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摘 要：天然气作为一种可再生的清洁能源，它的使用范围比石油更加广泛。天然气相比石油和煤炭来说使用过程中减少了有害气体的排放，这正符合当前保护环境的时代趋向。但是天然气处理装置在运行过程中也存在着一定的问题，比如天然气处理的各种产品质量问题直接影响着产品的产量。因此，提升产品质量成为众多天然气处理装置目前急需解决的课题。
关键词：天然气;加工工艺;问题解析;产品精制;
1 天然气加工处理存在的问题
某天然气处理装置在正常运行时可生产出高质量的轻烃产品，其中C3、C4和C5+产品纯度99%以上，达到高纯级。但在每次的装置开机投产期间会产生约30吨的轻烃不达标中间产品，这批中间产品只能外输并储存在成品罐区备用罐中，最后通过降级降价销售的办法进行解决。随着油气开发步入中后期，加之油气开发低成本战略影响，油气产量逐年下降，天然气日均接收量随之下滑，轻烃生产的吨成本逐年增加，装置区产生的不达标中间产品越多成品罐区储存中间不合格品的压力就越大，同时销售难度越大，带来的经济损失就越大。因此，为了解决产品不达标中间产品不出装置，实现轻烃中间产品100%合格后外输，开展了轻烃中间产品回炼技术在气体处理装置的研究与应用。
2 主要研究内容
针对天然气处置装置的中间产品回炼技术从以下三个方面开展了技术攻关：
（1）回炼流量的确定
从工艺流程及实际操作得知，C2塔底物料的流量大约为16m3，温度约为102℃，塔底物料的比热为c1。假设回炼的流量为Q2，温度为t2，约为30℃，回炼物料的比热为c2，混合后的温度用t表示。两者物料进行混合，由于均为液相，因此不用考虑相变的影响。根据物料平衡原理，c1.m1.（t-t1）=c2.m2.（t-t2）。由于塔底物料为C3、C4及戊烷油的混合液体，比热不好确定，采用此计算方式不可取。便于简化计算内容，在这里对精馏塔的回炼采用了HYSYS模拟计算。
C3外输储罐设计容量39m3，最多盛装16.38吨的C3。以回炼最大容量不合格C3为例，为设计容量的70%，即每次最大回炼容量为11.466吨，假设回炼时间为t，则回炼流量为11.466/t，根据C3塔的参数通过HYSYS软件模拟得出不同回炼时间下的流量，以及混合后的温度差。
根据HYSYS模拟计算的结果整理出不同回炼流量下的温度关系，可以得出当回炼的时间越长，流量就越小，混合后的温度差就越小，对精馏塔的操作影响就越小。考虑到混合后的物料参数（尤其是温度）对精馏塔的参数不能造太大的波动，根据实际操作的要求，混合后的进料温度与原进料温度在5℃范围内有利于精馏塔的操作。因此取流量为0.60t/h作为最大回炼流量。根据体积流量与质量流量的换算关系：
ws=vsρ ρ取462.441kg/m3
带入数值vs=0.6*1000/462.441=1.29m3/h。
（2）管线材质、规格的确定;
根据《工艺管道管径计算导则》的要求，不同流体按其性质、状态和操作要求的不同，应选用不同的流速。粘度较高的液体，摩擦阻力较大，应选较低流速。允许摩擦压力降较小的管道，例如常压自流管道和输送泡点状态液体的泵入口管道，应选用较低的流速。为了防止因介质流速过高而引起管道冲蚀、磨损、振动和噪声等现象，液体流速一般不宜超过4 m/s。气体流速一般不超过其临界速度的85%，真空下最大不超过100m/s;液体碳钢管一般推荐1.5-4m/s。泵进口0.5-1.5m/s，常压，出口为1.5-2m/s，塔进料及底部出口流速建议1.0-1.5m/s。塔顶P>0.35 MPa时气相流速为12～15 m/s，常压时流速为18～30 m/s，负压P<0.07时为38～60m/s。
通过计算后的数据得知只要回炼的管径不大于21mm即可以满足实际工艺需求。根据实际需求，选用DN25的管径，材质为碳钢。
（3）回炼接入点的确定
通过对现场的考察及讨论，最初回炼管线取自外输泵后，接入点考虑两处，一是C2塔底液位调节阀旁通阀，二是C3塔入口。根据比较，最终确定C2塔底液位调节阀旁通阀作为C3回炼管线的接入点。
3 研究内容实施
该项目包括两个子项目：C3、C4产品外输管线改造;C3、C4和C5+中间产品回炼。
（1）C3、C4产品外输管线改造：新加一条C3、C4产品外输管线，实现环境温度低时无需启动外输泵输送产品的目的。
由于装置的C3、C4产品从塔顶采出冷凝后进入回流罐，经回流泵加压，一部分作为回流送回塔内，一部分经调节阀进入产品储罐，产品储罐的产品经产品外输泵加压输送至成品罐区。装置生产期间外输泵需24小时运转，消耗大量的电能。除了夏季环境温度高的情况，其余时间丙C4回流泵出口压力均大于成品罐区的压力（C5+产品罐为常压罐，压力均低于成品罐区压力），因此可实现改造目的。
（2）C3、C4和C5+中间产品回炼：实现中间产品不进储罐直接外输后，将C3、C4和C5+现有的产品储罐作为中间产品储罐，储存装置开机期间生产的中间产品，在中间产品纯度不达标时将其导入装置区产品外输储罐。待各精馏塔操作稳定后，启动外输泵将产品回输至上一个塔的塔底出料管线上，将不达标中间产品回输至本塔重新提纯，达到中间产品纯度合格率100%后外输的目的。
（3） 改造主要工作量
该项目实施的主要工作量包括以下内容：
工艺准备：装置停运，进行排液、泄压、置换，切断相关流程，装置进出口及相关部位加装盲板;工艺管线安装：C3、C4、C5+回炼管线安装;C3、C4外输管线的安装;相应工艺管道的防腐工作;工艺阀门安装：C3、C4、C5+回炼阀门安装;C3、C4外输阀门的安装;相应阀门的防腐工作;回炼操作方案编写：编写C3、C4、C5+中间产品回炼操作方案，并对回炼过程中存在的风险进行辨识;组织岗位及技术人员培训：培训C3、C4、C5+中间产品回炼操作方案，现场进行流程讲解;装置开机回炼操作進行时，技术人员带领班组人员现场指导操作。
4 效果验证
中间产品回炼项目应用后，为了能更好地体现改造效果，装置开机正常后4小时，对储罐液位进行了记录、以及回炼前后储罐内中间产品组分进行了取样化验，产品合格率达到了百分百。通过此次对轻烃深加工处理工艺流程进行了分析梳理，优化过程控制点和关键工序，质量预防节点前移，中间产品100%合格率保证了外输产成品的100%合格。去除储罐产成品调和、降级处理过程，相对降低能源消耗。同时提高了对产品异常的分析、排查效率。确定了轻烃处理加工过程中工艺流程和工艺控制的结合点，新增两个工艺操作控制点，四个中间产品检验点，完善了整体工艺流程。
参考文献 ：
[1]贾曦.浅析天然气加工工艺设计的要点及优化[J].化工管理，2015（36）.
[2]傅敬强，佘建，周文清，等.天然气加工生产业务规范化管理的探索与实践[J].天然气技术与经济，2012（S1）.
[3]张昆，王娜，贾腾，等.天然气处理厂天然气加工工艺技术优化[J].化学工程与装备， 2017（02）
关键词：天然气;加工工艺;问题解析;产品精制;
1 天然气加工处理存在的问题
某天然气处理装置在正常运行时可生产出高质量的轻烃产品，其中C3、C4和C5+产品纯度99%以上，达到高纯级。但在每次的装置开机投产期间会产生约30吨的轻烃不达标中间产品，这批中间产品只能外输并储存在成品罐区备用罐中，最后通过降级降价销售的办法进行解决。随着油气开发步入中后期，加之油气开发低成本战略影响，油气产量逐年下降，天然气日均接收量随之下滑，轻烃生产的吨成本逐年增加，装置区产生的不达标中间产品越多成品罐区储存中间不合格品的压力就越大，同时销售难度越大，带来的经济损失就越大。因此，为了解决产品不达标中间产品不出装置，实现轻烃中间产品100%合格后外输，开展了轻烃中间产品回炼技术在气体处理装置的研究与应用。
2 主要研究内容
针对天然气处置装置的中间产品回炼技术从以下三个方面开展了技术攻关：
（1）回炼流量的确定
从工艺流程及实际操作得知，C2塔底物料的流量大约为16m3，温度约为102℃，塔底物料的比热为c1。假设回炼的流量为Q2，温度为t2，约为30℃，回炼物料的比热为c2，混合后的温度用t表示。两者物料进行混合，由于均为液相，因此不用考虑相变的影响。根据物料平衡原理，c1.m1.（t-t1）=c2.m2.（t-t2）。由于塔底物料为C3、C4及戊烷油的混合液体，比热不好确定，采用此计算方式不可取。便于简化计算内容，在这里对精馏塔的回炼采用了HYSYS模拟计算。
C3外输储罐设计容量39m3，最多盛装16.38吨的C3。以回炼最大容量不合格C3为例，为设计容量的70%，即每次最大回炼容量为11.466吨，假设回炼时间为t，则回炼流量为11.466/t，根据C3塔的参数通过HYSYS软件模拟得出不同回炼时间下的流量，以及混合后的温度差。
根据HYSYS模拟计算的结果整理出不同回炼流量下的温度关系，可以得出当回炼的时间越长，流量就越小，混合后的温度差就越小，对精馏塔的操作影响就越小。考虑到混合后的物料参数（尤其是温度）对精馏塔的参数不能造太大的波动，根据实际操作的要求，混合后的进料温度与原进料温度在5℃范围内有利于精馏塔的操作。因此取流量为0.60t/h作为最大回炼流量。根据体积流量与质量流量的换算关系：
ws=vsρ ρ取462.441kg/m3
带入数值vs=0.6*1000/462.441=1.29m3/h。
（2）管线材质、规格的确定;
根据《工艺管道管径计算导则》的要求，不同流体按其性质、状态和操作要求的不同，应选用不同的流速。粘度较高的液体，摩擦阻力较大，应选较低流速。允许摩擦压力降较小的管道，例如常压自流管道和输送泡点状态液体的泵入口管道，应选用较低的流速。为了防止因介质流速过高而引起管道冲蚀、磨损、振动和噪声等现象，液体流速一般不宜超过4 m/s。气体流速一般不超过其临界速度的85%，真空下最大不超过100m/s;液体碳钢管一般推荐1.5-4m/s。泵进口0.5-1.5m/s，常压，出口为1.5-2m/s，塔进料及底部出口流速建议1.0-1.5m/s。塔顶P>0.35 MPa时气相流速为12～15 m/s，常压时流速为18～30 m/s，负压P<0.07时为38～60m/s。
通过计算后的数据得知只要回炼的管径不大于21mm即可以满足实际工艺需求。根据实际需求，选用DN25的管径，材质为碳钢。
（3）回炼接入点的确定
通过对现场的考察及讨论，最初回炼管线取自外输泵后，接入点考虑两处，一是C2塔底液位调节阀旁通阀，二是C3塔入口。根据比较，最终确定C2塔底液位调节阀旁通阀作为C3回炼管线的接入点。
3 研究内容实施
该项目包括两个子项目：C3、C4产品外输管线改造;C3、C4和C5+中间产品回炼。
（1）C3、C4产品外输管线改造：新加一条C3、C4产品外输管线，实现环境温度低时无需启动外输泵输送产品的目的。
由于装置的C3、C4产品从塔顶采出冷凝后进入回流罐，经回流泵加压，一部分作为回流送回塔内，一部分经调节阀进入产品储罐，产品储罐的产品经产品外输泵加压输送至成品罐区。装置生产期间外输泵需24小时运转，消耗大量的电能。除了夏季环境温度高的情况，其余时间丙C4回流泵出口压力均大于成品罐区的压力（C5+产品罐为常压罐，压力均低于成品罐区压力），因此可实现改造目的。
（2）C3、C4和C5+中间产品回炼：实现中间产品不进储罐直接外输后，将C3、C4和C5+现有的产品储罐作为中间产品储罐，储存装置开机期间生产的中间产品，在中间产品纯度不达标时将其导入装置区产品外输储罐。待各精馏塔操作稳定后，启动外输泵将产品回输至上一个塔的塔底出料管线上，将不达标中间产品回输至本塔重新提纯，达到中间产品纯度合格率100%后外输的目的。
（3） 改造主要工作量
该项目实施的主要工作量包括以下内容：
工艺准备：装置停运，进行排液、泄压、置换，切断相关流程，装置进出口及相关部位加装盲板;工艺管线安装：C3、C4、C5+回炼管线安装;C3、C4外输管线的安装;相应工艺管道的防腐工作;工艺阀门安装：C3、C4、C5+回炼阀门安装;C3、C4外输阀门的安装;相应阀门的防腐工作;回炼操作方案编写：编写C3、C4、C5+中间产品回炼操作方案，并对回炼过程中存在的风险进行辨识;组织岗位及技术人员培训：培训C3、C4、C5+中间产品回炼操作方案，现场进行流程讲解;装置开机回炼操作進行时，技术人员带领班组人员现场指导操作。
4 效果验证
中间产品回炼项目应用后，为了能更好地体现改造效果，装置开机正常后4小时，对储罐液位进行了记录、以及回炼前后储罐内中间产品组分进行了取样化验，产品合格率达到了百分百。通过此次对轻烃深加工处理工艺流程进行了分析梳理，优化过程控制点和关键工序，质量预防节点前移，中间产品100%合格率保证了外输产成品的100%合格。去除储罐产成品调和、降级处理过程，相对降低能源消耗。同时提高了对产品异常的分析、排查效率。确定了轻烃处理加工过程中工艺流程和工艺控制的结合点，新增两个工艺操作控制点，四个中间产品检验点，完善了整体工艺流程。
参考文献 ：
[1]贾曦.浅析天然气加工工艺设计的要点及优化[J].化工管理，2015（36）.
[2]傅敬强，佘建，周文清，等.天然气加工生产业务规范化管理的探索与实践[J].天然气技术与经济，2012（S1）.
[3]张昆，王娜，贾腾，等.天然气处理厂天然气加工工艺技术优化[J].化学工程与装备， 2017（02）