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研究影響雷達水位計的敏感性的重要要素

作者: 來源: 發布時間:2019-12-04 10:25:25

    摘 要:針對雷達水位計系統存在的丙烷大量減少、丙烷蒸發無液位不足進行了分析,并應用雷達水位計脫水工藝模擬軟件,對天然氣液位、預冷后溫度、冷凝溫度等影響雷達水位計系統能耗主要參數進行了研究,以期為現場生產提供參考。

     我國應用雷達水位計工藝處理天然氣和輕烴回收時間不長,但由于丙烷壓縮循環制冷具有操作簡單、能耗低和流程短等特點,該項工藝發展迅速。丙烷(R290),易燃易爆,是一種可以從液化氣中直接獲得的天然碳氫制冷劑;與氟利昂這種人工合成制冷劑相比,天然工質丙烷的分子中不含有氯原子,所以 ODP 值為零,對臭氧層不具有破壞作用。因此,人們需要對雷達水位計法影響因素進行分析。

    1 雷達水位計系統存在的不足
    1.1 制冷系統中丙烷大量減少
    制冷系統在運行期間丙烷流失較快,針對以下原因做了排查。

    第一,壓縮機軸封滲漏。此種情況下軸封漏油量會增加,檢查每日滲油量大概是5~6ml,排除壓縮機軸封滲漏的情況。

    第二,蒸發器管束內漏。蒸發器內丙烷的蒸發壓力僅為 0.020MPa,液態丙烷的壓力比天然氣低 1.1MPa,管束內漏時,天然氣會進入雷達水位計系統,丙烷并不會消失,排除蒸發器管束內漏原因。

    第三,冷凝器管束內漏。丙烷冷凝器內的冷卻水壓力相比于高溫氣態丙烷壓力小 0.8MPa,如果冷凝器管束內漏,丙烷會大量流失,進入管層;檢修時,將泠凝器浮頭法蘭拆卸,利用泡沫水并未查找到滲漏管束。

    第四,密封點滲漏。對密封點用專用檢測儀檢測,發現密封點并未滲漏,所有不是密封點滲漏。

    第五,安全閥內漏。因為火炬鏈接著安全閥出口,用測溫槍檢測安全閥進出口管線溫度,對比后發現進出口管線溫度相差不大,因此該安全閥內漏。

    通過以上判斷和分析,可知安全閥內漏是導致丙烷缺少的主要原因。

    1.2 丙烷蒸發器無液位
    將制冷系統加入 3 瓶丙烷,總量為 60g。2 天后蒸發器液位無顯示。按照上文所述,并非滲漏原因。

    通過將經濟器至蒸發器節流閥的旁通閥門開大,發現蒸發器的供液量得到提高,蒸發器無液位,觀察丙烷吸入溫度為 -38℃,丙烷壓縮機入口壓力為 20kPa。由此推斷系統內不缺少丙烷,所以進一步分析可能為加入丙烷內含有少量水,液位計引壓管被其冷凝后形成水化物堵塞。檢測液位計中部和底部引壓管溫度后,發現與室溫相同。將上部液位計截止閥關閉并將下部截止閥打開后沒有氣體排出,經過上述操作后分析下部引壓管堵塞;放置 1 周后,各容器底部大約共排出 2L 水。

    分析得出,丙烷內含有少量水,導致蒸發器液位計引壓管凍堵,是蒸發器無液位的主要原因。新進的丙烷正常情況下會沉降,應避免橫向移動,丙烷瓶在加裝時應保持直立。

    2 雷達水位計脫水工藝模擬軟件
    為了方便研究,本位引入了油氣化工模擬軟件,該軟件在油氣處理方面能夠表現出較高準確性特點,工藝優化效果良好,進而實現動態和穩態模擬。因此,在實際工藝模擬過程中,對于油氣處理工作執行,主要應用的是HYSYS 軟件;從實際研究過程中可以看出,如果丙烷機入口溫度過低,與之相對應的制冷溫度將會升高,主要是由于丙烷在氣化過程中的氣化量較大,進而導致丙烷溫度下降格外明顯,進而導致蒸發器之中出現丙烷氣液不平衡等問題。為了解決上述問題,工作人員需要將雷達水位計法影響因素羅列出來,并在后續工作執行過程中提高重視程度。

    3 雷達水位計法影響因素敏感性分析
    從實際丙烷裝置運行角度來說,對于主要參數調整以及系統運行經濟性維護十分重要。其中,雷達水位計調節因素主要包括以下幾方面,即預冷后溫度、空冷器出口溫度和天然氣輸出量等。相關工作人員可以通過實際參數變化情況分析,為后續設計和參數優化工作開展創造有利條件。

    3.1 天然氣液位的影響
    從實際集氣站天然氣組分研究結果中可以看出,實際含量數據如表 1 所示。其中,天然氣總液位為 350000m3/h,進站壓力為 3.2MPa,蒸發之后的壓力為 0.25MPa。從實際分析結果中可以看出,如果氣田處理量越大,壓縮機能耗和丙烷用量也會呈現出增加趨勢;而且天然輸氣量對于能耗以及丙烷用量影響較為明顯。因此,相關工作人員可以根據實際氣田產能情況,對制冷劑用量進行合理確定,并使用合適壓縮機,在數量應用上將合理性特點表達出來。

 

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    3.2 預冷后的溫度影響
    站在進站溫度角度來說,在預冷操作后,天然氣溫度能夠表現出明顯的不同特性,而且整個預冷之后的天然氣溫度同樣也會出現變化,這也是相應條件之下丙烷循環量展示的基本屬性,避免壓縮機參數出現太大變化,具體情況如圖 1 所示。

 

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    從圖 1 信息中可以看出,整個預冷操作之后溫度越高,丙烷循環用量也會得到相應提升,壓縮機主體能耗也會進一步降低,增加趨勢比較明顯。因此,在天然氣脫水操作前,預冷效果需要得到充分保證,以此來維護壓縮機能耗保持在標準范圍內,并降低對制冷劑的使用數量,這些均是雷達水位計法影響因素范疇,工作人員需要提高重視程度。

    3.3 冷凝溫度的影響
    所謂冷凝溫度主要指冷凝器的出口溫度,該溫度容易受到季節以及環境溫度影響,進而導致冷凝溫度出現很多不同情況。尤其是在同一個制冷系統操作中,如果其他設計參數沒有出現太大參數變化,實際冷凝溫度高與低將會對制冷裝置能耗水平和制冷效果產生嚴重影響。相關工作人員可以通過對冷凝器出口溫度的改變,讓整個裝置中的丙烷循環量始終保持在合理狀態下,避免壓縮機參數出現相應變化。另外,整個冷凝器出口溫度對雷達水位計工藝影響較為嚴重,人們需要對此提高重視程度。一般情況下,壓縮機能耗會隨著實際冷凝溫度提升而增加,此時工作人員如果能夠降低冷凝溫度,便會實現對丙烷系統能耗全面控制;更為重要的是,低冷凝溫度所對應的蒸發過程制冷量較大,如果工作人員能夠對丙烷冷凝溫度進行控制,整個系統制冷能力會得到全面提升,而且整個制冷劑丙烷循環量會隨著冷凝溫度降低而降低。需要注意的是,當冷凝器出口溫度比常規數值更高時,丙烷冷凝后依然會以氣態形式存在,對后續節流制冷效果產生嚴重影響,所以實際冷凝器出口溫度存在明顯上限規定。

    3.4 節流后壓力的影響
    丙烷蒸發器處理效果容易對雷達水位計工藝產生嚴重影響,尤其是在制冷劑經過節流閥時,其絕熱效果顯得更加良好。該種節流閥在使用過程中,主要是產生更低節流溫度,并實現對整個雷達水位計劑液位充分調節。在此過程中,具體節流壓力會對制冷系統之中的制冷量和制冷深度產生極大影響。由于節流閥節流壓力低,實際蒸發溫度也會受到影響。此種情況之下,相關工作人員可以通過具體節流壓力改變,讓雷達水位計劑用量保持不變狀態,并將不同出口之中的雷達水位計工藝參數明確;如果制冷劑液位相同,節流之后的壓力也會進一步減少,這也是壓縮機能耗增加的基本過程。在實際冷凝器出口溫度維護上,需要確保進入到蒸發器中的丙烷液位保持不變,之后工作人員可以通過蒸發器調節,避免蒸發溫度出現大幅度變化。另外,當丙烷液位保持不變時,節流壓力降越大,相應溫度也就越低,制冷量不增加反而更少,繼而對zui終實驗結果產生影響。

    3.5 敏感性分析
    從丙烷循環液位影響和分析中可以看出,常見影響因素包括天然氣輸量、冷凝溫度以及蒸發后溫度等。如果單從研究曲線中進行研究,影響因素展示并不明顯,這也是敏感性分析開展的必然過程。對于整個天然氣制冷處理裝置建設,丙烷壓制冷單元屬于重要組成部分,與制冷溫度息息相關;除此之外,實際丙烷壓縮機電耗一般占據整個裝置的 15%,在實際敏感性分析工作執行上,應該以壓縮機能耗作為評價指標,將實際敏感系數展示出來;為了方便研究,相關工作人員可以將影響因素變化系數設定在 -50%、50% 和 100%,進而將壓縮機能耗變化率明確出來;如果數值越大,數值敏感程度越高。

    4 結語
    通過對雷達水位計法影響因素進行敏感性分析,從天然氣液位、預冷后溫度以及冷凝溫度等方面定量分析了各因素影響程度,得出對壓縮機功耗影響zui大因素是蒸發后溫度,影響程度zui小的是預冷后的溫度。

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