储气库地面脱水系统能耗优化方法比选

储气库地面脱水系统能耗优化方法比选

张增振

大港油田天津储气库分公司

摘要：目前的研究主要聚焦于油气田集输系统中的乙二醇脱水装置能耗优化。对于脱水装置能耗及操作参数的优化主要有：脱水工艺流程及用能设备改进优化，基于实际生产现场反复改变操作参数进行优化，以及通过系统模拟与分析能耗及操作参数进行优化等方法。改进工艺及用能设备的优化方法工程量大且成本过高。基于实际生产现场反复改变操作参数的优化方法工作量较大，优化效率较低，且需要具备丰富的现场操作经验，通用性较差，容易造成不必要的资源浪费。因此，通过系统模拟与分析能耗及操作参数的优化方法就显得十分重要。本文主要分析储气库地面脱水系统能耗优化方法比选。

关键词：乙二醇脱水；节能优化

引言

储气库地面脱水系统作为储气库采气工艺的核心，运行时会消耗大量的能源。如何降低储气库地面脱水系统的能耗并提高能效，已经成为储气库生产运营管理者们关注的重点。目前，大型储气库地面脱水工艺一般采用乙二醇脱水工艺，而乙二醇脱水装置大都存在操作参数不够优化和能耗较高的问题。

1、储气库地面脱水系统HYSYS模型

HYSYS软件是世界著名油气加工模拟软件工程公司开发的大型专家系统软件，具有操作界面良好、智能化程度高、操作便捷等优点。因此，本文利用HYSYS模拟软件建立某储气库地面脱水系统工艺模型。

1.1储气库地面脱水系统工艺流程简述

储气库在采气期（当年11月至第二年3月）时，注采站需要对气井来气进行脱水处理以达到外输气质要求。该储气库注采站采用乙二甘醇脱水工艺，主要包括天然气脱水工艺流程及乙二醇再生工艺流程。（1）天然气脱水流程：从气井采出的湿气经过露点装置区四次降温两次分离除去天然气中的固液杂质，使露点控制在-10℃以下，满足外输要求。（2）乙二醇再生流程：乙二醇贫液自贫液罐经乙二醇泵加压从空冷器后通过甘醇雾化器喷淋方式进入装置区，与管线中的天然气充分混合，吸收湿天然气中的水分后成为乙二醇富液，乙二醇富液从乙二醇再生塔塔顶盘管下端进入，被塔顶蒸汽加热至60℃左右，进入贫富液换热灌，与高温贫液进行换热，加热至75-80℃，然后进入闪蒸分离器，在闪蒸分离器中脱去轻烃组分，进入再生釜进行加热至120-125℃蒸发蒸去乙二醇中的水分，高温水和乙二醇蒸汽混合物向上运动，到达塔顶管柱经过塔顶中的富液乙二醇降温，乙二醇蒸汽液化重新落下，水蒸气则从塔顶顶端蒸出，随着水分的减少，富液乙二醇变成了贫乙二醇，贫乙二醇没过再生釜堰板流入贫液罐。

1.2储气库地面脱水系统HYSYS模型建立

状态方程选择，在求解烃类物质的相平衡时，工程上通常选用SoaveRK（SRK）方程和Peng-Robinson（PR）方程。SRK方程和PR方程在计算极性物质和含有氢键的物质时有较高的准确度，且在预测蒸气压时有较好的温度函数。PR方程在预测液体密度时比SRK方程有更好的精度，所以本文结合储气库乙二醇脱水特点选用PR方程作为天然气脱水计算的方程。HYSYS模拟模型建立结合储气库地面脱水工艺及对现场实际运行参数分析，根据所选用的PR状态方程，利用HYSYS模拟软件建立了储气库地面脱水工艺模型。

2、脱水系统工艺参数分析

2.1塔顶参数

乙二醇水溶液经再生釜内加热后，乙二醇和水形成混合气体自下而上进入再生塔，在塔内高温混合气体与依次与闪蒸进料、回落液滴、低分乙二醇进料发生热交换，混合气体温度不断降低，由于同一温度下乙二醇和水饱和蒸汽压不同的特性，乙二醇气体不断液化回流，液态水不断气化上升从塔顶排出，塔顶温度小于100℃为正常，大于100℃即发生携带损失。因此，塔顶温度的控制至关重要，通过温度变送器将塔顶温度传输至上位机，来进行相关操作，减少乙二醇的流失，已达到节约成本的目的。

2.2再生釜参数

再生釜的温度直接影响着富液乙二醇的提纯程度，当富液浓度比较低时，加大再生釜的热料进量可以增加蒸发能力，当富液浓度比较高时，则减少再生釜的热料进量，防止持续高温使得乙二醇蒸发携带损失。通过塔顶温度与再生釜温度联锁分析，合理控制生产参数。两者温度参数的综合考虑，不仅可以减少乙二醇携带损失，还可以控制乙二醇浓度以满足吸收天然气中水分的能力。

3、脱水系统能耗分析与优化

3.1主要工艺参数与能耗的关系

储注站脱水系统的能耗是主要设备。根据天然气干燥过程及其能耗特点，脱水过程中天然气的能耗主要是从原料气体的质量、产品酸碱度的要求、乙二醇注醇泵效率、再生塔的再加热温度、TEG浓度等方面来看。在原料气和干气质量标准安全的条件下，主要影响因素再生塔的温度和汽提瓦斯体积。

3.2乙二醇脱水系统理论能耗

根据天然气干燥装置的工艺流程和能耗特性，影响天然气干燥装置能耗的因素主要有:原气质量条件、产品碱的品位指标、TEG溶液循环泵效率、再生塔再沸器、TEG溶液浓度等。对调查数据进行现场调查分析，发现脱水系统的能耗主要包括溶液循环泵的能耗、TEG再生塔高压蒸汽的消耗。采用HYSYS仿真软件建立脱水模块能耗分析模型。产品合格后，给出理论能耗值。理论输出能量消耗数据包括再生釜的热负荷、循环泵的能耗。但这些值都是理论能量消耗值，理论能量消耗值需要进一步计算。要确定理论能耗值，首先必须定义理论能耗计算的方向条件。根据TEG干燥厂的工艺特点，基准条件如下:净化气体的质量要求是根据管道天然气质量要求的国家标准确定的，净化气体的熔点在天然气过渡压力和温度条件下低于最低环境温度5℃。当蒸发量不能满足条件时，适当开启塔顶与贫富液换热灌的旁通截止阀，来适当提高塔顶温度以进行提纯。当从闪蒸分离器腔内温度过高，此时脱出的烃类气体会携带少量乙二醇，因此经贫富液换热灌后的乙二醇温度一般控制在80℃左右。采气期不同时期，再生釜温度也会有所改变，主要影响因素有乙二醇的自身浓度，天然气中的含水量，处理气量的大小，气体含有的烃类成分等等，综合多种因素和实际操作经验来确定再生釜的加热温度。

结束语

本文建立了储气库地面脱水系统HYSYS模型，对影响脱水系统能耗的运行参数进行了定量分析，建立了储气库地面脱水系统能耗最优化模型，并分别采用HYSYS自带优化器及基于BP神经网络和GA遗传算法相结合的优化方法对储气库地面脱水系统能耗进行了优化求解，得到以下主要结论。（1）通过对影响脱水系统能耗的运行参数进行定量分析确定了影响脱水系统能耗的主要因素为重沸器温度、乙二醇循环量和汽提气量，并建立了储气库地面脱水系统能耗最优化模型。（2）对储气库地面脱水系统能耗进行优化求解发现，采用HYSYS自带优化器优化时，尽管单位总能耗值有所下降，但未能优化重沸器温度这一参数；BP神经网络与GA遗传算法相结合的能耗优化法在优化储气库地面脱水系统能耗的同时，还能优化所有的操作参数，且该方法也可用于优化其他工艺系统的操作参数，具有较好的通用性。

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