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    发布日期:2016-1-19


    流量控制阀进口气动调节阀对南山终端LPG工艺流程的控制与应用

    摘 要:石油化工领域中工艺流程复杂多变,随着对该领域工艺处理要求的不断提高,工艺优化和远程精确控制显得越来越重要。在南山终端原有设备基础上,利用流量控制阀对液化石油气处理系统中脱碳二塔冷却液的工艺管线进行改造,通过调控泵的回流量达到生产所需的工艺流量,实现远程精确控制,在改善设备运行环境的同时,可使生产过程更趋安全、稳定和可控。

    关键字:流量控制阀 液化石油气 工艺流程 流量 控制 应用-本页关键词:进口电动调节阀


    1 南山终端LPG系统脱碳二塔工艺流程

    中海石油(中国)有限公司湛江分公司崖城作业公司南山终端液化石油气(LPG)处理系统中(图1),脱碳二塔L-V-5501是塔盘式分离塔,塔顶操作压力1496.2kPa、温度56.11℃,此温度是通过流量控制阀FV5512调节进入塔的冷却液流量来实现控制的。冷却液为气田生产的凝析油,经冷却器L-E-4201冷却,再通过增压泵L-P-5501增压和控制阀分流后进入塔顶,塔顶的温度直接影响塔中LPG的产量和品质。

    图1 南山终端LPG系统脱碳二塔工艺流程

    从塔中部进入的凝析油在塔中实现降压和闪蒸,分离出小于C2的轻组分,C1、C2轻组分上浮,通过塔顶经压缩机压入天然气销售气系统,经闪蒸的凝析油进入到脱碳四塔分离C3、C4后生成LPG。增压泵L-P-5501A/B由北京航天石化公司生产,型号GSB-L2-18/241,体积流量18m3/h,扬程241m,最小连续稳定体积流量4.5m3/h。

    2 脱碳二塔工艺系统存在问题

    实际生产中,调整脱碳二塔工艺流量时,需现场调节手动闸阀,同时配合流量控制阀的远程调整,经反复尝试才能找到生产所需的稳定流量。

    在操作过程中,冷却液的流量只能实现某点的平衡,平衡随工况波动而被打破。手动闸阀和流量控制阀之间缺少联动机构,远程调节只能调整流量控制阀。此外,建造时泵的排量选择过大,仅靠控制阀的自控调整来修正工况波动而引起的流量变化,达不到预期的效果,无法满足生产要求的稳定流量。脱碳二塔工艺系统对流量、压力要求很严,冷却液流量不稳,无法满足实时工况变化,导致脱碳二塔的塔顶温度控制器失效,影响塔中凝析油的闪蒸效果,进而严重影响下游LPG生产的稳定。冷却液流量不稳不仅会影响LPG的产量和品质,还会使设备在瞬变的工况下运行,给设备安全运行带来风险,严重时设备、管件会因介质流量变化引发剧烈振动而损坏或泄漏。

    3 流量控制失效分析

    改造前脱碳二塔冷却液回流工艺流程见图2。离心泵的排量恒定时,出口压力p1恒定。在图2中,手动闸阀开启时,泵的回流通道畅通,由流体力学可知,泵出口压力p1大于闸阀溢流口的背压p2,介质在p1、p2的作用下优先回流到泵的吸入口。闸阀开度与通流流量的关系为,闸阀开度越大,流通流量越大。p2越大,流通流量越小,所以脱碳二塔冷却液的进液量由流量控制阀FV5512和手动闸阀的开度相互作用而决定。闸阀处于上游,介质排量首先满足闸阀的流通量,剩余介质才会通过流量控制阀流入脱碳二塔,导致流量控制阀对生产流量控制失灵或不敏感。

    图2 改造前脱碳二塔冷却液回流工艺流程简图

    由离心泵的特性曲线(图3)可知,由于未安装变频调节装置,泵只能在某一功率点上工作,随着泵排量的增大或减小,离心泵出口压力也会相应减小或增大。

    图3 离心泵特性曲线

    泵排量较小时,泵出口压力增加,闸阀两端压差增大,阀开度一定时溢流量增大。由于泵的排量较小,受流量控制阀控制的流量变得更小,所以调节流量控制阀对其下游冷却液量的控制效果不明显。只有在调节流量控制阀的同时手动关小闸阀开度,才能控制脱碳二塔冷却液的进液量。

    泵排量较大时,泵出口压力减小,闸阀两端压差减小,阀开度一定时溢流量减小,受流量控制阀控制的流量变大。要通过调节控制阀控制脱碳二塔的进液量,又需要闸阀配合才能排出管线中多余的冷却液。只有在调节流量控制阀的同时手动开大闸阀开度,才能控制脱碳二塔冷却液的进液量。

    4 技术改造方案及效果

    根据生产需要,对脱碳二塔工艺系统进行改造,改造后应实现流量、压力可控且能远程控制,调整简单,能手动和自动控制,能克服上游流体一定程度的波动,保证脱碳二塔冷却液进液流量稳定。

    4.1 方案1———泵改造或重新选型

    利用泵自身的特性,切割泵叶轮直径直接降低泵的排量;或更换为变频电机,通过实时改变转速调节泵的排量;也可以重新选购适宜排量的设备,以满足工艺要求。

    切割泵叶轮直径需要对叶轮重新进行设计、计算和加工,叶轮的加工精度要求较高,加工完成后需进行平衡试验,装配完成后还需验证泵的功率、效率、压力、排量等参数,并制作泵的特性曲线图,要反复试验才能得出改造的参数。如果严格要求,还需要对泵的蜗壳重新设计。

    若更换为变频电机,利用变频调速控制流量,方案虽然简单,施工量少,系统控制稳定方便,但投资费用较大。

    如果重新对泵进行选型,需要改造管线和设备的安装调试,费用高,工期较长。

    4.2 方案2———工艺管线优化改造

    在现有设备基础上,由离心泵的特征曲线可知,在某个特定的点上,当泵的功率恒定的时候,排量、压力也恒定,可以利用流量控制阀溢流泵多余的排量,通过控制泵的回流量来控制下游生产工艺所需要的流量。

    对比两种改造方案,根据经济、节能、安全环保原则,选择方案2在原有基础上对脱碳二塔工艺流程进行改造(图4),把流量控制阀从泵的出口处移到回流管线上,置于闸阀上游,同时取消原管线上的手动闸阀。当泵的排量额定时,利用流量控制阀控制泵的回流量来控制脱碳二塔的进液量,泵多余的排量回流到泵的入口,以满足下游工艺流量的不足,达到工艺稳定的目的。采用该方案减少了人为因素对流量控制的影响,流量调整幅度大,调节迅速方便,可以实现连续自动调整,改造简单、施工周期短且经济实用,适合石油化工生产过程中工况多变的特性。

    图4 改造后脱碳二塔回流工艺流程简图

    改造后,工艺上对泵排量的可控幅度增大,放宽了上游工艺条件,同时给上、下游生产处理带来了便利,脱碳二塔冷却液流量波动大幅下降,可稳定脱碳二塔的处理环境,提高LPG产量和品质。此外,还可避免因流体波动引起的设备、管线振动,使设备在稳定、安全的环境下运行,避免因设备损坏和泄漏带来的风险。

    5 结语

    采用流量控制阀实现流量调节,主要作用是在阀进、出口压差变化的情况下,为下游提供恒定流量的液体。流量调节阀可直接根据设计要求设定流量,在石油化工领域中应用非常广泛。

    针对南山终端LPG生产系统中脱碳二塔回流系统存在了问题进行的技术改造,留用技术性能尚可的泵和流量控制阀,在原有基础上重新优化改造工艺管线,利用流量控制阀控制泵的回流量来控制生产工艺所需流量,在满足生产要求的同时,实现了设备安全、稳定运行,效益显著

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