空气压缩置换设备的功能探究与分析

　　在现代经济高速发展的今天，环保要求越来越高，天然气、液化气作为清洁能源日益受到重视和应用。

　　在天然气预处理的过程中，采用深冷处理方式，可得到商品天然气、液化气、稳定轻烃这些产品。采用深冷处理方式要求脱水后的气体含水量必须小于1×10 - 6（w），一般采用分子筛脱水，常用的有两塔或三塔循环脱水工艺。中石油新疆油田公司共有三套伴生气深冷处理装置，其中采油二厂、百口泉采油厂采用两塔循环脱水工艺；石西油田作业区采用三塔循环脱水工艺。

　　根据北疆气候条件，在石西油田作业区三塔循环脱水工艺基础上，设计了新型分子筛循环换热节能脱水工艺，该工艺应用换热器，充分利用冷吹出口气体和再生出口气体的热量，从而达到了高效节能的目的。

　　1三种脱水工艺流程简介1. 1分子筛两塔循环脱水工艺采油二厂天然气站深冷处理装置采用分子筛两塔循环脱水工艺。

　　从压缩机出口经空冷、分离后的天然气进分子筛塔A吸附脱水8 h；脱水后的气体经粉尘过滤器除去粉尘，一部分去膨胀机深冷装置区或外输，另一部分天然气进加热炉加热，进分子筛塔B再生4 h；关闭加热炉主火嘴，这部分天然气经加热炉旁通管线进分子筛塔B冷吹4 h；冷吹出口及再生出口的气体均经水-气换热器进行冷却，并经再生气分离器分离后进入压缩机二级进口或去低压管网。两塔切换时，分子筛塔A进行泄压，分子筛塔B进行充压，待压力平衡后，分子筛塔B吸附脱水8 h，分子筛塔A再生4 h，冷吹4 h.两塔循环脱水。

　　1. 2分子筛三塔循环脱水工艺石西油田作业区天然气深冷处理装置采用的是分子筛三塔循环脱水工艺，工艺流程。

　　在分子筛三塔循环脱水工艺中，吸附、再生、冷吹三个过程同时进行，周期均为4 h.假设A塔吸附、B塔再生、C塔冷吹。压缩机二级出口空冷后的气体与再生气分离器出口气体汇合，进入水分分离器、过滤式分离器脱去重质烃及水，进入A塔吸附，吸附塔出口气体一部分进入再生气压缩机加压后，进入C塔冷吹，冷吹出口的气体进入加热炉加热，进入B塔再生，再生出口气体经空冷器、再生气分离器后脱去烃及水，并与压缩机二级出口空冷后的气体汇合。当A塔吸附、B塔再生、C塔冷吹结束，三塔进行切换， A塔再生，B塔冷吹， C塔吸附。再经过4 h后，进行切换， A塔开始冷吹，B塔开始吸附， C塔开始再生。

　　1. 3改进后的分子筛循环换热节能脱水工艺在石西油田作业区深冷装置分子筛三塔循环脱水工艺的基础上，主要做了如下改进：①在水分分离器和过滤式分离器之间增加一个换热器，水分分离器出口气体经换热后进入过滤式分离器，换热介质为水或外输天然气；②在冷吹出口气体和再生出口气体之间增加一个换热器和一个TV - 01温控调节阀；③再生气压缩机进口气体来源由吸附塔出口改为粉尘过滤器出口。改进后的工艺流程如所示。

　　当三塔切换后，冷吹塔出口气体温度比再生塔出口气体温度高，此时TV - 01调节阀全开，冷吹塔出口气体直接进加热炉加热；随后，冷吹塔出口气体温度逐渐降低，再生塔出口气体温度逐渐升高，经过一段时间后，当冷吹塔出口气体温度比再生塔出口气体温度低时， TV - 01调节阀全关，冷吹塔出口气体进入换热器与再生塔出口气体进行换热，充分利用再生塔出口气体的热能。

　　2计算实例2. 1三塔循环脱水工艺与两塔脱水工艺的比较计算2. 1. 1计算基础数据石西天然气处理站共有两套50×10 4 m 3处理装置，每套有三台压缩机。2005年12月26日1

　　厂有三台压缩机运行，排气量49×10 4 m 3； 2厂有三台压缩机运行，排气量51×10 4 m 3。两套装置运行平稳，工况正常。三塔循环脱水工艺充分利用再生后塔本身的热量再生另一个塔。如对B塔进行冷吹，带走B塔的热量，气体本身被加热，再经盐浴炉加热后去再生C塔，达到节能的目的。石西天然气处理站DCS系统对吸附、冷吹、再生三个塔进出口的温度作了T - t曲线，冷吹塔进口、再生塔进口气体温度基本恒定，保持在54℃左右，冷吹塔出口气体温度随时间不断变化。下面分别是压缩机排气量在49×10 4 m 3 /d和51×10 4 m 3 /d工况下冷吹塔出口温度随时间变化的曲线图。

　　注释1：TA为冷吹进口气体温度， 54℃； TB为冷吹出口气体温度， 290℃～65℃； TC为再生进口气体温度，300℃；工作周期为240 m in。12月26日9： 30化验，吸附脱水后的天然气组分。

　　2. 1. 2理论计算根据吸附脱水后的天然气组分、、，查得气体各种组分在一定压力、不同温度下的焓值，进行综合计算，得到H TA1、H TA2、H TB1、H TB2、H TC1、H TC2。

　　利用冷吹出口气体代替吸附出口气体进加热炉能够节省能量：∑（H TB1 - H TA1） /∑（H TC1 - H TA1） =32%；∑（H TB2 - H TA2） /∑（H TC2 - H TA2） =33%.

　　2. 1. 3实践证明当三塔接近切换时，冷吹出口气体温度接近吸附出口气体温度，盐浴炉燃气量*大，平均燃气量比此时的瞬时燃气量少30%～32%.综上所述，石西油田作业区天然气深冷处理装置分子筛三塔循环脱水工艺比两塔循环脱水工艺节能30%～33%.

　　2. 2分子筛循环换热节能脱水工艺与两塔脱水工艺的比较2. 2. 1计算基础数据石西天然气处理站DCS系统对吸附、冷吹、再生三个干燥塔进出口的温度做了历史曲线。吸附塔出口气体温度、再生塔进口气体温度基本恒定，保持在54℃左右，冷吹、再生出口气体温度随时间不断变化。

　　下面是压缩机排气量在49×10 4 m 3 /d和51×10 4 m 3 /d工况下冷吹出口、再生出口气体温度随时间变化图。注释2： TA、TB、TC同注释1； TD为再生出口气体温度；工作周期为240min。

　　2. 2. 2理论计算分子筛循环换热节能脱水工艺充分利用冷吹出口和再生出口气体的热量，达到节能的目的。当三塔切换75 min时，冷吹出口气体温度-时间曲线TB和再生出口气体温度-时间曲线TD相交。

　　根据吸附后的天然气组分，查得气体各种组分在一定压力、不同温度下的焓值，进行综合计算，得到H TA1、H TA2、H TB1（0～75 min）、H TB2（0～75 min）、H TC1、H TC2、H TD1（75～240 min）、H TD2（75～240 min）。

　　∑（H TB1 - H TA1） /∑（H TC1 - H TA1） =24%；∑（H TB2 - H TA2） /∑（H TC2 - H TA2） =25%.∑（H TD1 - H TA1） /∑（H TC1 - H TA1） =50%；∑（H TD2 - H TA2） / （H TC2 - H TA2） =50%.换热器一般的换热效率为70%～80% ，24% +50%×（70%～80% ） =59%～64%；25% +50%×（70%～80% ） =60%～65%.故分子筛循环换热节能脱水工艺比两塔循环脱水工艺节能59%～65%.

　　3结论与建议天然气深冷处理装置分子筛循环换热节能脱水工艺主要有四方面的优点：（1）分子筛循环换热节能脱水工艺比两塔循环脱水工艺节约59%～65%的能量，值得推广使用。

　　（2）夏季，压缩机二级出口空冷后的气体与再生气分离器出口气体温度高达55℃～65℃，含水量高，增加一个换热器，降低吸附塔进口气体的温度，使天然气的含水量降低，减少再生及冷吹气量，减少盐浴炉的热负荷。在水源充足的地方，可采用水换热；在水源缺乏的地方，如沙漠、戈壁滩，可用外输天然气换热，石西天然气处理站外输天然气夏季为20℃，冬季为5℃，并且在冬季可减少空冷器的使用，降低电能消耗，提高外输天然气温度。

　　（3）再生气压缩机进口气体来源由吸附塔出口改为粉尘过滤器出口，减少冷吹进口气体管线的粉尘量，降低再生气压缩机由于粉尘引起的损坏。

　　（4）加热天然气采用盐浴炉，盐浴炉里的盐是亚硝酸钠盐和亚硝酸钾盐的混合物，有固定的熔点，约150℃～160℃，熔点低，沸点较高。在330℃～370℃范围内为液态，传热均匀，传热效果好。