热媒炉系统在天然气处理站的应用

2014年第43卷第4期子業加漱35Vol. 43 No.4 2014INDUSTRIAL HEATINGDOI: 10.3969/j. issn. 1002-1639.2014.04.011热媒炉系统在天然气处理站的应用周国英1，杨刚'，谢爽2(1.中国石油化工股份有限公司西北油 田分公司雅克拉采气厂，新疆库车842017;2.中国石油化工股份有限公司西北油 田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐830011)摘要:以某集气处理站为例，从设计的角度介绍了导热油加热系统在天然气处理工艺中的应用情况，描述了实际应用中出现的问题和在今后使用中应该注意的事项。关键词:热媒炉;导热油;双温位中图分类号: TE64文献标志码: A文章编号: 1002-1639 (2014) 04-005-03Application of HTM Furnace System to Natural Gas Treatment StationZHOU Guoying', YANG Gang', XIE Shuang2(1. Yakela Gas Production Plant Northwest Oilfeld Branch Company of SINOPEC, Kuqa 842017, China;2. Exploration and Development Instiutet Northwest Oilfield Branch Company of SINOPEC, Urumqi 830011, China )Abstract: Taking some gas collection station as an example, from the design point of the beat conducting oil heating system in the naturalgas treatment aplication process, described the problems in practical application and the use of matters sbould be paid atention to in the future.Key words: heat medium heater; beat transfer oil; double temperature某集气处理站于2005年11月建成投产，装置供据油气处理场站中多个热用户的用热参数对热源进行热采用了两台4000kW热媒炉，投用以来，系统具有梯级利用的一种供热方式"。根据表I中的介质温度,自动化程度高、热效率高、环境污染低、安全系数高、将再生气加热器、液化气塔底重沸器、凝析油稳定塔运行费用低等特点，较好满足了油、气、水对不同温重沸器划为高温位用户，其余用热装置为中温位用度的需求，确保了该站天然气处理装置高效平稳运行。户。导热油经热媒炉加热至278 C, -部分直接供给高温用户，另-部分与从中温用户返回的导热油进行1装置及供热流程简介混合(175 °C)后供给中温用户。天然气处理流程包含天然气脱水脱汞、轻烃回2导热油加热 系统设计收、原油稳定、污水处理等多项工艺,其主要用热设备温度及热负荷参数如表1所示。2.1 系统组成表1 主要用热设备温度及热负荷集气处理站热媒炉系统主要由注油、加热循环、用热装置介质温度/C热负荷 /kW燃烧、氮气保护及自动控制5个子系统组成，系统组再生气加热器230200成及工艺流程如图1所示。凝析油稳定塔底重沸器1251 100液化气塔底重沸器145700膨胀罐)分离器高温用户返回脱乙烷塔底重沸器71 380r[热媒炉]L锅中温用户返回膨胀机密封气加热器590嗥p清水换热器(建筑物采暖用热)2102去中温用户其他用热40~8045注油泵热媒炉一4票E9中温导热油循环泵由于各装置用热温度及负荷差异较大，为了满足去高温用户(储油罐)各装置对用热温度及热负荷的不同需求，集气处理站采用了双温位法进行供热。所谓双温位供热，就是根图1热媒炉系统组 成及工艺流程图注油系统主要由注油泵、过滤器及管线组成，其收稿日期: 2014-01-14作者简介:周国英(1980- -), 男，本科,工程师，主要从事天功能是当第一次启用或系统导热油不足时，通过注油然气处理和采油气井管理工作.泵将导热油输送至膨胀罐内经过热油循环泵加入循环系统。362014年第43卷第4期INDUSTRIAL HEATINGVol. 43 No.4 2014加热循环系统由热媒炉、膨胀罐、热媒循环泵、式中: Vk为膨胀罐容积，m'; AV; 为高温位系统热换热器组成，其功能是导热油被热媒炉加热后经过管油膨胀量， m3 ; AV_ 为中温位系统热油膨胀量, m’。网到达各换热器，在换热器中导热油与原油、水进行3应用中出现的问题热量交换，再经热媒循环泵加压后进人热媒炉再次加热，为外界不断提供热量。热媒炉系统是整个处理站的供热核心，天然气外燃烧系统主要由燃烧器、调压阀、风机、供气管输的烃水露点、凝析油外输的饱和蒸气压以及液化气网、供风管网组成，其功能是燃气经调压阀减压后与的生产全部依赖于导热油系统的正常运行。2006年助燃风机提供的空气以一.定的空燃比进人燃烧器燃人冬以来，环境温度逐渐低于-20 C,热媒炉频繁出烧，为导热油提供热量。现故障停机，严重影响了天然气处理装置的平稳运氮气保护系统包括氮气储罐及附属自控系统，用行。停机时热媒炉无报瞥显示，然而重新启动时，程于热媒膨胀罐氮气覆盖，防止热媒接触空气氧化。同控器每次转到“检测风压”位置时就停止运行，并出时，当炉膛出现介质泄漏着火后，氮气系统自动向炉现“燃机故障”报警。风压开关在电路中接人的是常膛喷射氮气起到灭火作用。开触点，达到设定压力后触点就会闭合。风压开关经自动控制系统由电器控制柜、检测传感仪表组检查启闭正常，风机也无问题，但实际上风机运转后成，其功能是对导热油进出炉温度、排烟温度、热负程控器却总收不到风压开关闭合信号。在调整风门角荷等热媒炉运行情况及故障进行检测，并自动调整火度时，偶然间发现风广]后面的滤网上凝结了一-层细密焰大小，使热媒炉在正常工况下运行。的冰霜，几乎完全堵住了风道。经过清理，故障即刻2.2主要 设备设计选型被排除。风机入口安装滤网的作用是防止杂物吸进炉1)热媒炉热负荷的确定腔，由于新疆冬季天气寒冷，结霜后风道容易被堵热媒炉热负荷的确定要根据工艺用热，采用式塞，为防止再次停机，要求岗位人员定时清理滤网上(1)进行计算四。的冰霜，此后，此类停机现象再未出现过。Q=1.22(Qu +Q)(1)2009 年10月装置检修后开机不久，热媒炉频繁式中: Qp 为热媒炉额定负荷，kW ; Qu 为高温位用出现故障停机，报警显示导热油压差过大，与此同.热负荷，kW ; Qr 为中温位用热负荷，kW。时，循环泵出口压力波动剧烈，根据经验，出现这种2)导热油循环泵的选择现象往往是因为导热油系统含气,仪表检测到热媒炉导热油循环泵的主要参数，一般由热媒炉厂家在进出口压差过大就会引发控制系统自动保护停机。系资料中推荐，为防止炉中导热油过热和积碳，辐射受统内出现气体，怀疑可能来自导热油的高温裂解或检热管内热载体的流速应不低于2.0 m/s，对流受热管修时混人的氮气，经组分化验，氮气含量较高,基本内热载体的流速应不低于1.5 m/s。如载热炉没有规证实了之前的猜测，于是采取高点排气的方法对导热定流量，系统设计时可根据载热炉额定热功率，取较油进行脱气，然而重新开机不到12 h,同样的故障再理想的载热体导热的进出误差△T=15~25 °C，由式次出现，经反复多次间断排气，气体始终源源不断产(2)来计算循环量凹。生。对脱出的气体再次进行化验，报告显示甲烷和乙v=_ 860W。(2烷总含量超过了90%，很明显，导热油系统窜人了天3600c AT然气。对各装置换热器分段进行验漏，发现膨胀机密式中: V为循环量, m/h; W为热功率，kW; c为导封气加热器壳程导热油压力持续升高，拆卸后在换热热油比热容，kJ/(kg. "C)(在操作状态下)。器固定板端面的管束焊缝上发现了裂纹。对开裂原因3)膨胀罐的选择分析如下:密封气加热器采用的是固定管板式换热膨胀罐在整个系统中起到吸收导热油受热膨胀器，这种换热器管束两端是被直接焊接在固定管板上量、补充添加导热油、排除系统中气体、保持泵人口的，热胀冷缩的调节能力差。密封气加热器一相物流处一定压力和紧急停炉时置换炉内热油的作用，是导热来自低温分离器的天然气，它从40C直接被加热至油炉系统中的重要安全装置。其容积的确定，与整个50C供给膨胀机润滑油密封系统使用，另一相物流供热系统的容油量有关。膨胀罐容积不小于系统内导是中温导热油。停产期修间密封气流程被切断,膨胀热油在工作温度下因受热膨胀而增加容积的1.3倍,机开机前换热器处于高温状态，而开机时由于密封气故膨胀罐容积选择可采用式(3)进行计算。流量开启过大，造成换热器急剧降温，管束降温收缩VR≥1.3(OVH+V)(3)产生的应力造成焊缝开裂。为防止此类现象再次发生，2014年第43卷第4期加热37Vol.43 No. 42014INDUSTRIAL HEATING目前已将密封气加热器更换成了浮头式换热器。(6)导热油是可燃性有机物，具有着火和爆炸的4热媒炉系统在使用中应该注意的事项潜在危险，必须严格防止高温导热油泄露。高温导热油泄露进人管线保温层后，如果发现不及时会逐渐氧(1)严格按程序对系统进行脱水排气。水分对导化并产生低自燃点组分，导致自燃。热油来说是一种污染，每-种新导热油都或多或少的5结语存在- -些水分，新导热油的水分质量分数-般控制在300x10*以下，不会影响系统的正常运行。如果水分热媒炉系统在某集气处理站的应用情况表明，它含量过高，会引起循环泵气蚀，系统压力上升,导致克服了锅炉、加热炉等传统加热方法的不足，采用双不必要的排放。因此“脱水操作”十分关键，“脱水操温位或多温位导热油系统既可减少多热源的不安全因作”- -般是通过高位膨胀罐进行，操作时首先使导热素，又可以降低生产运行成本。随着天然气市场的油循环到系统所有部位，然后逐步升温至100C;当不断扩大，在天然气净化处理工艺中，选择适合的加导热油温度升至100 C时，维持此温度循环2~3h ,热方式，无论是经济效益还是社会效益都是巨大的，以脱除系统中可能残存的水。系统流量压力稳定后,对保障天然气处理站安全、平稳、高效、节能运行都排气也就基本结束。有着非常积极的作用。天然气处理站供热系统采用热(2)保证导热油流速。任何一-种导热油不管它的媒炉主要优点表现在:耐热性能有多好，都有较严格的允许使用温度，- - 旦(1)热媒炉系统操作简单，日常维护工作量小，超过这个温度，就会加剧导热油的热分解和缩聚。因自动化程度高,操作人员的劳动强度低。此在使用中要保证热媒炉炉管中导热油流速在2 m/s，(2)热媒炉系统温度和压力控制系统、检测系统、以上，这样既强化了传热，也保证了炉管内壁的油膜保护系统完善，运行安全。温度不超过导热油生产厂提供的最高允许温度。(3)热媒炉系统运行能耗小，费用低,热效率高,(3)防止运行中突然断电。炉膛温度一般在经济效益好。800~900 C,在这种超高温情况下，- -旦突然停电,(4)热媒炉系统故障较少，且容易排除，方便员循环泵停转，导热油在炉膛盘管内极容易发生结焦。工操作。因此，根据实际情况，最好采用UPS为循环泵供电,参考文献:这样能有效防止意外停电对热媒系统产生影响。[1]杜茂敏.导热油供热系统在油田生产中的应用前景([].石油(4)要经常维护导热油加热系统的监测仪表，尤和化工节能，2006(6); 13-14.其是热媒炉出口测温仪表和测温元件，对其进行周期[2]方 强.热媒炉运行工况剖析[J].聚酯工业，1998， 11(4):57-60.标定，使其测温灵敏，显示标准，保证导热油的使用[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标温度一直在允许范围内。准化管理委员会. GB/T 17410- -2008 有机热载体炉[S]北(5)定期对导热油取样化验，分析热媒黏度、闪京:中国标准出版社，2008.点、残炭值、酸值指标是否符合要求叫，必要时更新[4]张朝晖.热媒炉导热油使用状况分析[J]油气储运，1998，或再生导热油，保证系统换热性能良好。18(); 35-36.