沉积在分子筛的表面，经过后续280？℃左右的再生加热过程，分子筛上的重组分碳化结块，从而使分子筛碳化结块较严重。
3、分子筛床层降低
压气站所用的干燥吸附剂是4A分子筛，运行后塔内床层塌陷（见分子筛床层降低图、分子筛床层结构图），吸附能力降低，极易达到吸附饱和状态，导致进入后续系统的原料气含水超标，达不到轻烃回收工艺系统正常运行的要求，极易造成轻烃装置的后路生产设备的冻堵。
4、轻烃生产存在安全隐患
干燥系统的低效工作，造成吸附塔原料气的露点值较高，使轻烃生产过程中必须频繁地进行倒塔切换，不可避免的对干燥塔造成冲击，加重了分子筛的粉化，吸附能力明显下降，轻烃处理装置的生产运行存在一定的安全隐患。
三、干燥设备运行效率低的原因分析
1、轻烃处理的脱水过程简介
原料气脱水在轻烃生产处理过程中是非常重要的一个工艺过程。河口压气站干燥设备就是将原料气中的游离水脱除的关键设备。干燥设备组成由三台干燥塔组成，一台处于工作周期，一台处于加热周期，另一台处于冷却周期，采用时间程序切换。经过增压后的原料气进入两台串联的分离器，脱除夹带的残余游离水和液滴后，自上而下通过干燥塔进入粉尘过滤器，滤出气流中夹带的分子筛粉尘后进入冷箱进行轻烃生产。
2、原料气与固体吸附剂的性质
本站采用的脱水方法为固体吸附法，吸附剂为4A条形分子筛。由于分子筛对极性分子和不饱和分子有很高的亲和力，而水是强极性分子，因此分子筛是原料气脱水的优良吸附剂。
原料气中的水一般是以液、气两种状态存在。在一定的条件下，随气体压力、温度而变化，压力升高、温度降低，原料气的饱和水含量下降。
固体吸附剂吸附量随来气温度的升高而减少，随吸附质在气相中的分压（浓度）的增大而增加。固体吸附剂的这种性质表明，吸附过程在较高压力、较低温度环境下进行更为有效。
由此可以得出结论：
（1）吸附能力强的吸附剂能得到好的吸附效果。
（2）原料气保持较高压力、较低温度下可得到好的脱水效果。否则饱和水含量高，会增加吸附剂的负荷，缩短干燥塔使用寿命。
3、干燥设备运行效率低的影响因素
结合生产现状，分析认为影响干燥系统高效运行的主要原因有：
（1）分子筛吸附能力下降
据有关资料指出，吸附剂的平均寿命一般为2～3年。本站所用的干燥塔吸附剂是在2013年更换的4A柱状分子筛，分子筛老化严重，吸附能力降低，极易达到吸附饱和状态，导致进入后路系统的原料气含水超标，达不到轻烃回收工艺系统正常运行的要求，极易造成轻烃装置的后路冻堵。
（2）分子筛负荷增大
由于原料气外供系统的改变，工艺条件也随之变化，造成原料气组份较重，而分子筛对气中的重组份及有机物的吸附能力较强，这些重组份会吸附在分子筛的表面，如过多对分子筛再生加热和冷吹的反复操作，发生结焦现象，增加了分子筛负荷，从而降低其吸附能力。
（3）倒塔切换加重分子筛粉化
由于原料气中含水量高，干燥设备平均每6个小时就要切换一次，充（泄）压过于频繁造成了分子筛的破坏。分子筛的吸附量增高增加了床层的压力降并使分子筛产生相对运动，造成分子筛的磨损，同时又使得分子筛极易达到吸附饱和状态，又增加了对干燥塔进行切换的次数，从而形成一个恶性循环，降低了干燥设备效率，缩短了使用寿命。
四、采取的应对措施
为有效提高干燥设备的运行效率，在生产运行中，采取以下应对措施，确保轻烃处理装置的安全正常稳定运行。
1、降低分子筛充泄压力
据有关资料指出，需要改变干燥塔压力时，应缓慢增压或减压，如果压力变化速度控制在0.24MPa/min以下，就可减小对分子筛床层的冲击。现场操作操作人员在改变干燥设备压力时，缓慢增压或减压，使分子筛层不受到太强的气流冲击，就可减小对分子筛床层的冲击，降低床层的压力降，同时又使得分子筛在达到吸附饱和状态，提高干燥设备效率并延长其使用寿命。
2、合理调整再生流量及温度
为提高干燥设备的脱水效果，就要控制好再生及冷吹流量。可根据气体流量比例进行适当调配，再生温度不可低于规定温度，再生塔进口温度 250℃±10℃，出口温度 220℃±10℃。冷吹塔进口温度常温，冷吹出口温度≤45℃。
以此确保冷吹、再生流量，防止气体滞留，使再生气温度、流量达标，较好地脱除原料气中的水份，干燥设备吸附效果提高，从而提高干燥设备的脱水效率。
3、更换分子筛，提高分子筛脱水能力
2016年2月17日，对3个干燥塔进行检修，重新充填分子筛，并对1#、2#干燥塔进行了补焊。于2月24日分子筛填充完毕，填充量约2吨，2#塔的填充量较多，在干燥塔人孔打开后，经观察，有近1/2的分子筛被磨损成为粉尘，尤其是干燥塔上部的分子筛损坏较为严重，床层下降了近1.2米。由于2#塔人孔漏，进行整改时，对其多加了两层丝网，用铁丝进行捆扎。
4、加强分离器排污，减少分子筛负荷
加强对压缩系统的各级分离器的排污，确保原料气中的水及重组份能及时的凝析出来，有效减小分子筛的粉化现象，分子筛负荷减小，后续生产设备、管线、阀门存在冻堵的安全隐患降低。
5、加强露点监控，确保干燥效果
定期取样分析原料气干燥度，监控干燥设备运行情况。利用便携式露点仪对经干燥后进冷箱的原料气露点测量并记录，将其纳入日常报表记录体系，及时地掌握干燥设备脱水运行效果。
五、对策实施效果
通过采取以上措施后，后续轻烃生产冻堵的次数降低，由平均2次/月降至1次/月，取得以下经济效益：
干燥设备脱水效果不理想导致的轻烃冻堵，平均每次需停产吹扫5小时，按每小时生产轻烃3吨，每天每吨0.6万元，每月停产5小时计算，每月可减少的轻烃损失为3×0.6×5=9万元。
由此可见实施应对措施后，干燥设备脱水运行效果好，轻烃生产装置的产品损失降低，同时也降低了轻烃生产运行的安全风险。
六、结语
综上所述，项目实施后进入装置生产区的原料气水分含量降低，降低了后续生产设备、管线、阀门存在冻堵的安全隐患，对生产生活环境、提高劳动积极性等方面有一定积极的作用。