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内蒙古石油化工 2008年第8期
天然气处理中丙烷制冷工艺的探讨
李 光,胡艳花,李长河,陈 刚
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(1.中原油田勘察设计研究院;2.中原油田天然气处理厂)
摘 要:通过研究丙烷一级制冷与二级制冷的差别,探讨丙烷制冷在天然气处理工业中的应用。
关键词:天然气处理;丙烷;制冷
随着科技的进步,社会的发展,石油作为一种不可再生的资源,储量日益减少。而天然气作为一种新兴的绿色能源,无论是勘探开发,还是应用,发展的如火如荼,日益广泛影响着人们的生活。
天然气的主要组分为CH4、C2H6、C3H8、C4H10、以及C5H12+,其中CH4是天然气中最主要组分,一般含量在85～95%之间,C2H6、C3H8等重组分含量在5～15%之间;CH4目前主要作为城市燃气使用,而C2H6、C3H8、C4H10等组分都是重要的有机化工原料,市场价格也远远高于CH4,如果不将该组分从天然气中分离出来,只能作为燃料气白白烧掉,造成资源浪费,因此天然气处理就是将C2H6、C3H8、C4H10等重组分从天然气中分离出来,以提高经济效益。
天然气处理通常采用低温分离工艺,尤其是分离C2H6、C3H8组分,一般采用膨胀制冷+辅助制冷取得较好的检修效果。4.2 应注意的问题
4.2.1 一体化状态检修是一种动态检修,其产生的效益是显著的,但是在具体实施中需要主管负责人承担一定的风险,需要各级设备管理人员付出更大的工作精力。
4.2.2 一体化检修模式的实施是以设备的状态监测为基础的,其理想情况是每台设备都装设在线监测装置,但是在投资有限的情况下,可以考虑选择环境相对较差、设备状况一般的有代表性的设备装设,以确保其经济性。
4.2.3 对人员素质要求较高,职工要能够对各类监测数据进行及时分析,要善于和能够适时发现问题。4.2.4 要结合企业实际,为检修、运行人员及企业减负,做好宣传和培训工作,为企业员工所接受且乐于执行。
的工艺,辅助制冷分为氨制冷与丙烷制冷两种方式。氨制冷适用于原料气冷却温度为-30℃以上工况,丙烷制冷适用于原料气冷却温度为-40℃以上工况,天然气处理工业丙烷制冷应用较为广泛,本文主要讨论丙烷制冷的工艺。
丙烷制冷工艺主要分为一级制冷与二级制冷两种工艺,两种工艺各具特点,适用情况也不相同,本文通过某天然气处理厂的丙烷制冷系统进行分析研究,探讨两种制冷工艺的区别。
该丙烷系统低温冷却温度为-38.25℃,冷却负荷为900KW,一级制冷与二级制冷系统工艺流程如下图所示。
丙烷压缩机一级制冷工艺流程如下所述,丙烷储罐内的丙烷经过节流,压力降至120KPa,温度降为-38.25℃,经换冷器换冷后,丙烷进入缓冲罐后,总之,一体化状态检修模式的发展和探索是无止尽的,随着电网企业的不断发展壮大,通过一体化状态检修模式这一有效载体,强化检修管理,持续改进,不断提高企业管理水平,为电力事业创造新的辉煌。
〔参考文献〕
[1] 陈三运,谭洪恩,江志刚编著.输变电设备的状
态检修.中国电力出版社,2004,(6).
[2] 李燕青,律主成,刘国平,陈世军,闫卫国.我国
电气设备状态检修的发展与实践.中国电力,2003,(2).
[3] 许婧,王晶,高峰,束洪春.电力设备状态检修技术研究综述.电网技术,2000,(8).
[4] 杜正旺.实施电网状态检修.电力自动化设备,
2000,(5).
2008年第8期 李光等 天然气处理中丙烷制冷工艺的探讨经丙烷压缩机增压至1800KPa,经空冷器冷却后,丙烷至丙烷储罐。
丙烷压缩机二级制冷工艺流程如下所示,丙烷储罐内的丙烷经过一级节流,压力降至630KPa,丙烷进入闪蒸罐,液相丙烷经过二级节流,压力降至120KPa,温度降为-38.25℃,经换冷器换冷后,丙烷进入缓冲罐后,经丙烷压缩机一级增压至630KPa,与闪蒸罐罐顶的气相丙烷汇合,经丙烷压缩机二级增压至1800KPa,经空冷器冷却后,丙烷
至丙烷储罐。
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经过对丙烷压缩模拟计算结果进行分析,二级制冷工艺的压缩机总负荷为613KW,远低于一级制冷工艺的压缩机负荷832KW,其原因如下所示:
丙烷换冷的原理主要是利用低温液相丙烷气化潜热作为冷源,液相丙烷在120KPa时,其饱和温度为-38.25℃,通过液相丙烷与热介质换冷,液相丙烷气化成气相,释放出气化潜热,降低被冷却介质的温度。在换冷过程中,液态丙烷气化发挥绝大部分作用,因此,节流后的液态丙烷气化率成为关键因素,气化率高,则液态丙烷含量低,丙烷中冷量低,反之,气化率低,则液态丙烷含量高,丙烷中的冷量高。一级制冷工艺,丙烷节流前后压力分别为1800KPa、120KPa,节流比为1800∶120=15∶1,节流后的气化率0.56;而二级制冷工艺分为两次节流,第一次丙烷节流前后压力分别为1800KPa、630KPa,节流比为1800∶630=20∶7,节流后的气化率0.33,第二次丙烷节流前后压力分别为630KPa、120KPa,节流比为630∶120=21∶4,节流后的气化率0.27,丙烷二级制冷工艺的综合气化率=(1-0.33)×(1-0.27)=0.49,低于一级压缩气化率0.56,因此丙烷二级制冷丙烷循环量低、丙烷压缩机功率较小。
二级丙烷制冷工艺将部分气态丙烷由630KPa增压至1800KPa,而一级丙烷制冷工艺将所有的气态丙烷压缩从120KPa增压至1800KPa,相比较,一级丙烷制冷工艺增大了压缩机的负荷。在二级丙烷制冷工艺中,从丙烷闪蒸罐罐顶出来的9.7℃气态丙烷可以作为原料气换冷的冷源,提高了能量的利用效率,降低了能耗,提高经济效益。
丙烷一级压缩工艺虽然压缩机功率较大,但是
丙烷压缩机一级制冷工艺流程
图
丙烷压缩机二级制冷工艺流程图
配套的附属设备较少,而且仪表控制较为简单,但是能耗较大。
丙烷二级压缩工艺压缩机功率较小,能耗低,但是配套的附属设施较多,仪表控制相对复杂,一次性投资相对较多。
综上所述,丙烷一级压缩工艺与丙烷二级压缩工艺各有特点,丙烷一级压缩工艺投资低,工艺简单适用于小型简单的天然气处理装置,而丙烷二级压缩工艺能耗低、效率高,适用于大型的天然气处理厂。
工艺流程模拟采用hysys软件模拟计算,计算结果如下表所示:
一级制冷工艺二级制冷工艺
压缩方式一级一级二级压缩机功率(KW)832300.4312.6出口压力(KPa)[1**********]丙烷循环量(kmol/h)400241361制冷负荷(KW)900900节流压力(KPa)120630120节流温度(℃)-38.259.7-38.25
内容
类 别
Abstract:Discussiontheapplicationonpropanerefrigerationinnaturalgastreatmentindustrythrough
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内蒙古石油化工 2008年第8期
天然气处理中丙烷制冷工艺的探讨
李 光,胡艳花,李长河,陈 刚
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(1.中原油田勘察设计研究院;2.中原油田天然气处理厂)
摘 要:通过研究丙烷一级制冷与二级制冷的差别,探讨丙烷制冷在天然气处理工业中的应用。
关键词:天然气处理;丙烷;制冷
随着科技的进步,社会的发展,石油作为一种不可再生的资源,储量日益减少。而天然气作为一种新兴的绿色能源,无论是勘探开发,还是应用,发展的如火如荼,日益广泛影响着人们的生活。
天然气的主要组分为CH4、C2H6、C3H8、C4H10、以及C5H12+,其中CH4是天然气中最主要组分,一般含量在85～95%之间,C2H6、C3H8等重组分含量在5～15%之间;CH4目前主要作为城市燃气使用,而C2H6、C3H8、C4H10等组分都是重要的有机化工原料,市场价格也远远高于CH4,如果不将该组分从天然气中分离出来,只能作为燃料气白白烧掉,造成资源浪费,因此天然气处理就是将C2H6、C3H8、C4H10等重组分从天然气中分离出来,以提高经济效益。
天然气处理通常采用低温分离工艺,尤其是分离C2H6、C3H8组分,一般采用膨胀制冷+辅助制冷取得较好的检修效果。4.2 应注意的问题
4.2.1 一体化状态检修是一种动态检修,其产生的效益是显著的,但是在具体实施中需要主管负责人承担一定的风险,需要各级设备管理人员付出更大的工作精力。
4.2.2 一体化检修模式的实施是以设备的状态监测为基础的,其理想情况是每台设备都装设在线监测装置,但是在投资有限的情况下,可以考虑选择环境相对较差、设备状况一般的有代表性的设备装设,以确保其经济性。
4.2.3 对人员素质要求较高,职工要能够对各类监测数据进行及时分析,要善于和能够适时发现问题。4.2.4 要结合企业实际,为检修、运行人员及企业减负,做好宣传和培训工作,为企业员工所接受且乐于执行。
的工艺,辅助制冷分为氨制冷与丙烷制冷两种方式。氨制冷适用于原料气冷却温度为-30℃以上工况,丙烷制冷适用于原料气冷却温度为-40℃以上工况,天然气处理工业丙烷制冷应用较为广泛,本文主要讨论丙烷制冷的工艺。
丙烷制冷工艺主要分为一级制冷与二级制冷两种工艺,两种工艺各具特点,适用情况也不相同,本文通过某天然气处理厂的丙烷制冷系统进行分析研究,探讨两种制冷工艺的区别。
该丙烷系统低温冷却温度为-38.25℃,冷却负荷为900KW,一级制冷与二级制冷系统工艺流程如下图所示。
丙烷压缩机一级制冷工艺流程如下所述,丙烷储罐内的丙烷经过节流,压力降至120KPa,温度降为-38.25℃,经换冷器换冷后,丙烷进入缓冲罐后,总之,一体化状态检修模式的发展和探索是无止尽的,随着电网企业的不断发展壮大,通过一体化状态检修模式这一有效载体,强化检修管理,持续改进,不断提高企业管理水平,为电力事业创造新的辉煌。
〔参考文献〕
[1] 陈三运,谭洪恩,江志刚编著.输变电设备的状
态检修.中国电力出版社,2004,(6).
[2] 李燕青,律主成,刘国平,陈世军,闫卫国.我国
电气设备状态检修的发展与实践.中国电力,2003,(2).
[3] 许婧,王晶,高峰,束洪春.电力设备状态检修技术研究综述.电网技术,2000,(8).
[4] 杜正旺.实施电网状态检修.电力自动化设备,
2000,(5).
2008年第8期 李光等 天然气处理中丙烷制冷工艺的探讨经丙烷压缩机增压至1800KPa,经空冷器冷却后,丙烷至丙烷储罐。
丙烷压缩机二级制冷工艺流程如下所示,丙烷储罐内的丙烷经过一级节流,压力降至630KPa,丙烷进入闪蒸罐,液相丙烷经过二级节流,压力降至120KPa,温度降为-38.25℃,经换冷器换冷后,丙烷进入缓冲罐后,经丙烷压缩机一级增压至630KPa,与闪蒸罐罐顶的气相丙烷汇合,经丙烷压缩机二级增压至1800KPa,经空冷器冷却后,丙烷
至丙烷储罐。
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经过对丙烷压缩模拟计算结果进行分析,二级制冷工艺的压缩机总负荷为613KW,远低于一级制冷工艺的压缩机负荷832KW,其原因如下所示:
丙烷换冷的原理主要是利用低温液相丙烷气化潜热作为冷源,液相丙烷在120KPa时,其饱和温度为-38.25℃,通过液相丙烷与热介质换冷,液相丙烷气化成气相,释放出气化潜热,降低被冷却介质的温度。在换冷过程中,液态丙烷气化发挥绝大部分作用,因此,节流后的液态丙烷气化率成为关键因素,气化率高,则液态丙烷含量低,丙烷中冷量低,反之,气化率低,则液态丙烷含量高,丙烷中的冷量高。一级制冷工艺,丙烷节流前后压力分别为1800KPa、120KPa,节流比为1800∶120=15∶1,节流后的气化率0.56;而二级制冷工艺分为两次节流,第一次丙烷节流前后压力分别为1800KPa、630KPa,节流比为1800∶630=20∶7,节流后的气化率0.33,第二次丙烷节流前后压力分别为630KPa、120KPa,节流比为630∶120=21∶4,节流后的气化率0.27,丙烷二级制冷工艺的综合气化率=(1-0.33)×(1-0.27)=0.49,低于一级压缩气化率0.56,因此丙烷二级制冷丙烷循环量低、丙烷压缩机功率较小。
二级丙烷制冷工艺将部分气态丙烷由630KPa增压至1800KPa,而一级丙烷制冷工艺将所有的气态丙烷压缩从120KPa增压至1800KPa,相比较,一级丙烷制冷工艺增大了压缩机的负荷。在二级丙烷制冷工艺中,从丙烷闪蒸罐罐顶出来的9.7℃气态丙烷可以作为原料气换冷的冷源,提高了能量的利用效率,降低了能耗,提高经济效益。
丙烷一级压缩工艺虽然压缩机功率较大,但是
丙烷压缩机一级制冷工艺流程
图
丙烷压缩机二级制冷工艺流程图
配套的附属设备较少,而且仪表控制较为简单,但是能耗较大。
丙烷二级压缩工艺压缩机功率较小,能耗低,但是配套的附属设施较多,仪表控制相对复杂,一次性投资相对较多。
综上所述,丙烷一级压缩工艺与丙烷二级压缩工艺各有特点,丙烷一级压缩工艺投资低,工艺简单适用于小型简单的天然气处理装置,而丙烷二级压缩工艺能耗低、效率高,适用于大型的天然气处理厂。
工艺流程模拟采用hysys软件模拟计算,计算结果如下表所示:
一级制冷工艺二级制冷工艺
压缩方式一级一级二级压缩机功率(KW)832300.4312.6出口压力(KPa)[1**********]丙烷循环量(kmol/h)400241361制冷负荷(KW)900900节流压力(KPa)120630120节流温度(℃)-38.259.7-38.25
内容
类 别
Abstract:Discussiontheapplicationonpropanerefrigerationinnaturalgastreatmentindustrythrough