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1、高压天然气分子筛脱水装置控制方案李萍;王保庆;王美燕 【摘要】%高压天然气分子筛脱水装置通常设2座(有时用3座)分子筛吸附 塔(R301 A/B)切换操作，其中一座处于吸附干燥过程,另一座处于再生过程.较理想的 控制品质是吸附塔切换过程不影响装置原料气的供给,其产生的原料气供应波动可 以忽略不计.因此，装置中所有控制阀均应选择快开气缸驱动球阀，响应时间不能大于 1 s.本控制方案应用于中原油田LNG工厂，装置设计天然气处理量30x104 mVd, 实际处理气量15x104-20x104 m3/d.从生产数据上看，此方案顺利实现了两台干 燥塔的平稳切换操作保证了设计参数的顺利实施.【期刊名称】油
2、气田地面工程 【年(卷)，期】2013(032)002 【总页数】2页(P63-64) 【关键词】天然气;分子筛;脱水控制;温度;吸附塔 【作者】李萍;王保庆;王美燕【作者单位】中国石化集团中原石油勘探局勘察设计研究院【正文语种】中文1分子筛脱水原理和工艺流程1.1脱水原理在诸多固体吸附剂中，分子筛以其优良的选择吸水性能而广泛应用到天然气和其他 工业气体的脱水过程。由于不同型号的分子筛其筛孔的孔径不同，所以可以按照被 吸附物质的分子大小有选择地进行吸附杂质气体组分。天然气处理工程中，常用的 脱水分子筛有3A和4A两种型号，经过脱水过程，原料天然气中水分含量可以降 至 0.1-10 mg/L。实
3、践经验证明，分子筛在低水分分压、高温、高气体流速等苛 刻条件下仍能保持比其他固体吸附剂高的吸附容量。在天然气深冷和液化工程中， 要求原料天然气具有极低的水露点，因此采用分子筛脱水较为经济合理。1.2工艺流程高压天然气分子筛脱水装置工艺流程如图1所示。通常设两座（有时3座）分子 筛吸附塔用于（R301A/B ）切换操作，其中一座处于吸附干燥过程，另一座处于 再生过程。吸附过程：原料天然气自吸附塔顶部进入，与分子筛床层自上而下逐步接触，原料 气中的水分被分子筛表面吸附，从而实现了原料气中水分的有效脱除。原料气通过 分子筛吸附脱除水分后，从吸附塔底部排出，进入天然气后继处理单元。单台吸附 塔的吸附操
4、作时间一般设定为8 h，当操作满8 h后，必须切换进行再生。再生过程：常规分子筛吸附床层的再生过程包括装置切换、再生、备用3个步骤， 而高压天然气分子筛床层的再生则包括切换、泄压、再生、升压、备用5个步骤。 图2为高压天然气脱水装置分子筛床层再生过程温度变化曲线。曲线1表示再生 气体（载气）进床层温度，曲线2表示再生过程中流出床层的气体温度，曲线3 表示原料天然气温度。实践证明，分子筛创层温度从T1升高至T2的过程中，吸附的烃类几乎全部被解 吸（脱附），温度曲线开始趋于平缓，此时吸附的水分也开始大量解吸气化，被再 生气体携带出分子筛床层。当温度升高至T3时，水分和难解吸的重烃类物质几乎 全部被
5、解吸，再生阶段结束；再生气加热炉停止加热，常温再生气体作为分子筛床 层的冷却气，将分子床层温度冷却至T 5，切断再生气源。为了简化和实现装置自动化操作，工程上通常把高压分子筛床层的再生过程划分为 表1所示4个阶段，并以操作过程的时间点为操作控制点，一般以每班（8 h）为 一个操作切换周期。表1分子筛床层的再生过程阶段划分阶段耗时/h对应温度A B C D泄压、升温段 1.5 T 1T 2轻烃脱附段1.5 T 2T 3重烃、水脱附段3 T 3T 4冷却、备用段 2 T4T52控制方案2.1控制阀及功能高压天然气分子筛脱水装置主要控制阀共12台，其主要功能为：V01A/B为分子 筛吸附塔湿天然气入
6、口控制阀；V02A/B为分子筛吸附塔再生气出口控制阀； V03A/B为分子筛吸附塔干气出口控制阀；V04A/B为分子筛吸附塔泄压阀； V05A/B为分子筛吸附塔充压阀；V06A/B为分子筛吸附塔再生气入口控制阀。 较理想的控制品质是吸附塔切换过程不影响装置原料气的供给，其产生的原料气供 应波动可以忽略不计。因此，装置中所有控制阀均应选择快开气缸驱动球阀，响应 时间不能大于1 s。2.2主要逻辑控制过程（1 ）投运准备。投运时分子筛床层已经过充分再生和冷却，两个吸附塔均处于完 好备用状态。投运过程采用手动控制：首先将各控制阀门置于关闭状态，并确认 各控制阀回讯值为关闭”（CLOSE ）；利用分子
7、筛吸附塔湿天然气入口控制 阀旁路对R301A/B充压至操作压力；确认吸附塔压力达到操作压力，关闭天然 气入口旁路。（2 ）吸附过程。假定先投运R301A , R301B处于再生（备用）状态。吸附投运 的逻辑控制过程如下：启动R301A吸附控制逻辑，启动计时器，将逻辑控制模块 置于自动(初次投用)，判断控制阀(V01A/V02A/V03A/V04A/V05A/V06A) 阀位，判断吸附塔压力达到设定值，打开分子筛吸附塔湿天然气入口控制阀，打开 分子筛吸附塔干气出口控制阀；判断操作时间(setpoint=8 h)，吸附/再生过程切 换。(3) 再生过程。R301吸附过程计时器(TIMER_A)计时
8、满8 h后吸附过程结束， 分子筛吸附床层达到其设计的吸附容量，此时R301A进入再生过程。再生过程的 逻辑控制过程如下：启动R301A再生控制逻辑，启动计时器，初次投用将逻辑控 制模块置于自动；判断控制阀(V01A/V02A/V03A/V04A/V05A/V06A)阀位；打 开泄压阀V04A，R301A泄压；判断吸附塔压力降低到设定值；关闭泄压阀V04A， 停止泄压，打开V06A和V02A，对床层进行再生操作；判断操作时间 (setpoint=5 h)；再生气加热炉停止加热，床层进入冷却阶段；判断操作时间 (setpoint=7 h)，冷却结束；关闭V06A和V02A，再生阶段结束。打开V05
9、A， 对吸附塔充压；判断吸附塔压力升高到设定值；关闭充压阀；再生/吸附过程切换。(4) 两座分子筛干燥塔的相互切换。两座分子筛干燥塔的相互切换同样由一个计 时器控制，与单台计时器不同的是该计时器不参与干燥或再生过程控制，而仅仅用 于控制两座干燥塔的切换操作。计时器在R301A吸附过程投用时与TIMER_A同 步清零，计时满8 h后自动启动R301B的吸附控制，并与TIMER_B同步清零， 计时满8 h后启动R301A的吸附控制，从而实现了对两座干燥塔的平稳切换操作。 3应用实例本控制方案应用于中原油田LNG工厂，装置设计天然气处理量30x104 m3/d, 实际处理气量15x104-20x10
10、4 m3/d。两座分子筛干燥塔的设计参数如下：入口压力12 MPa，出口压力5.5 MPa,入口 水含量饱和态，出口水含量低于1 mg/L。进行脱水控制，运行参数如下：入口压力8 MPa，出口压力5.5 MPa，入口水含量饱和态，出口水含量达到0.5 mg/L。从生产数据上看，此方案顺利实现了两座干燥塔的平稳切换操作，保证了设计参数 的顺利实施。4结论本文给出的高压天然气分子筛脱水控制方案摆脱了传统分子筛脱水控制方案对干燥 器床层温度的依赖，有效消除了温度仪表误差或失灵导致的操作不畅或失误。控制 方案以系统内部时钟计时器为主要控制手段，实现了装置的自动化控制，减少了人 为因素的干扰。在工程实践中，一般采用双塔流程，无需备用，可节省工程投资， 且运行平稳可靠。
