简析天然气装置用能优化

简析天然气装置用能优化

刘伟张明张彦科张俊锋

长庆油田分公司第一采气厂陕西西安710000

摘要：天然气装置主要技术为天然气的净化技术和液化技术，本文从天然气的净化技术入手简要评析天然气装置的用能优化。主要包括了能耗的分析和用能优化，最后针对川东北某气田脱硫净化装置进行调查和分析，研究装置参数并运用系统软件进行优化模拟，确定优化参数，提高该装置的用能效率，降低生产成本。

关键字：天然气装置；净化技术；用能优化

1能耗分析

一般天然气装置需要消耗能源的环节较多，其中消耗的能源的环节主要为低压蒸汽的运作、锅炉等炉灶的运行、泵室等电动机的运作。这些能源的消耗一方面是为了进行天然气的净化装置的功能制动，另一方面是进行净化工艺的环境维持。所以，天然气净化技术所需要的能耗较大，需要引起重视，通过提升净化技术中所存在的工艺环节的技术和装置提升运作效率，降低能耗。

2用能优化

天然气装置净化流程用能优化所面对的主要问题为富胺液的循环再生过程量大耗能大、天然气质量较大会造成质量过剩、尾气处理工艺耗能较大、管网的损失量较大、甲基二乙醇胺溶液的再生过程蒸汽发生量较低。所以根据这些工艺难点和主要问题进行用能优化，具体的优化方案为：

（1）原料气通入量的优化。原料的通入量将影响装置的整体运作效率，同时也影响装置的耗能。经过对比分析可知，在125km3/h的原料通过量时耗能值较低，进一步加量，通过一系列观察128km3/h的原料通入量时所装置的消耗能也较低，而且综合耗能值达到了最小值。进过估算和评估，当原料气体的通入量为125km3/h时整个天然气装置的耗能能够减少至966×10-4MJ/m3。

（2）甲基二乙醇胺溶液的再生过程优化。甲基二乙醇胺溶液的再生过程优化一方面是对于溶液量的优化，在能够满足基本的净化工艺和效果的前提上尽量减少甲基二乙醇胺溶液的使用量，通过降低甲基二乙醇胺溶液的使用量减少机械运转的时间能够节约5%的电量。甲基二乙醇胺溶液再生过程的优化的第二个方面是蒸汽用量的优化，在甲基二乙醇胺溶液再生过程中所需要的低压蒸汽耗能较大，耗能量在工艺总耗能量的占比较大，所以要注意对低压蒸汽用量的控制以及低压蒸汽的压强控制，进而达到降低低压蒸汽环节的耗能。

（3）富胺液再生重沸器低压蒸汽用量优化。在富胺液再生的过程中也需要使用低压蒸汽进行处理，所需要消耗的能源也较多，所以可以在能够达到净化基本标准和要求的情况下，通过优化富胺液的再生重沸器达到降低对低压蒸汽的用量的目的，经过实际调查了解到通过对富胺液溶液的再生重沸器的优化可以减少6%的低压蒸汽用量。

（4）尾气处理系统能耗优化。尾气的处理需要经过焚烧炉的高温处理，在能够满足工艺基本标准要求的基础上降低焚烧炉的燃烧温度将会减少多能源的消耗量。比如炉膛设计温度值为650℃，经过实践操作对比后将温度降低至635℃，不但能够实现对尾气的燃烧处理，而且能够降低能源消耗，节约了燃料160m3/h，是进行天然气用能优化的较好途径。

（5）蒸汽管网的用能优化。蒸汽管网的损坏将会产生蒸汽的泄露，同时也不利于蒸汽压强的施加，所以将会造成较多的能源浪费。比如中原油田普光天然气净化厂的蒸汽管网损坏，造成了总蒸汽损失率为44.68%。对蒸汽管网的方面的用能优化，一方面可以提升整体元件的性能，比如提高管网的材质，减少蒸汽在管网中的泄露。此外，还可以加强检修和保养，减少蒸汽管道的损坏。

（6）空冷器变频改造。将装置使用的冷器改为变频，这样能够减少在启动过程中的能耗值，同时能够减少因为起闭过程物理量的突变对器具产生的冲击，有利于延长器具的使用寿命。

3案例分析

3.1川东北某气田净化厂天然气装置耗能分析

川东北某气田净化厂脱硫单元利用两级吸收的醇胺脱硫工艺，该项工艺运行处理效率较高，操作的弹性较大，能够在一定程度上提升天然气的净化率。但是脱硫工艺中所使用的富胺液需要不断再生，这一过程所需要的消耗的能量较大，在处理时所需要的时间较多，处理量大，根据调查了解到每年用于富胺液再生所需耗费的能源约为60万吨标煤。

通过调查了解和分析可知脱硫单元是该工厂耗能最高的一项工艺单元，同时脱硫单元耗能最大的环节为富胺液的再生环节，该环节需要进行大量溶液的再次处理，而且需要使用低压蒸汽，所以所消耗的能源较多，占到脱硫单元总耗能的75%以上。此外，在富胺液再生过程中的机械耗能也较多，占到脱硫单元总耗能的10%以上。所以，可以看出富胺液再生过程的总耗能占脱硫单元总耗能的85%以上，解决主要的耗能环节优化该环节的工艺技术提升该环节的用能效率，将是整个装置用能优化的关键点。

3.2川东北某气田净化厂天然气装置用能优化

对于该净化厂的天然气装置的脱硫单元进行优化模型处理，通过模型计算出能够优化能源使用量的装置参数。首先需要根据实际装置的具体参数进行模型的建立，然后确定目标函数。根据实际情况调研了解到，脱硫过程中主要的耗能是在富胺液的再生过程，所以减少富胺液的量将会减少较多耗能。但从综合方面进行考虑，一方面要保证装置的净化效果，另一方面还需要达到环保标准，所以根据具体的实际综合情况建立目标函数。目标函数确定后确定约束条件，并优化算法，确定优化的参数。最后出具的方案为重沸器蒸汽流量为35.2t/h，中间胺液泵流量为197.1t/h，再生塔底贫胺液泵流量506.0t/h，贫胺液泵流量192.9t/h，原料气流量12.5×104Nm3/h。通过实际的使用论证了该方案的可行性，用了新方案后总体的平均能耗为630.7kg标煤/万方，较之前的672.7kg标煤/万方节约了约42kg标煤/万方。由此得出，在确保联合装置产品气质量的情况下，实验平均能耗同比原始平均能耗降低了3.2%。

3.3川东北某气田净化厂天然气装置用能建议

通过上述分析和论证，可知联合装置的能耗为最优，通过联合装置的运行能够提升处理运行效率并能够减少能耗；装置进行运作时可以尽可能的多量处理，在满负荷条件下进行运行能够加大器械的运行效率；目前联合装置脱硫单元再生塔重沸器的低压蒸汽还存在过剰现象，所以按照上述的方案进行用量的配比，能够降低蒸汽消耗量；在能够保证天然气净化功效的基础上，减少贫胺液的浓度。

4结语

通过对天然气装置的总体概况分析以及针对某一天然气净化装置进行用能优化，最后得出了联合装置用能系统具有较佳的节能效果；处理溶液的量对整个装置的耗能影响较大，一方面要减少再生处理液的量，另一方面其他溶液尽量满负荷，提升处理的效率，减少能源的消耗。

参考文献

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[4]姚静.天然气净化装置用能分析与节能改造探讨[D].大连理工大学,2010.