天然气脱酸气装置动态建模及分析

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1、万方数据第29卷第1期2012年1月28日计算机与应用化学ComputersandAppliedChemistryV01．29，No．1January,2012天然气脱酸气装置动态建模及分析李奇’，姬忠礼，马利敏(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，北京，昌平，102249)摘要：天然气脱酸气装置是天然气开发过程中重要的组成部分，由于脱酸气装置的来气量经常发生变动，致使装置运行偏离最优工况。本文基于川渝地区某高含硫天然气脱酸气装置，首次应用HYSYSDynamic流程模拟软件，建立天然气脱酸气装置动态模型，研究脱酸气装置在原料气的进气量在80％'q30％负荷变化时，整套装置的动态响应

2、过程，确定了常规PID控制方案对吸收剂循环量控制滞后，造成装置在高负荷下，产品气质量达不到标准；针对动态分析发现的问题，本文提出了一种比例控制方案，依据原料气的处理量的变化比例调节吸收剂循环量，并根据进入再生塔的富吸收液流量比例调节再生塔重沸器的负荷。动态分析表明，在原料气负荷变动条件下，装置可以始终保持产品气质量在要求之内，再生塔负荷也可以根据处理量的变化而自动调节，在低负荷运行时，降低装置的能耗。此比例控制方案大大提高了装置的操作弹性。关键词：天然气脱酸气装置；动态建模；HYSYSDynamic；动态特性中图分类号：TE6文献标识码：A文章编号：1001_4160(2012)01．2

3、7．301引言随着我国经济的逐步发展，对天然气的需求也不断增长。川渝地区作为我国天然气的主产区，随着近几年勘探力度的加大，相继发现了普光、罗家寨等一批大型气田【l】。但由于川渝地区所产的天然气普遍高含硫，需要经过天然气净化装置脱除天然气中酸性组分，以达到商用天然气标准。天然气脱酸气装置是净化装置的重要组成部分，主要通过醇胺吸收剂脱除天然气中的酸性气组分(主要为H2S和C02)。由于气田的逐步开发及气井开采制度的不同，造成气田地面集输系统输送到净化厂的原料气流量经常发生变动。天然气脱酸气装置为了适应原料气流量的波动，普遍采用较高的吸收剂循环量，以使净化气达到商品气气质要求，致使脱酸气装置的

4、能耗普遍偏耐21。为了研究天然气脱酸气装置在变负荷条件下装置的动态特性，需要建立脱酸气装置的动态仿真模型。然而，目前对天然气脱酸气装置的研究主要集中于稳态特性，没有针对动态特性展开研究【3】。本文依据川渝地区某高含硫气田脱酸气装置参数及过程控制方案，应用HYSYSDynamic建立天然气脱酸气装置动态仿真模型，分析天然气脱酸气装置在进料流量变化时，整个脱酸气装置的动态响应变化过程，研究了常规控制方案所存在的问题，并据此提出一种脱酸装置比例控制方案，使脱酸气装置可以根据原料气流量的变化调解装置的操作参数，增加天然气脱酸气装置的操作弹性。2天然气脱酸气装置过程控制方案目前，天然气气田的天然气

5、脱酸气装置普遍采用常规PID反馈控制方案，如图1为川渝地区某天然气脱酸气装置的控制流程示意图。Fig．1Schematicofprocesscontrolofnaturalgassweeteningplant．图l天然气脱酸气装置控制流程示意图收稿日期：2011．10—20；修回日期：2011—11—08基金项目：国家重点基础研究发展计划(2012cB720504)作者简介：李奇(198l—)，男，黑龙江人，博士研究生，导师：姬忠礼，热能工程专业．联系人：李奇，Ema／1．．1iqi_winner@126．corn万方数据计算机与应用化学2012，29(1)脱酸气装置主要采用醇胺溶液法脱

6、除天然气中的酸性气组分。原料气经入口分离器除去游离的液体及夹带的固体杂质后进吸收塔，天然气在吸收塔内自下而上和醇胺溶液(如42．8Wt％MDEA溶液)逆流接触脱出酸性组分，出吸收塔顶的净化气经分离器后去脱水装置。出吸收塔底的富液先经富液闪蒸罐，闪蒸出溶解于溶液中的烃类后经贫富液换热器升温进入再生塔，再生塔底部排出的贫液经换热器和循环泵降低溶液温度和升高压力后返回吸收塔顶，完成吸收剂循环过程。在脱酸气装置流程中，主要需要控制吸收塔和再生塔的操作参数，使出吸收塔的净化气达到商品气标准并保持装置能耗在较低水平。吸收塔中，主要控制贫胺吸收剂的入塔温度及循环量。吸收剂循环量直接影响净化气中酸性气的

7、含量，而溶液温度影响吸收剂对酸性组分的吸收效果。再生塔中，主要控制塔顶冷却器的温度，其对塔顶的回流量及去硫磺回收装置酸气中H：S的含量有较大影响。此外，还需控制塔底重沸器的加热量，其直接影响再生贫吸收剂中的酸性气负荷(酸性组分与醇胺的摩尔比)，以致影响贫液对酸气的吸收效果。此外还需对流程中的各储罐液位进行控制。天然气脱酸气装置动态建模图2为根据川渝地区某脱酸气装置的控制流程，应用HYSYSDynamic建立的天然气脱酸气装置的动态仿