丙烷制冷影响天然气处理工艺分析

丙烷制冷影响天然气处理工艺分析

吴熙，张晓君，沈滨

中国石油大港油田天然气公司、天津滨海新区300280

摘 要：针对丙烷制冷影响轻烃回收工艺的问题，对丙烷制冷工艺进行简单介绍，通过生产运行的方式，对丙烷制冷系统的影响进行现场生产作业分析，提供实际生产指导。通过本次研究可以发现，丙烷蒸发后的温度、冷却器后的温度以及经济器后的温度都会对压缩机运行过程中能耗产生重要影响，但是，丙烷蒸发后温度对于压缩机运行的能耗影响较为敏感，冷却器后温度对于压缩机运行的能耗影响最不敏感。

关键词：丙烷压缩机；循环水冷却器；丙烷制冷影响分析

所谓的丙烷制冷主要指的是将R290(丙烷)作为制冷剂，对天然气进行低温处理，通过热交换的基本原理，使得天然气在较低温度下进行脱水处理。丙烷制冷工艺的流程相对较为简单，能耗相对较低，可以满足天然气脱水的基本目的。但是在使用丙烷制冷工艺的过程中，多种温度因素会对其产生影响，最终影响压缩机的能耗，如果可以对丙烷制冷的影响进行分析，以此找出温度影响强弱的问题，则必然会给现场生产作业提供指导。

丙烷制冷工艺简介

在使用丙烷制冷工艺对天然气进行脱水处理的过程中，首先使用低温丙烷将天然气的温度降低，然后将低温状态下的天然气输送到分离器中，将天然气中的凝液脱离出来，然后将丙烷蒸发器中吸热后的丙烷挥发气进入口分离器输送到压缩机组内，对丙烷进行压缩，由于压缩做功产生热量，需输送到出口冷却器后，再进入丙烷储罐，此时丙烷将恢复到液态状态，通过经济器预冷后低温状态，再由调节阀来节流制冷输送到丙烷蒸发器低温液态丙烷，与高温天然气换热气化，这个相对较为简单的流程，即可实现天然气低温产生烃凝液处理以及丙烷的循环使用。通过对整个工艺进行分析后发现，压缩机是整个工艺过程中能耗设备，丙烷制冷工艺所需要的能耗主要由压缩机所决定，因此，进行丙烷制冷影响因素敏感性分析，就是进行整个过程中压缩机能耗的敏感性分析。

丙烷制冷影响分析

通过天然气的流量变化可以发现，天然气流量的逐渐增加，丙烷的消耗量以及压缩机的能耗都在逐渐升高，天然气流量对于丙烷消耗量以及压缩机能耗的影响十分明显，在使用丙烷制冷工艺的过程中，要根据自身的产能对丙烷的用量以及压缩机的数量进行准确的配备。

通过冷箱预冷后的温度可以发现，当增压端后冷器出口温度不同时，预冷后天然气的温度也必然会存在较大的差别，通过运行可以发现，当预冷后的温度升高时，丙烷的消耗量以及压缩机运行的能耗都会增加，且增加的趋势相对较为明显。目前使用丙烷制冷压缩机，是双螺杆式的压缩方式，而螺杆式的压缩机属于容积压缩机，是通过工作容积的减少来达到气体压缩的目的。一般来讲，当滑阀的开度增大时，吸气量会随之增大，反之会明显减小，因此，滑阀的开度是手动调节，不仅运行可靠且性能十分稳定。综合而言，在使用丙烷制冷工艺的过程中，操作员工及时调整滑阀的开度，控制提高天然气脱水处理之前的预冷效果，进而使得丙烷制冷工艺中丙烷的用量以及压缩机的能耗都可以得到一定程度的降低。

所谓的冷凝温度主要指的是水冷器出口位置处的问题，一般情况下，随着季节和环境温度的变化，冷凝温度也会出现一定程度的变化，对于丙烷制冷工艺系统而言，冷凝温度将会对系统的制冷水平产生严重的影响。通过对冷凝温度进行全面的分析后发现，随着冷凝温度的提升丙烷的消耗量以及压缩机的能耗都在持续升高。生产运行中出现水冷器效果差，冷凝温度达不到使用要求时，及时更换或化洗；综合而言，降低冷凝温度，有利于提高丙烷制冷系统的制冷能力，但是，冷凝温度也存在一定的极限值，当冷凝温度高于某一数值时，丙烷将会处于气态，此时会对节流制冷产生非常严重的影响。

在丙烷制冷工艺中，丙烷蒸发器也是非常重要的组成部分，制冷剂流过节流阀属于一个绝热的过程，节流阀的主要作用就是降低节流温度，同时对丙烷的流量进行有效的控制，因此，节流压力也会对制冷效果产生重要的影响，一般情况下，节流压力降低，则蒸发温度就会降低。通过分析发现，随着节流后压力的逐渐降低，压缩机所需要的能耗增加，这主要是因为在水冷器出口位置处温度不变的前提下，进入到蒸发器中的丙烷量是一定的，通过控制节流压力，可以对蒸发温度进行有效的控制，节流压力降低，压缩机的进气压力就会降低，压缩机前后压差就会增加，此时压缩机的能耗就会增加。尽管节流压力降低可以使得温度降低，进而满足降低天然气温度的要求，但是这并没有使得整个制冷系统的制冷量得到有效的提高。通过进一步深入研究发现，在压缩机出口位置处温度保持不变的前提下，随着节流压力的逐渐降低，丙烷制冷工艺中所需要的丙烷量也会逐渐增加。如果保持丙烷用量不变，所以节流压力的逐渐增加，所可以获取的温度也会逐渐降低，此时的制冷量不但不会增加，而且还会降低，这主要是因为制冷剂在经过节流以后，由于压力的降低，此时部分丙烷会变成饱和状态的蒸汽，制冷剂的流量就会逐渐降低，所以制冷量也会逐渐降低，由此可见，虽然蒸发温度会对制冷剂的用量产生重要的影响，但这并不是制冷剂用量的唯一影响因素。

通过生产实际分析，天然气的气量、循环水预冷温度、丙烷预冷后的温度以及丙烷蒸发后的温度等四大因素都会对丙烷制冷系统产生非常严重的影响，但是这四种因素影响的严重程度并不明确，所以需要对其进行敏感性分析，由于在整个丙烷制冷工艺中，压缩机是主要的耗能设备，丙烷蒸发后的温度对压缩机能耗的影响最为严重，丙烷预冷后的温度对于压缩机能耗的影响最为轻微。

结论

在本文中，对丙烷制冷工艺进行了简单介绍，然后通过现场工艺参数的方式，对丙烷制冷工艺中的影响进行分析，通过分析可以发现，天然气的气量、水冷器冷凝温度、丙烷预冷后的温度以及丙烷蒸发后的温度等四大因素都会对丙烷制冷系统产生非常严重的影响，其中，R290(丙烷)制冷剂蒸发后的温度因素对压缩机能耗的影响最为严重，预冷后的温度对于压缩机能耗的影响最为轻微。