天然气净化厂脱碳生产中富液能量回收方法及装置
技术领域
本发明涉及然气处理与加工技术领域，是一种天然气净化厂脱碳生产中富液能量回收方法及装置。
背景技术
天然气作为一种清洁能源得到了广泛应用，为满足快速增长的天然气需求，近年来高含碳（硫）气田的开发日益增多（如国内中石化的元坝气田、普光气田和松南气田；中石油的磨溪气田、长岭气田、徐深气田、阿克莫木气田；中海油的东方气田等），按照商品气质外输标准要求，需要对其进行脱碳（脱硫）净化处理，目前国内外气田脱碳（脱硫）装置主流工艺仍以醇胺法为主，吸收酸气的富液需降压闪蒸加热再生，由于脱碳（脱硫）装置富液压力高，而闪蒸再生压力低，回收该部分富液压力能，能有效节省循环泵电耗，降低脱碳（脱硫）装置整体能耗，对于节能降耗和提高企业经济效益意义重大。
目前国内也有少数脱碳（脱硫）装置设置有液力透平回收装置，采用液力透平直接驱动贫液循环泵，但由于忽视了天然气净化厂受下游季节性用气量变化及气田逐年产能递减的因素，部分建成的回收装置出现运行不平稳及回收效果差的现象，甚至建成后就无法正常投运，另因采用液力透平驱动直连贫液泵增压的方式，造成贫液泵的种类多（备品备件也多），维护成本高，使得国内对富液压力能回收的积极性就不高。为有效降低装置能耗，本发明结合天然气净化处理厂运行特点，提出了一种新型的富液能量回收工艺及控制方法，可实现回收装置高效、安全、平稳运行。
发明内容
本发明提供了一种天然气净化厂脱碳生产中富液能量回收方法及装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决脱碳回收装置现有存在运行不平稳、回收效果差、能能耗高的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种天然气净化厂脱碳生产中富液能量回收的方法，按照下述方法进行：吸收塔底来的富液经流量计与控制阀调节控制后，第一部分富液进入液力透平回收管路，第二部分富液进入第一旁通管路，第三部分富液进入第二旁通管路；进入液力透平回收管路的富液经液力透平机进行能量回收后，低压液送入闪蒸罐进行闪蒸再生，液力透平机的能量传递给电机驱动的贫液循环泵，对再生贫液进行增压，增压后的再生贫液经第一循环管路返回至吸收塔循环利用，同时，第二部分富液和第三部分富液根据脱碳装置工况负荷运行状态，分别通过第一旁通管路和第二旁通管路上的节流阀门进行流量调整后，送入闪蒸罐进行闪蒸再生，吸收塔内净化后的湿气由塔顶排出送至下游工序。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述吸收塔底来的富液压力为8.5MPa至9.0MPa，温度为65℃至85℃。
上述脱碳装置按负荷120%工况运行时，设计流量90%至92%的富液进入液力透平回收管路，设计流量6%至8%的富液进入第一旁通管路。
上述脱碳装置按负荷100%工况运行时，设计流量96%至98%的富液进入液力透平回收管路，设计流量1%至2%的富液进入第一旁通管路。
上述脱碳装置按负荷55%至60%工况运行时，设计流量100%的富液进入液力透平回收管路。
上述第一循环管路中再生贫液流量低于设计流量60%时，第一旁通管路和液力透平回收管路均停止运行，设计流量100%的富液进入第二旁通管路。
上述第一循环管路中再生贫液流量大于设计流量60%和小于设计流量100%之间时，第一旁通管路和第二旁通管路停止运行，设计流量100%的富液进入液力透平回收管路。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种实施天然气净化厂脱碳生产中富液能量回收方法的装置，包括吸收塔、第一高压差角式节流阀、第二高压差角式节流阀、液力透平机、第一贫液循环泵和闪蒸罐，吸收塔下部进口固定连通有天然气来气管线，吸收塔顶部出口固定连通有净化气出气管线，吸收塔底部出口与液力透平机进口之间固定连通有液力透平回收管路，液力透平机出口与闪蒸罐进口之间固定连通有第一闪蒸管线，液力透平机的透平轴与第一贫液循环泵之间固定连接有电机，液力透平回收管路与第一闪蒸管线之间连通有第一旁通管路，第一旁通管路与闪蒸罐之间的第一闪蒸管线与第一旁通管路之间连通有第二旁通管路，第一贫液循环泵进口固定连通有再生贫液来液管线，第一贫液循环泵出口与吸收塔上部进口之间固定连通有第一循环管线，第一循环管线和再生贫液来液管线之间固定连通有第二循环管线，第二循环管线上固定安装有第二贫液循环泵，液力透平回收管路上依次固定安装有第一流量计、第一流量调节阀和紧急切断阀，第一旁通管路上固定安装有第一高压差角式节流阀，第二旁通管路上固定安装有第二高压差角式节流阀，第一循环管线上固定安装有第二流量计，第二循环管线上固定安装有第二流量调节阀。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述第二贫液循环泵进出口前后的第二循环管线上固定连通有第三循环管线，第三循环管线上固定安装有第三贫液循环泵。
上述第一贫液循环泵、第二贫液循环泵和第三贫液循环泵均为相同规格、型号的变频泵。
本发明通过液力透平、分流控制和双泵并联运行方式，提高了装置的适应性，具有更大的经济效益，最大程度地回收富液压力能。
附图说明
附图1为本发明实施例8的工艺流程示意图。
附图中的编码分别为：1为吸收塔，2为第一高压差角式节流阀，3为第二高压差角式节流阀，4为液力透平机，5为第一贫液循环泵，6为闪蒸罐，7为天然气来气管线，8为净化气出气管线，9为液力透平回收管路，10为第一闪蒸管线，11为电机，12为第一旁通管路，13为第二旁通管路，14为再生贫液来液管线，15为第一循环管线，16为第二循环管线，17为第二贫液循环泵，18为第一流量计，19为第一流量调节阀，20为紧急切断阀，21为第三循环管线，22为第三贫液循环泵，23为第二流量计，24为第二流量调节阀。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：如附图1所示，该天然气净化厂脱碳生产中富液能量回收方法，按照下述方法进行：吸收塔1底来的富液经流量计与控制阀调节控制后，第一部分富液进入液力透平回收管路9，第二部分富液进入第一旁通管路12，第三部分富液进入第二旁通管路13；进入液力透平回收管路9的富液经液力透平机4进行能量回收后，低压液送入闪蒸罐6进行闪蒸再生，液力透平机4的能量传递给电机11驱动的贫液循环泵，对再生贫液进行增压，增压后的再生贫液经第一循环管路返回至吸收塔1循环利用，同时，第二部分富液和第三部分富液根据脱碳装置工况负荷运行状态，分别通过第一旁通管路12和第二旁通管路13上的节流阀门进行流量调整后，送入闪蒸罐6进行闪蒸再生，吸收塔1内净化后的湿气由塔顶排出送至下游工序。
脱碳（脱硫）装置能耗约占处理厂总能耗的70%，开展脱碳（脱硫）装置富液压力能回收，可有效降低装置能耗，提高企业经济效益和市场竞争力，针对国内已建装置存在的可靠性差、运行不平稳、效率低等问题，本发明采用液力透平、分流控制和双泵并联运行方式，解决了装置受下游季节性用气量变化及气田逐年产能递减而带来的不利因素，增强了装置的适应性，提高了液力透平装置的运行可靠性和平稳性，实现全年高效率运行回收的目的。
实施例2：如附图1所示，作为上述实施例的优化，吸收塔1底来的富液压力为8.5MPa至9.0MPa，温度为65℃至85℃。
实施例3：如附图1所示，作为上述实施例的优化，脱碳装置按负荷120%工况运行时，设计流量90%至92%的富液进入液力透平回收管路9，设计流量6%至8%的富液进入第一旁通管路12。
脱碳装置按负荷120%工况运行时，设计流量90%至92%的富液进入液力透平回收管路9，液力透平效率约为73%，液力透平机4输出功率约580kW。
实施例4：如附图1所示，作为上述实施例的优化，脱碳装置按负荷100%工况运行时，设计流量96%至98%的富液进入液力透平回收管路9，设计流量1%至2%的富液进入第一旁通管路12。
脱碳装置按负荷100%工况运行时，设计流量96%至98%的富液进入液力透平回收管路9，液力透平效率约为72%，即液力透平机4输出功率约540kW。
实施例5：如附图1所示，作为上述实施例的优化，脱碳装置按负荷55%至60%工况运行时，设计流量100%的富液进入液力透平回收管路9。
脱碳装置按负荷55%至60%工况运行时，设计流量100%的富液进入液力透平回收管路9，液力透平效率约为60%，液力透平机4输出功率约180kW。
实施例6：如附图1所示，作为上述实施例的优化，第一循环管路中再生贫液流量低于设计流量60%时，第一旁通管路12和液力透平回收管路9均停止运行，设计流量100%的富液进入第二旁通管路13。
实施例7：如附图1所示，作为上述实施例的优化，第一循环管路中再生贫液流量大于设计流量60%和小于设计流量100%之间时，第一旁通管路12和第二旁通管路13停止运行，设计流量100%的富液进入液力透平回收管路9。
当再生贫液循环流量处于设计流量大于60%和小于100%之间范围时，第一旁通管路12和第二旁通管路13上的流量调节阀门全部关闭，塔底来的富液全部进入液力透平回收管路9，液力透平机4输出功率低，不足功率由辅助电机提供，使液力透平机4驱动的贫液循环泵一直处于高效运行，液力透平机4驱动的贫液循环泵与常规贫液循环泵并联使用，可通过调节阀和变频器控制流量和促使液力透平驱动泵一直处于高效运行区间，最大程度实现节能降耗。
实施例8：如附图1所示，该实施上述天然气净化厂脱碳生产中富液能量回收方法的装置，包括吸收塔1、第一高压差角式节流阀2、第二高压差角式节流阀3、液力透平机4、第一贫液循环泵5和闪蒸罐6，吸收塔1下部进口固定连通有天然气来气管线7，吸收塔1顶部出口固定连通有净化气出气管线8，吸收塔1底部出口与液力透平机4进口之间固定连通有液力透平回收管路9，液力透平机4出口与闪蒸罐6进口之间固定连通有第一闪蒸管线10，液力透平机4的透平轴与第一贫液循环泵5之间固定连接有电机11，液力透平回收管路9与第一闪蒸管线10之间连通有第一旁通管路12，第一旁通管路12与闪蒸罐6之间的第一闪蒸管线10与第一旁通管路12之间连通有第二旁通管路13，第一贫液循环泵5进口固定连通有再生贫液来液管线14，第一贫液循环泵5出口与吸收塔1上部进口之间固定连通有第一循环管线15，第一循环管线15和再生贫液来液管线14之间固定连通有第二循环管线16，第二循环管线16上固定安装有第二贫液循环泵17，液力透平回收管路9上依次固定安装有第一流量计18、第一流量调节阀19和紧急切断阀20，第一旁通管路12上固定安装有第一高压差角式节流阀2，第二旁通管路13上固定安装有第二高压差角式节流阀3，第一循环管线15上固定安装有第二流量计23，第二循环管线16上固定安装有第二流量调节阀24。
本发明中，第一高压差角式节流阀、第二高压差角式节流阀均为本领域公知公用的高压角式截止节流阀门。
实施例9：如附图1所示，作为实施例8的优化，第二贫液循环泵17进出口前后的第二循环管线16上固定连通有第三循环管线21，第三循环管线21上固定安装有第三贫液循环泵22。
根据需要，第三贫液循环泵22可作为备用泵，本发明中，贫液循环泵采用2用1备运行，灵活性更强，液力透平选型充分考虑了下游季节性用气量变化及气田产能逐年递减的因素，通过分流控制，提高了装置的适应性，实现气田开发全周期内装置的平稳运行，最大程度地回收富液压力能。
实施例10：如附图1所示，作为实施例8和9的优化，第一贫液循环泵5、第二贫液循环泵17和第三贫液循环泵22均为相同规格、型号的变频泵。
根据需要，本发明中第一贫液循环泵5、第二贫液循环泵17和第三贫液循环泵22均为相同规格、型号的变频泵，采用变频电机，配置变频器。
本发明中，假设天然气净化厂吸收塔1底富液量为420 m3/h（压力8.6MPa），本装置（出口压力1.2MPa）可回收功率约584kW，年节约用电462×104kW.h，按照每度电0.46元计算，每年创效约212.7万元，具有很好的经济效益。
实施例11：以某处理厂为例，天然气设计处理规模300×104m3/d,吸收塔1操作压力8.6MPa，富液闪蒸压力1.2MPa，贫液循环量430 m3/h，吸收塔1底富液量439 m3/h，选用液力透平额定工况流量为387 m3/h的机组1台（操作弹性70%至110%，对应流量范围分别为271m3/h、425 m3/h），第一贫液循环泵5、第二贫液循环泵17和第三贫液循环泵22均选用额定流量225 m3/h（按照装置负荷120%工况计算）。
正常工况：
贫液循环量430m3/h，吸收塔1底富液量439m3/h，液力透平机4入口流量控制在425 m3/h，其余14 m3/h经第一高压差角式节流阀2进入第一旁通管路12，控制吸收塔1液位平稳。计算液力透平回收功率584kW，第一贫液循环泵5额定轴功率为790kW，不足功率206kW由辅助电机提供，第一贫液循环泵5出口流量为225 m3/h，第二贫液循环泵17出口流量控制为205m3/h，贫液总流量为430m3/h。
调峰工况：
净化厂脱碳装置按照120%负荷工况运行，贫液循环量450m3/h，吸收塔1底富液量460m3/h，液力透平机4入口流量控制在425 m3/h，其余35 m3/h液量经第一高压差角式节流阀2进入第一旁通管路12，控制吸收塔1液位平稳。计算液力透平回收功率584kW，第一贫液循环泵5额定轴功率为790kW，不足功率206kW由辅助电机提供，第一贫液循环泵5出口流量为225 m3/h，第二贫液循环泵17出口流量控制为225m3/h，贫液总流量为450m3/h。
装置按照60%负荷工况运行：
贫液循环量275m3/h，吸收塔1底富液量280m3/h，第一高压差角式节流阀2、第二高压差角式节流阀3关闭，全部液量进入液力透平机4，由第一流量调节阀19控制吸收塔1液位平稳，计算液力透平回收功率180kW，第一贫液循环泵5出口流量为137.5 m3/h，第一贫液循环泵5轴功率为483kW，不足功率302kW由辅助电机提供，第二贫液循环泵17通过变频器调节出口流量为137.5m3/h，贫液总流量为275m3/h。
低负荷工况：
净化厂脱碳装置低于60%负荷运行，吸收塔1底富液≤200m3/h（液力透平最低功率输出流量要求），关闭液力透平机4，全部液量通过第二高压差角式节流阀3进入第二旁通管路13，并控制吸收塔1液位平稳，液力透平驱动的第一贫液循环泵5所需功率全部由辅助电机提供，通过变频控制出口流量。
事故紧急停车：
当液力透平出现事故时，入口的紧急切断阀20切断，液力透平与电机11离合自动脱落，第一贫液循环泵5自动切换为辅助电机驱动模式，保证装置平稳运行。
综上所述，本发明通过液力透平、分流控制和双泵并联运行方式，提高了装置的适应性，具有更大的经济效益，最大程度地回收富液压力能。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
