天然气净化厂降本增效实践与探索

瞿 杨 夏 林 李婷婷 雷 婧 李长治

中国石油西南油气田公司天然气净化总厂, 重庆 400021

0 前言

随着中国经济进入高质量、高速度的发展新阶段,作为首选清洁能源的天然气,其消费需求将保持稳定增长,在经济社会发展中发挥重要作用,天然气行业发展前景广阔。2020年以来,面对新冠肺炎疫情的冲击和国际油价断崖式暴跌的影响,某天然气净化厂生产经营面临提高产量、降低成本等多重压力,对其发展经营效益带来重大影响和挑战。

1 天然气净化厂现状

随着川东地区老气田进入中后期开发,地层天然气压力逐渐降低,开采难度逐渐增大,某天然气净化厂产能呈逐年下降趋势,脱硫装置长期处于低负荷运行状态,部分工艺参数偏离设计值,能源消耗和化工原材料消耗相对较高,生产成本增加。随着GB 17820—2018《天然气》和GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》正式发布,对天然气产品气质量和尾气排放提出了更高的要求。另外，在推进智能净化厂[1]建设和数字化转型上,也存在工作效率不够高、智能化程度不够深、创新能力不够强等问题。

面临复杂、严峻的形势,某天然气净化厂开展了降本增效工作的实践与探索,以效益最大化为目标,牢固树立“一切成本皆可降”理念和长期应对低油价新常态认识,坚持提高天然气产量,增加效益,全力推进智能化和数字化的天然气净化厂建设[1],切实降低天然气成本,提升业绩,实现节能降耗和降本增效。

2 降本增效举措

2.1 优化脱硫装置生产运行

2.1.1 优化工艺操作流程及参数

加强原料气预处理单元的过滤和排污操作,确保脱硫溶液系统清洁度,减少溶液过滤原件的消耗,降低溶液在清洗过程中的损耗,减少清洗水的产生,减轻污水处理装置负荷。对生产参数进行大数据分析,在保证天然气产品气质量的前提下,摸索某天然气净化厂的脱硫装置实时最优操作参数,调整脱硫溶液浓度,增加脱硫溶剂选择吸收性,提高天然气商品率。根据天气变化适时调整原料气和酸气放空火炬长明火燃料气以及分子封吹扫气的消耗量,提升脱硫装置燃料气使用效率[2]。

2.1.2 摸索脱硫装置低负荷运行边界条件

根据脱硫装置生产实际需要,测试脱硫装置最低处理负荷,计算最低处理负荷下的能耗,确保低负荷状态下脱硫装置安全环保经济运行[3-6];通过测试,摸索脱硫装置的低负荷运行边界条件[7],提出工艺参数的最优组合,为脱硫装置科学、高效运行提供技术参考,在保障脱硫装置安全生产的同时,达到脱硫装置经济环保运行。

2.1.3 实施脱硫装置降压操作运行

川东地区气田开采后期井口产能下降较快,为配合气田产能的开发,某天然气净化厂分步进行了降压试验,在脱硫装置运行平稳、产品气合格外输的前提下,天然气净化装置系统压力下降0.2～1.0 MPa。通过实施脱硫装置降压运行,有效降低了气田、气井的经济废弃压力,充分挖掘老气田的潜力,使气田产能得到进一步发挥,同时起到良好的节能降耗效果。

2.1.4 优化脱硫装置产能配置

根据上游单位原料气配产方案,在不影响产能发挥的前提下,适时停运部分脱硫装置,通过协调上游气矿调配原料气输量,增加其他净化厂的装置负荷率,降低净化厂的装置能耗及生产成本。2014年关停1套脱硫装置,2017年关停1套脱硫装置,2020年关停2套脱硫装置[8],通过合理调配原料天然气气质,有效调整其余原料天然气脱硫装置低负荷运行状况,充分挖掘脱硫装置运行潜能,使脱硫装置设备尽可能处于最优工况下运行,对保证脱硫装置生产安全、节能降耗及降低生产成本等具有重要的现实意义。

2.1.5 总结长周期运行经验

总结影响脱硫装置长周期运行的因素,从设计源头、加强设备日常维护、提高设备运行可靠性、强化工艺过程操作、保持脱硫装置运行稳定等方面入手,实现脱硫装置“两年一修或三年一修”工作,在一个检修周期内脱硫装置根据实际情况调整为不停产大修或者改为临停检修,达到降本增效的目的。

2.2 实施脱硫装置技改措施

某天然气净化厂始终把降本增效放在重要位置,与企业管理有机结合、相互促进,通过深挖内潜、自主创新、技术改造脱硫装置、修旧利旧等工作方式,力促降本增效上台阶。

2.2.1 适时实施技术改造

由于部分脱硫装置长期处于低负荷运行,循环冷却水总量只有设计的一半,循环冷却水的流量、压力均有较大富裕。某天然气净化厂通过调研及理论核算,提出凉水塔电动风机改水动风机的技术改造方案,经改造后节约电能6.78×104kW·h/a[9-10]。

部分原料天然气脱硫装置硫黄回收风机风量富裕,通过将多余风量引至污水处理单元曝气,从主风机来的多余风量完全满足污水处理单元日常曝气所需,原提供曝气的罗茨鼓风机停运备用,仅在主风机停用后再启用,节约污水处理设施能源消耗[11]。

硫黄回收装置生产出来的液硫经硫黄造粒机冷却、固化、称量、包装后生产成固体工业硫黄。但在实际生产过程中,固体工业硫黄易受装卸、运输、库存等因素的影响,经常出现杂质、水分含量过高的现象,影响硫黄产品质量,另外硫黄造粒机运行维护成本较高,且固体工业硫黄的生产、装车等人工成本较高。为了更好地销售硫黄,用保温槽车直接运送液硫至销售企业,节省了成型、包装过程中水电气和化工原材料的消耗,有效节约人力,降低生产成本,获取更大的经济效益。

2.2.2 修旧利旧

通过对已经使用后因存在某些故障而不能继续正常使用的旧设备、零部件进行维修,使其性能达到或接近原产品的技术指标,或从旧设备中拆卸有效零件经检修鉴定合格,用于其他场合,最大限度降低材料消耗,节约生产成本,提高经济效益。

某天然气净化厂通过修复燃料气自力式调节阀,阀门定位器维修再利用,机泵联轴器修复,板式换热器密封垫国产化[12],进口分析仪采用耐高温、耐酸、耐碱通用氟橡胶O型圈[13]延长使用寿命等方式,降低生产成本,达到节约的目的。

2.3 创新脱硫装置技术驱动

2.3.1 建成天然气脱硫装置余压发电

脱硫装置产品天然气压力与外输管网压力之间存在差压,致使该部分余压未得到有效利用[14-16]。余压发电技术是利用膨胀机将天然气产品气与外输管网间的差压转变为电能。余压发电技术在某天然气净化厂进行试点,提出生产装置与发电装置的无扰动切换思路,并依据此思路设计联锁逻辑,确保发电装置与生产装置分别出现故障时,互不影响,安全运行,达到回收余压能量的目的，通过技术改造后,发电量约140×104kW·h/a,可节约成本87万元/a。

2.3.2 推行电站无人值守模式

变电站稳定运行是为了保障天然气净化厂供电网络的安全平稳运行,在某天然气净化厂开展电站智能机器人巡检试点建设,率先推行电站无人值守模式[17]。同时通过加强计算机技术、图像数字化技术和信息技术的应用,实现电站的综合监控、集中管理,利用现有网络对前端的图像、环境、设备运行状态、门禁、周界防范等进行有效的监控和管理,大幅度提高了对电站设备监控的实时性、有效性,减少了员工总量，降低了管理成本。

2.3.3 智能净化厂建设

开展天然原料气脱硫装置信息化基础设施升级改造工程,提升网络传输能力、优化设备性能、丰富传输模式;加快物联网项目推广应用,提升数据入库率和入库质量,实现装置全面感知能力,为智能净化厂建设提供基础支撑。以“投资+成本+科研”的方式[18-20],从工艺技术、设备管理、安全环保、生产运行等核心业务着手,重点提升生产现场管控能力的项目建设，如自动化作业、先进控制系统、数字化管理平台、智能分析预测预警等,尽快建成具备“全面感知、自动操控、智能预测、辅助决策”功能的智能净化厂[1]。

3 降本增效效果

某天然气净化厂通过优化脱硫装置工艺流程及操作参数,减少脱硫装置水、电、气以及化工原料消耗,摸索脱硫装置低负荷运行边界条件,实施脱硫装置降压操作运行,总结长周期运行经验,实现天然气脱硫装置长周期安全平稳运行,2020年天然气处理量达143.03×108m3,生产硫黄17.36×104t。通过天然气余压发电技术改造、过程气在线分析仪等的修旧利旧、积极争取享受国家电价优惠和直购电政策、落实新冠肺炎疫情期间国家支持企业发展的费用减免政策、电站无人值守等推行智能净化厂建设等一系列措施，2020年某天然气净化厂降本增效节约费用达3 523万元,见表1。

表1 2020年某天然气净化厂降本增效效果表

4 结论

某天然气净化厂的降本增效工作是一项长期性、关键性和基础性工程。要积极践行“绿水青山就是金山银山”理念,坚持生态优先、绿色发展,坚决守住安全环保底线,良好的安全环保形势是降本增效的前提,脱硫装置平稳高效运行是降本增效的基本。要突出问题导向,瞄准关键环节,坚持向内部挖潜要效益,树牢“一切成本皆可降”的理念,要在生产运行管理、技术改造、成果创新、智能净化厂建设等方面下功夫,切实降低生产运行成本。要加快创新转化,向科技创新要效益,加快技术成果化、有形化步伐,加快推动智能净化厂建设,牢固建立天然气净化厂未来发展的长期提质增效点。