中国石油塔里木油田公司 新疆库尔勒 841000
摘要：某处理站采用灼烧炉燃烧乙二醇再生时产出的气体，气体主要成份为烷烃、水蒸汽和部分重金属物质。燃烧后烟尘直接排放于大气，对工作环境造成一定影响。作为明火燃烧的灼烧炉，炉体温度高，所属区域等级为一类2区易燃易爆区，存在严重的火灾爆炸风险。针对这些问题，本文制定方案对乙二醇单元灼烧炉相关工艺进行优化和改造。
关键词：乙二醇再生；灼烧炉；火灾爆炸风险
1.乙二醇再生相关流程简介
某处理站采用低温分离法对天然气脱水脱烃，为防止产生水合物的产生，采用乙二醇作为抑制剂。乙二醇再生单元装置作用是对乙二醇进行再生，脱离乙二醇吸收天然气湿气中的水，使乙二醇富液浓度由70%再生后变为贫液浓度80%，再生后的贫液重新注入脱水脱烃系统，抑制水合物生成。
乙二醇再生单元是保证装置平稳运行的重要组成单元，乙二醇再生时经重沸器加热，从再生塔塔顶出来的蒸汽经再生塔顶空冷器冷凝到 45℃ 进入再生塔顶回流罐，回流罐的液相经再生塔顶回流泵回流至塔顶，排出的不凝性气体主要为水蒸汽、CO2、少量 MEG、烃类和部分重金属物质，直接排放对环境有污染，经灼烧炉燃烧后排放于大气，提高了厂区整体重金属蒸汽含量水平。
图1 乙二醇再生工艺
相关装置容器介绍
富液缓冲罐：工作压力1.0MPa，容积13.3
乙二醇再生塔：填料塔，工作压力0.2MPa，容积11.22
再生塔底重沸器：常压，无安全阀
贫液罐：常压容器，容积53.75
贫富液换热器：常压，无安全阀
塔顶回流罐：常压容器，容积6.5，无安全阀
立式灼烧炉：常压，燃料气从炉膛底部进入，由点火孔点火，将进入炉膛的废气燃烧，烟气上升排出灼烧炉。
图2 灼烧炉结构图
2.现装置运行存在的问题
（1）重金属含量高，不符合工作区域作业人员连续工作的条件。灼烧炉作用是焚烧乙二醇再生塔产生的再生气，由于再生气中重金属含量水平较高，在经过高温灼烧后经烟道进入大气，散放于装置上空。
（2）存在火灾爆炸风险风险。灼烧炉装置为立式结构，且位于站内两套乙二醇再生装置之间，由于灼烧炉为明火，且炉体温度高，在前面分液罐分离的不彻底时就会发生下“火雨”的现象，有可能引发火灾。
（3）配风比调节难度大，由于燃料气为自动调节，由温度控制PID调节或手动调节调节阀开度，而风门为手动调节，在大气风力影响下，需及时调整风门开度，如调节不及时易出现燃烧不彻底，灼烧炉冒黑烟，污染环境。
（4）能源浪费。灼烧炉日耗气量约500方。
3.改造方案
（1）方案一：脱重金属后气体进入低压火炬。
乙二醇再生塔顶回流罐不凝气→分液罐→鼓风机→脱重金属罐→低压放空系统
将灼烧炉停用，乙二醇再生塔顶回流罐的闪蒸气由原流程进入灼烧炉前的分液罐分液，由于乙二醇装置容器均为常压，脱重金属吸附罐内的吸附剂会对气流产生阻力，故在分液罐出口处通过风机增压后进脱重金属吸附罐，脱重金属后的气体进入低压火炬燃烧，并将灼烧炉作备用。
（2）方案二：乙二醇再生塔顶回流罐的闪蒸气进入分液罐分液，经脱重金属后气体进入新建的卧式灼烧炉。
乙二醇再生塔顶回流罐不凝气→分液罐→脱重金属罐→卧式灼烧炉
根据厂内就近选址并保证空间足够的原则，将原灼烧炉分液罐、新增加的脱重金属罐和卧式灼烧炉移至导热油炉装置区前方的空地处。卧式灼烧炉位于供热站附近，该地势较空旷，无其它设备。可以满足卧式灼烧炉安装位置要求。
将原本的立式灼烧炉更换为卧式灼烧炉。下“火雨 ”一般是因为灼烧炉里含有较大的液滴，分液罐没有及时将凝液排除，不凝性气体气速高，将凝液带至炉顶造成。采用卧式灼烧炉，上升气速低，有效降低了液滴夹带量，不至于形成“火雨”。
4.设计方案对比分析
方案一与方案二技术比选表
表1 方案对比图
上述对灼烧炉整改方案比较中可得出：方案一和方案二各有优缺点。
方案一：由于乙二醇单元装置与对废气分液，脱重金属处理的装置均为低压或常压，废气经过脱重金属处理之后，连接排放至低压防空系统。因此，在低压放空系统放空量过小时，可能产生气体倒灌现象，且若低压放空系统大量放空时，可能产生负压，对原装置的低压放空系统和原有乙二醇装置再生系统操作工况造成影响。
方案二：增加脱重金属装置和更换立式灼烧炉，投资较大，且新建卧式灼烧炉需要较大场地，离原灼烧炉距离较远，施工工程量大，实际操作施工不便。
5.设计工艺流程
综合上述两种方案，方案一的可行性较高，但需解决其可能存在的气体倒灌的问题。
最终设计方案如下：
先将原有立式灼烧炉停用，原乙二醇再生塔塔顶回流罐排出的不凝性气体先经过原灼烧炉分液罐进行气液分离，脱重金属罐脱重金属处理，粉尘过滤器过滤，罗茨鼓风机增压到 0.1MPaG 后，尾气进入低压火炬系统。
流程：塔顶回流罐气相→分液罐→脱重金属罐→粉尘过滤器→罗茨鼓风机→低压火炬
脱重金属罐：选用化学反应吸附法脱重金属。用沸石、树脂、氧化铝、活性碳等为基体的多孔材料，孔隙内浸入或硫、银等其他元素和化合物，形成吸附剂，如金属硫化物、载硫饱和活性碳、碘化物等，天然气中的重金属与吸附材料中的硫化物产生化学反应，以重金属化合物的形式从天然气中分离出来。
罗茨鼓风机：罗茨鼓风机系属容积回转鼓风机。这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程中从吸气口带走气体，当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时，因有较高压力的气体回流，这时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道。两转子互不接触，它们之间靠严密控制的间隙实现密封，故排出的气体不受润滑油污染。
乙二醇再生塔顶回流罐不凝气按原管线流程至原立式灼烧炉前对的分液罐分液之后，进入脱重金属罐脱重金属后，由于脱重金属罐采用化学吸附剂，因此气体经由脱重金属罐吸附之后，可能会带出少量吸附剂微粒。在脱重金属罐后加设粉尘过滤器，可以吸附气体带出的吸附剂微粒杂质，避免固体杂质进入鼓风机损伤叶形转子。因为乙二醇单元装置以及上述废气处理装置均为常压，低压放空系统也为常压，虽然低压火炬燃烧会产生一定负压，但不足以克服前端处理流程产生的阻力，故需设置鼓风机加压，方案一中将鼓风机设置于脱重金属罐前加压，以克服吸附剂对气流产生的阻力，但考虑到放空量过小可能产生负压导致气体倒灌对装置产生影响，故将鼓风机设置在粉尘过滤器之后，并且增压到0.1MPa，对前端流程产生负压，可以使气体流向后端装置，且由于是利用负压对气体产生的抽力使气体向低压放空系统流动，所以不会对前端的常压低压装置产生影响，使装置带压过高。对于鼓风机后端的低压放空系统，由于低压放空系统最终由低压火炬进行放空，因此不会使后端装置积压产生影响。即一方面可以发挥原设计的作用将气体抽至低压放空系统，另一方面可以避免低压放空系统气体倒灌进入装置。
参考文献：
[1]张强、单华等编，《克拉2气田培训手册》，2005年.
[2]王遇冬编，《天然气处理与加工工艺》，石油工业出版社，1999年.
论文作者:张予杰,柴雷,陈成,王华,姜金良
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/16
标签：重金属论文; 金属罐论文; 装置论文; 低压论文; 气体论文; 塔顶论文; 鼓风机论文; 《基层建设》2019年第18期论文;