凝析气田天然气处理工艺模拟与优化.docx

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石油和化工设备

-38-■技术交流2011年第14卷

凝析气田天然气处理工艺模拟与优化

王海

(中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京100085)

[摘要]根据凝析气田天然气处理装置的工艺现状，运用工程模拟软件建立工艺流程计算模型及“映射模型”。按照最优化技术原理，对凝析气田天然气处理工艺流程建立以提高收益降低能耗为目标的工艺参数优化模型，通过优化模型的计算求解得到最优的工艺操作参数。

[关键词]凝析气田；天然气处理；流程模拟；优化技术

随着油气田勘探开发的不断深入和扩展，气田开发的各种参数发生较大变化，导致气田建设初期集中处理系统的设计参数与当前实际运行参数差距较大；同时，经过多年的不断调整和改造，实际处理工艺也发生了部分变化。因此，需对天然气装置运行情况进行全面分析研究，准确把握天然气处理厂的运行现状，避免各种事故发生。通过天然气处理厂生产运行数据的动态跟踪分析，建立处理厂工艺计算模型，探讨处理厂重要装置的适应性，并对关键工艺环节、关键点参数进行优化，可为处理厂安全平稳运行提供重要依据。

1工艺流程模拟

按照处理厂改造后的工艺流程，根据从单元模型到系统模型的思路，将井口油气组分分别进行摩尔平衡后再混和作为处理厂进站原料气组分，结合设备参数，按照工艺流程进行模拟，建立完整的处理厂稳态模型。运用油气加工模拟软件Hysys软件对流程进行模拟。

凝析气田天然气处理工艺流程涉及的工艺过程单元模型包括分离计算模型、节流过程计算模型、压缩过程计算模型、多元精馏过程计算模型、换热过程计算模型等。工艺流程包含了J-T阀节流制冷、高压循环注气、凝析油逐级闪蒸、微正压分馏稳定工艺、轻烃回收、乙二醇再生以及高压注醇等工艺。具体模拟流程图见图1。

图1处理厂稳态模型

2工艺参数优化

2.1变量分析

处理厂主要液体产品均来自塔出口产品，脱乙烷塔塔底温度与脱乙烷塔出口气的质量有密切关系，并且脱乙烷塔塔底出口物料的组分对后面

液化气质量有较大影响。液化气分馏塔塔底温度和回流比对液化气产品质量影响较大，凝析油稳定塔塔底温度对凝析油产品质量有较大影响。对

作者简介：王海(1983一),男，四川省绵阳人，硕士研究生，助理工程师，在中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司从事工艺工程设计。

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第8期王海凝析气田天然气处理工艺模拟与优化39

于利用原料气的压力能采用J-T制冷的分离工艺，J-T阀后压力的大小是重要影响因素。J-T阀后压力主要是由产品气的水烃露点及液体产品的产品质量共同决定。由于注气压力较高，整个处理厂的主要能耗源是注气压缩机，同时注气压缩机的能耗还受注气量的影响；另一个主要能耗源是凝析油稳定塔，由于处理厂的凝析油产量较大，达到60×10?t/a,因此重沸器内凝析油流量较大，需要消耗大量塔底热负荷；其它主要能耗来自各塔再沸器、冷凝器以及压缩机。

目标变量根据现场实际需要确定，由于采用J-T阀节流制冷分离工艺，主要产品为凝析油、液化石油气和稳定轻烃。如果提高丙烷以上组分收率，可以提高凝析油、液化石油气和轻烃的产量，但在增加产品量的同时必然导致能耗的增加。单独以轻烃收率最大或以能耗最低为优化目标，并不能保证总收益最大。另外，由于凝析油、液化气、稳定轻烃以及外输天然气市场价格的不同，需要在确定产品价格基础上计算这些产品的收益。

因此以单位产品收益的能耗值作为优化目标函数，收益包括了凝析油、液化气、稳定轻烃以及外输天然气的总收益，能耗包括处理厂主要压缩机、冷凝器和重沸器的总负荷。

2.2映射数学模型

基于现场处理工艺和流程模拟技术建立模型，采用专用工艺过程模块库的支持，变量数量庞大，自由度和约束条件很多。

为了寻找优化工况，需做很多条件下的计算。通常采用的单因素分析，不能反映出各因素同时变化对整个模型的影响，这就造成了在实施调优时的困难。但是，任何复杂的工艺计算模型，都可视为一种将自变量矢量转换成因变量矢量的线性或非线性变换。因此，前面的稳态模型应该可以映射为一个线性或非线性变换，而该变换也就是把原先非常复杂的计算过程转换成简单的自变量和因变量的两个矢量间的数值关系。有了这种映射，在实施寻优时就可以不必大量进行复杂的计算而只需要利用这种变换。虽然这种映射模型不能十分精确