李均方 張瑞春 夏功科 劉盛鵬 干卓凡 謝仲海

(1.中國石油西南油氣田公司成都天然氣化工總廠)

(2.中國石油昆侖能源華油天然氣廣安有限公司)

1 裝置概況

廣安天然氣處理量為100×104m3/d 的LNG裝置，采用BLACK VEATCH的PRICO混合制冷液化工藝(見圖1)，用離心壓縮機制冷，鋁板翅式換熱器兩臺并聯換熱，具有設備少、流程簡單、投資少、維護方便及開啟便捷等諸多優(yōu)勢[1]。

該裝置于2012年4月建成投產，建設初期并未考慮脫重烴問題，項目建設后期增加了重烴分離器及后續(xù)儲存設備，但運行中仍出現冷箱低溫堵塞和高乙烷含量的適應性問題[2]。現場分析問題原因后，采取了調整工藝參數，增加活性炭吸附脫除重烴等措施，目前裝置運行正?！，F將裝置問題及解決措施介紹如下。

2 裝置運行問題及對策

2.1 原料天然氣組分變化情況

LNG裝置原料天然氣組分變化對制冷液化單元的影響十分重要。一般LNG裝置在原料天然氣凈化部分已包括天然氣脫CO2和深度脫水、脫汞等措施，但對液化單元而言，其功能除制冷液化外，還應根據原料天然氣組分含量的不同來考慮重烴的分離、乙烷的回收以及氮等輕組分的脫除等。

裝置在運行過程中原料天然氣組分與設計時相比有較大的偏離(見表1)，主要表現如下：

表1 廣安LNG裝置氣源組分

(1) 原料天然氣中重烴含量明顯增加，特別是苯、環(huán)己烷等易堵塞組分增加，常規(guī)天然氣分析一般不包括這些組分，但對LNG裝置運行十分重要。根據GPA的方法，針對廣安LNG裝置原料天然氣組成預測了不同苯含量的結晶溫度(見圖2)。由圖2可以看出，很少量的苯就會引起苯在LNG中的結晶，同時苯含量的微量升高會引起結晶溫度的明顯變化。為避免低溫堵塞，一般應將天然氣中的苯體積分數控制在1×10-6～10×10-6以下[3]。

(2) 原料天然氣組分含量變化頻次高，有時1天內會出現幾次劇烈變化(見圖3)。根據裝置原料天然氣在線色譜檢測分析其各組分摩爾分數的變化范圍是：C1：87%～97%；C2：1%～8%；C3：0.1%～0.8%；C4：0.01%～0.3%；C5：0.002%～0.1%；C6：0.000 1%～0.02%。值得說明的是，其重烴組分變化的絕對值不大，但相對值高。

2.2 重烴低溫堵塞

2.2.1問題描述

廣安LNG裝置運行中多次出現冷箱低溫堵塞，引起裝置被迫停產，對冷箱加熱吹掃后才能繼續(xù)生產，造成很大的物料和能量損失。一般解堵過程中天然氣凈化部分繼續(xù)運行，制冷壓縮機全流量回流。加熱吹掃需要12～24 h，再冷卻至正常運行需要約24 h。按每小時耗電15 000 kW計算，浪費電耗約54×104～72×104kW·h。同時，還伴隨冷劑和天然氣加熱的放空消耗。

典型的堵塞發(fā)生在冷箱的天然氣通道下部b處(見圖1)。堵塞現象表現為： b處壓力降明顯增加，從常規(guī)20～40 kPa迅速上升到滿量程的105 kPa；同時，由于天然氣產品閥開度一定，天然氣通道的流量明顯下降；因制冷量大于天然氣的需冷量，制冷劑側底部溫度明顯下降；由于換熱惡化，冷劑低溫通道與產品線之間的傳熱溫度差由2～3 ℃增加到3～6 ℃以上。

實際運行表明，裝置由富氣變貧氣時極易出現低溫堵塞，出現該問題后需減少制冷量，將冷箱底部產品溫度上調到-90～-130 ℃，希望通過升高溫度來增加重烴在LNG中的溶解度，以此解決堵塞問題。堵塞嚴重時，必須將冷箱底部溫度加熱到5～10 ℃后解凍，b處壓差才能降到正常值，從而再進行生產。

2.2.2解決措施

針對廣安LNG裝置堵塞的實際問題，采取的解決措施如下：

(1) 調整工藝參數，適當降低冷箱中點溫度，從設計的-51 ℃降低到-71 ℃，通過冷凝增加苯在重烴分離器底的排放量，減少冷箱下部苯的分壓。裝置開工時，中點溫度降到合格后再進入下部制冷。在沒有產生重烴時，也將該分離器液位控制閥開啟至一定開度，使易堵塞組分通過低溫分離出裝置。同時，穩(wěn)定冷箱中點溫度，避免溫度波動將易堵塞的重烴帶入冷箱下部。

(2) 增加苯和環(huán)己烷等易堵塞組分的吸附脫除。利用該裝置脫水單元吸附塔頂約900 mm的剩余空間，裝填一定量的活性炭，利用其吸附能力來脫除易堵塞組分。按吸附時間8 h計，實際裝填活性炭單塔約1.5 t，可有效脫除原料天然氣中體積分數約為300×10-6的苯、環(huán)己烷等易堵塞組分。

2.2.3應用效果

采取上述增加冷凝和吸附的技術措施后，進冷箱前重烴含量明顯降低(見表2)，裝置低溫堵塞現象明顯消除，裝置能安全平穩(wěn)地生產。

表2 分子篩前后天然氣C6～C9單體烴檢測結果

值得說明的是，該方法在原料天然氣重烴含量少而易堵塞組分含量較高時效果良好。當重烴含量高時，可采用冷凝分離或前置輕烴凝析油回收的方法解決。吸附再生的重烴不能循環(huán)進裝置，只能用作燃料或送界區(qū)外處理。分子篩上部的活性炭具有燃燒的風險，需要嚴格控制好置換和進分子篩天然氣中的氧含量。

2.3 高乙烷含量

2.3.1問題描述

該裝置運行中甲烷摩爾分數最低為87%～89%，最高為97%～98%；乙烷摩爾分數最高為9%～10%，最低為1%～3%，一般每天乙烷摩爾分數在5%～7%較多見。高乙烷含量帶來的問題是：

(1) 相應溫度壓力下重烴分離器液體產量增加，有時全開重烴分離器底部排液閥，其液位還會繼續(xù)上升，只能現場放空到火炬，影響裝置運行的經濟性和安全性。

(2) 出重烴分離器的液體復熱到常溫后與同樣是常溫的分子篩再生氣混合(見圖4)，在d點產生了低溫物流(分析認為是乙烷等烴類蒸發(fā)、相變制冷所致)。例如，混合前兩物流的溫度均為20 ℃，混合后的溫度可達到-10 ℃，下降了30 ℃，從而造成混合處低溫堵塞，再生氣壓縮機進口帶液，影響下游管線的安全運行。

2.3.2解決對策

(1) 調整操作參數，適當提高冷箱中點壓力和溫度。根據乙烷含量增高、易堵塞組分溶解度增大的特點，適當增加冷箱中點溫度，從-71 ℃提高到-61～-65 ℃，在保證冷箱不堵塞的情況下，讓更多的乙烷去產品LNG，適當減少重烴分離器產生的液體流量；同時將重烴分離器的壓力從3.3 MPa提高到3.6～3.8 MPa，增加分離器底閥門流速，以解決液體到火炬的排放問題；在下游混合處加強電伴熱，以減少下游設備低溫運行的不利影響。

采取上述措施后，裝置在高乙烷含量下能正常生產，問題得到有效解決。

(2) 關于回收乙烷作冷劑補充的可行性問題。乙烷含量偏高是四川須二氣藏的特性決定的，其他裝置可能不會遇到類似問題。乙烷代替乙烯作冷劑可節(jié)約裝置原料消耗，實現自我補充。按原料天然氣100 ×104m3/d、乙烷摩爾分數4%、收率50%計算，每天能回收2×104m3的乙烷(相對分子質量30.07)，合計為24.96 t(即34.6 kmol/h)，而廣安LNG裝置的乙烯消耗為20 t/月。這樣可實現裝置物料的自平衡，減少外購乙烯量，多余的乙烷還可銷售給乙烯廠作原料。由于采用該方法裝置改動較大，目前僅作可行性分析，但對新建類似裝置采取乙烷回收是值得重視和考慮的。

3 結 語

原料氣組分對LNG裝置的運行具有很大的影響，由于原料來源的多樣性，造成LNG裝置天然氣組分的變化普遍存在。該裝置原料天然氣組分變化的復雜性給裝置運行帶來的問題，具有一定的典型意義。

廣安LNG裝置在設計時并沒有對原料天然氣C6及以上組分進行分析，也未考慮脫重烴問題。即使項目建設后期增加了重烴分離器，也未能很好地應對低溫堵塞和高乙烷含量適應性問題。為避免類似問題再次出現，建議新建LNG裝置，并作好原料天然氣組分檢測以及組分變化的分析預測。

參考文獻

[1] 花亦懷.MRC液化工藝冷劑J-T閥失效原因及解決方案分析[J] .上海煤氣，2010(4)：6-8.

[2] 劉盛鵬.廣安LNG裝置冷箱積液處理[J].石油與天然氣化工，2013,42(2)：154-155.

[3] 顧安忠.液化天然氣技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.