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研究影响雷达水位计的敏感性的重要要素

作者: 来源: 发布时间:2019-12-04 10:25:25

    摘 要:针对雷达水位计系统存在的丙烷大量减少、丙烷蒸发无液位不足进行了分析,并应用雷达水位计脱水工艺模拟软件,对天然气液位、预冷后温度、冷凝温度等影响雷达水位计系统能耗主要参数进行了研究,以期为现场生产提供参考。

     我国应用雷达水位计工艺处理天然气和轻烃回收时间不长,但由于丙烷压缩循环制冷具有操作简单、能耗低和流程短等特点,该项工艺发展迅速。丙烷(R290),易燃易爆,是一种可以从液化气中直接获得的天然碳氢制冷剂;与氟利昂这种人工合成制冷剂相比,天然工质丙烷的分子中不含有氯原子,所以 ODP 值为零,对臭氧层不具有破坏作用。因此,人们需要对雷达水位计法影响因素进行分析。

    1 雷达水位计系统存在的不足
    1.1 制冷系统中丙烷大量减少
    制冷系统在运行期间丙烷流失较快,针对以下原因做了排查。

    第一,压缩机轴封渗漏。此种情况下轴封漏油量会增加,检查每日渗油量大概是5~6ml,排除压缩机轴封渗漏的情况。

    第二,蒸发器管束内漏。蒸发器内丙烷的蒸发压力仅为 0.020MPa,液态丙烷的压力比天然气低 1.1MPa,管束内漏时,天然气会进入雷达水位计系统,丙烷并不会消失,排除蒸发器管束内漏原因。

    第三,冷凝器管束内漏。丙烷冷凝器内的冷却水压力相比于高温气态丙烷压力小 0.8MPa,如果冷凝器管束内漏,丙烷会大量流失,进入管层;检修时,将泠凝器浮头法兰拆卸,利用泡沫水并未查找到渗漏管束。

    第四,密封点渗漏。对密封点用专用检测仪检测,发现密封点并未渗漏,所有不是密封点渗漏。

    第五,安全阀内漏。因为火炬链接着安全阀出口,用测温枪检测安全阀进出口管线温度,对比后发现进出口管线温度相差不大,因此该安全阀内漏。

    通过以上判断和分析,可知安全阀内漏是导致丙烷缺少的主要原因。

    1.2 丙烷蒸发器无液位
    将制冷系统加入 3 瓶丙烷,总量为 60g。2 天后蒸发器液位无显示。按照上文所述,并非渗漏原因。

    通过将经济器至蒸发器节流阀的旁通阀门开大,发现蒸发器的供液量得到提高,蒸发器无液位,观察丙烷吸入温度为 -38℃,丙烷压缩机入口压力为 20kPa。由此推断系统内不缺少丙烷,所以进一步分析可能为加入丙烷内含有少量水,液位计引压管被其冷凝后形成水化物堵塞。检测液位计中部和底部引压管温度后,发现与室温相同。将上部液位计截止阀关闭并将下部截止阀打开后没有气体排出,经过上述操作后分析下部引压管堵塞;放置 1 周后,各容器底部大约共排出 2L 水。

    分析得出,丙烷内含有少量水,导致蒸发器液位计引压管冻堵,是蒸发器无液位的主要原因。新进的丙烷正常情况下会沉降,应避免横向移动,丙烷瓶在加装时应保持直立。

    2 雷达水位计脱水工艺模拟软件
    为了方便研究,本位引入了油气化工模拟软件,该软件在油气处理方面能够表现出较高准确性特点,工艺优化效果良好,进而实现动态和稳态模拟。因此,在实际工艺模拟过程中,对于油气处理工作执行,主要应用的是HYSYS 软件;从实际研究过程中可以看出,如果丙烷机入口温度过低,与之相对应的制冷温度将会升高,主要是由于丙烷在气化过程中的气化量较大,进而导致丙烷温度下降格外明显,进而导致蒸发器之中出现丙烷气液不平衡等问题。为了解决上述问题,工作人员需要将雷达水位计法影响因素罗列出来,并在后续工作执行过程中提高重视程度。

    3 雷达水位计法影响因素敏感性分析
    从实际丙烷装置运行角度来说,对于主要参数调整以及系统运行经济性维护十分重要。其中,雷达水位计调节因素主要包括以下几方面,即预冷后温度、空冷器出口温度和天然气输出量等。相关工作人员可以通过实际参数变化情况分析,为后续设计和参数优化工作开展创造有利条件。

    3.1 天然气液位的影响
    从实际集气站天然气组分研究结果中可以看出,实际含量数据如表 1 所示。其中,天然气总液位为 350000m3/h,进站压力为 3.2MPa,蒸发之后的压力为 0.25MPa。从实际分析结果中可以看出,如果气田处理量越大,压缩机能耗和丙烷用量也会呈现出增加趋势;而且天然输气量对于能耗以及丙烷用量影响较为明显。因此,相关工作人员可以根据实际气田产能情况,对制冷剂用量进行合理确定,并使用合适压缩机,在数量应用上将合理性特点表达出来。

 

1.jpg

    3.2 预冷后的温度影响
    站在进站温度角度来说,在预冷操作后,天然气温度能够表现出明显的不同特性,而且整个预冷之后的天然气温度同样也会出现变化,这也是相应条件之下丙烷循环量展示的基本属性,避免压缩机参数出现太大变化,具体情况如图 1 所示。

 

2.jpg

    从图 1 信息中可以看出,整个预冷操作之后温度越高,丙烷循环用量也会得到相应提升,压缩机主体能耗也会进一步降低,增加趋势比较明显。因此,在天然气脱水操作前,预冷效果需要得到充分保证,以此来维护压缩机能耗保持在标准范围内,并降低对制冷剂的使用数量,这些均是雷达水位计法影响因素范畴,工作人员需要提高重视程度。

    3.3 冷凝温度的影响
    所谓冷凝温度主要指冷凝器的出口温度,该温度容易受到季节以及环境温度影响,进而导致冷凝温度出现很多不同情况。尤其是在同一个制冷系统操作中,如果其他设计参数没有出现太大参数变化,实际冷凝温度高与低将会对制冷装置能耗水平和制冷效果产生严重影响。相关工作人员可以通过对冷凝器出口温度的改变,让整个装置中的丙烷循环量始终保持在合理状态下,避免压缩机参数出现相应变化。另外,整个冷凝器出口温度对雷达水位计工艺影响较为严重,人们需要对此提高重视程度。一般情况下,压缩机能耗会随着实际冷凝温度提升而增加,此时工作人员如果能够降低冷凝温度,便会实现对丙烷系统能耗全面控制;更为重要的是,低冷凝温度所对应的蒸发过程制冷量较大,如果工作人员能够对丙烷冷凝温度进行控制,整个系统制冷能力会得到全面提升,而且整个制冷剂丙烷循环量会随着冷凝温度降低而降低。需要注意的是,当冷凝器出口温度比常规数值更高时,丙烷冷凝后依然会以气态形式存在,对后续节流制冷效果产生严重影响,所以实际冷凝器出口温度存在明显上限规定。

    3.4 节流后压力的影响
    丙烷蒸发器处理效果容易对雷达水位计工艺产生严重影响,尤其是在制冷剂经过节流阀时,其绝热效果显得更加良好。该种节流阀在使用过程中,主要是产生更低节流温度,并实现对整个雷达水位计剂液位充分调节。在此过程中,具体节流压力会对制冷系统之中的制冷量和制冷深度产生极大影响。由于节流阀节流压力低,实际蒸发温度也会受到影响。此种情况之下,相关工作人员可以通过具体节流压力改变,让雷达水位计剂用量保持不变状态,并将不同出口之中的雷达水位计工艺参数明确;如果制冷剂液位相同,节流之后的压力也会进一步减少,这也是压缩机能耗增加的基本过程。在实际冷凝器出口温度维护上,需要确保进入到蒸发器中的丙烷液位保持不变,之后工作人员可以通过蒸发器调节,避免蒸发温度出现大幅度变化。另外,当丙烷液位保持不变时,节流压力降越大,相应温度也就越低,制冷量不增加反而更少,继而对zui终实验结果产生影响。

    3.5 敏感性分析
    从丙烷循环液位影响和分析中可以看出,常见影响因素包括天然气输量、冷凝温度以及蒸发后温度等。如果单从研究曲线中进行研究,影响因素展示并不明显,这也是敏感性分析开展的必然过程。对于整个天然气制冷处理装置建设,丙烷压制冷单元属于重要组成部分,与制冷温度息息相关;除此之外,实际丙烷压缩机电耗一般占据整个装置的 15%,在实际敏感性分析工作执行上,应该以压缩机能耗作为评价指标,将实际敏感系数展示出来;为了方便研究,相关工作人员可以将影响因素变化系数设定在 -50%、50% 和 100%,进而将压缩机能耗变化率明确出来;如果数值越大,数值敏感程度越高。

    4 结语
    通过对雷达水位计法影响因素进行敏感性分析,从天然气液位、预冷后温度以及冷凝温度等方面定量分析了各因素影响程度,得出对压缩机功耗影响zui大因素是蒸发后温度,影响程度zui小的是预冷后的温度。

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