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1、石油与天然气化工182CHEMICALENGINEERINGOFOIL&GAS2008*天然气深冷分离装置的火用经济分析模型及应用1,31121王志国王竹筠刘晓燕刘扬项新耀(1.大庆石油学院土木建筑工程学院2.大庆石油学院石油工程学院)(3.大连理工大学能源与动力学院)摘要深冷分离方法是回收油田伴生气NGL(NaturalGasLiquid)的主要方法之一。本文将天然气深冷分离装置划分为六个子系统,建立了NGL
2、装置的火用经济分析模型,并给出了火用经济平衡方程和辅助方程。利用两组运行工况下的实测数据,对某NGL装置进行了火用经济分析,根据测算结果提出了改进建议。实际应用表明,对NGL装置进行火用经济分析,能更全面地反映装置的用能情况。关键词NGL装置火用经济分析平衡方程辅助方程改进建议我国回收油田伴生气NGL(NaturalGasLiquid)学的孤立化模式以及过程合成的热经济学等进行了[8]主要包括深冷和浅冷冷凝分离两种方法。对于深冷研究。华贲提出了工艺过程用能三环节理论,项[5]分离而言
3、,大部分冷凝温度低于-60,因此普遍采新耀在石油领域提出了三箱用能分析模型,王[9]用膨胀制冷的深冷分离工艺。膨胀制冷回收NGL志国探讨了将三环节与三箱相结合用于系[10]的主要原理是使处理预冷后的高压天然气经透平膨统用能分析的方法,肖云汉对供能和用能系统优胀机膨胀,在对外输出膨胀功的同时,产生很大的焓化组合的热经济学进行了研究。本文借鉴已有研究降与温降,从而获得大量冷量,使C2以上烃类冷凝,成果,对天然气深冷分离装置进行火用经济分析,根据再经低温分馏,使其与甲烷等轻组分分离,生产出
4、液测算分析结果探讨控制装置能耗的措施,为装置的[1]烃产品和其他副产品。运行和操作提供决策依据。NGL深冷分离装置系统复杂,多种物流、能流1装置工艺流程及主要设备及多类设备由相关的工艺环节联系在一起,是由供装置工艺流程简图如图1所示。能、用能及余热回收三部分组成的综合能量利用系统。通过采用热力学第一、第二定律分析,虽然能对[2-5]用能过程作出技术评价,但缺乏经济评价。热经济学(thermoeconmic)是二十世纪50年代末兴起的一门研究系统经济运转,将热力学与经济学和系[6]统工程学结合而产
5、生的一门交叉学科。它可以合理确定产品的成本,对系统进行最优设计、最优运行和最优控制等。我国学者在二十世纪80年代以来,在热经济学领域开展了卓有成效的研究。王家[6]璇系统地总结了火用经济学的理论和方法,杨东[7]华对火用损成本模式、火用经济学的代数模式、火用经济*基金项目:国家自然科学基金(50776014)和中国博士后科学基金(2005037256)资助项目。第37卷第3期天然气深冷分离装置的火用经济分析模型及应用183nm该装置采用双级膨胀不带辅助冷剂的制冷工cpiExi=
6、cfjExfj+Ccap(3)i=1j=1艺。原料气在分离器除去杂质后,进入由燃气轮机一般来说,用能系统建立的火用经济平衡方程组和透平膨胀机驱动的离心式压缩机,增压到5.17中方程数目少于所要求解的未知数数目。为求解方+MPa。增压过程中,原料气经冷却,分离出C4液,程组,需要补充辅助方程。确定补助方程其关键是经干燥器脱水后,进入脱甲烷塔。原料气增压后,经要有一个合理判据,对每个单元的输入、输出正确认脱水、分离,冷凝液直接进入脱甲烷塔。进入塔内的定,具体要根据分析对象与分析目的等情况而各股物流,分
7、馏为液态烃及干气,作为产品外输。[5]定。装置的主要耗能设备有:压缩机,动力由燃气轮2.2NGL装置火用经济分析模型机及膨胀机供给。干燥器、再生器用热取自烟气余对于图1所示的NGL装置,系统较复杂,直接热。换冷器,冷量由脱甲烷塔输出的贫气及膨胀制建立火用经济平衡方程较困难。为便于分析,根据系冷机供给。脱甲烷塔、重沸器,耗热取自增压后的原统工艺流程及用能特点,将装置分为6个单元,即燃料气。空冷器,动力为电能。除空冷器外,其余耗能气轮机单元、余热锅炉单元、压缩单元、膨胀增压单设备的能量都来自于供给燃
8、气轮机的燃料能。燃料元、换冷-脱甲烷塔单元和干燥单元。如图3所示。能一部分通过燃气轮机、膨胀机、余热锅炉转换为动力,另一部分为工艺利用。二者结合,组成动力、工艺两级多次利用的能量梯级利用系统。2NGL装置火用经济分析模型2.1火用经济平衡方程热经济学分析是以热力学为基础的经济分析,更确切地说是以火用参数为基础的经济分析。火用成本的代数方程就是在火用分析的基础上,加入费用计算,建立火用经济平衡方程,或称为成本方程,并以求解得出的产品火用的单位成本作为分析评价指标。一般通用的火用经
