引射器在回收天然气回流压力能工程中的应用.pdf

笫4 2 卷第8 期 2 0 1 3 年 8月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a 1 I n d u s t r y V o 1 ． 4 2 ，N o ． 8 A u g u s t，2 0 1 3 引射器在回收天然气回流压力能工程中的应用 王 磊 ，于相东 ，王 晶 I ．中国石油天然气管道局天津设计院 ， 天津 3 0 0 4 5 7 ； 2 ．渤海钻探油气合作开发分公司 ， 天津 3 0 0 2 8 0 摘 要 通过引射器在回收利用高压天然气压力能方面的实际应用，分析引射技术在回收天然气压力能实 际应用中的可行性、安全性、经济性 ，从而对天然气蕴藏的潜在能量的回收进行探索及研究。 关键词引射器；回收；压力能；应用 中图分类号T E 9 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 3 0 8 1 0 8 8 0 3 Ap p l i c a t i o n o f E j e c t o r i n Re c o v e r i n g P r e s s u r e Ene r g y o f Na t u r a l Ga s Re c i r c ul a t i o n i n t he Eng i ne e r i ng WAN G Le i ， YUXi a n g - d o n g2 ，W A NGJ i n g 1 ． C h i n a P e t r o l e u m P i p e l i n e B u r e a u T i a n j i n D e s i g n I n s t i t u t e ， T i a n j i n 3 0 0 4 5 7 ，C h i n a ； 2 ． B HD C Oi l Ga s C o o p e r a t i o n a n d D e v e l o p me n t C o mp a n y , T i a n j i n 3 0 0 2 8 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h r o u g h ana l y z i n g p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f e j e c t o r i n r e c y c l i n g h i g h p r e s s ure e n e r g y o f n a t u r a l g a s ， t h e f e a s i b i l i t y , s a f e ty and e c o n o my o f a p p l y i n g e j e c t o r t e c h n o l o gy t o r e c o v e r p r e s s ure e n e r gy o f n a t u r a l g a s w e r e d i s c u s s e d ， a n d the r e c o v e r y o fn a t u r a l g a s p o t e n t i a l e n e r gy wa s e x p l o r e d a n d r e s e a r c h e d ． Ke y w o r d s E j e c t o r ； R e c y c l i n g ； P r e s s u r e e n e r gy； A p p l i c a t i o n 近年来，清洁、环保、高效的天然气得到了广 泛的应用 。国内外越来越多的学者开始关注和研究 与天然气利用密切相关的技术， 如天然气管网压力 能的回收、 L N G冷能的利用等。天然气引射器是利 用较高压力天然气引射较低压力天然气，以获得所 需压力，由于利用了高压天然气的压力，不需其他 能源，是一种节能装置。国内的一些文献对引射器 的理论与应用进行了有价值的研究 1- 10 ] 合理回收 利用高压天然气蕴藏的潜在能量，既可有效提高能 源的利用率，也可为企业的经济运营作出贡献。 本文以大港油田天然气回流压力能利用改造中 引射器的应用为例 ，对回收利用高压天然气压力能 技术进行探讨及研究 。 l 项 目实施必要性及解决方案 1 ． 1 现状 大港油田天然气处理站天然气深冷装置主要来 气有高、中、低压三种来气，其中低压和中压气经 压缩机压缩后和高压气混合后进人后续天然气处理 装置处理，干气外输至大港油田民用及工业、天津 民用及工业 、沧州大化集团公司 、沧州民用等用 户，干气外输压力 g 为 0 ．8 5 M P a 。 天然气处理站 内已有 2台 6 H O S 一 3型进 口压缩 机，3 台H 一 7 8 1 3 0 1 5 2 ／ 8 ． 5 型直输机，5 台压缩机可 以匹配运行 。2台 6 H O S 一 3型进 口压缩机 日处理 中 压气 N 约 1 51 0 4 m ’ ， 日处理低压气约 3 01 0 4 m 。3 台 H 一 7 8 ／ 3 0 1 5 2 ／ 8 ． 5 型直输机 日处理中压气约 7 ． 5 X 1 0 m ，日处理低压气约 1 5 X 1 0 4 m 。 另外天然气处理站还设置有 6 R D S B 一 1型港沧 增压机 2台，用于陕气增压，1 用 1 备，压缩后的 天然气进 0 4 0 6港沧输气管道 ，港沧压缩机吸人压 力为 3 ．0 M P a ，排气压力为4 ．0 M P a ，单台机组排气 量为 3 0 0 X l 0 4 m ／ d ，压缩机设有回流装置 。 处理站处理的低压气主要来 自于采油 四厂 、采 油一厂和滩海公司， 2 0 1 0年天然气处理站进站低压 气 日均约为 7 0X l 0 4 m 。其中埕海油田低压气是 2 0 1 0年 4月份刚投产并进入处理站处理的，目前埕 海油田低压来气压力为 0 ． 0 5 ～ 0 ． 1 2 MP a ，日均气量约 3 0 1 0 m 。 1 ． 2 存在问题 目前，天然气处理站压缩机压缩单元 日 均处理 低压气 7 0 X 1 0 4 m ，当低压气量在大于 7 0 1 0 4 m 3／ d 时，为处理更多的低压气 ，处理站需启动 1台 H 一 7 8 ／ 3 0 1 5 2 ／ 8 ． 5 型直输机 功率为 1 2 4 5 k W 。 由于进处理站的低压气压力在 0 ．0 5 0 ． 1 2 M P a 之间，而处理站的外输压力为 0 ．8 5 M P a ，因此低压 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 4 -1 5 作者简介 王磊 1 9 8 2 一 ，女 ，天津人，助理工程师，2 0 0 6年毕业于西南石油大学化学工程与工艺专业，研究方向从事油气加工设计工作。 E - m a i l w a n g l e i c p p e t j ． c o m 。 笙 鲞 塑 三 墨 兰 墨 垄里 些 箜 里 鎏 堡 三 堡主 生 气在不增压的情况下，无法进入到外输管网外输 ， 流的紊动扩散作用下， 卷吸周围压力较低的流体。 被 在特定情况下多出的低压气由于无法处理将可能被 吸人的压力较低的流体为引射流体f 又称为二次流 放空处理。 体 。工作流体与引射流体在混合室内混合， 进行动 目 前4 4 0 6港沧输气管道下游用户实际用气量只 量交换， 在流动过程中速度插分布渐渐均匀， 在此期 有 2 5 0 1 0 m 左右 ，港沧增压机组每天都约有 间常常伴随压力的升高。 随后， 混合流体进入扩压室， 3 0 - 5 0 1 m 左右的天然气经回流装置回流， 再 压力因流速的降低而升高。 在扩压室出口处， 混合流 进人压缩机压缩， 反复循环， 造成电能和压力能的浪费。 体的压力高于进入接受室的引射流体的压力 。 1 ． 3 解决方案 2 _ 2 气体 引射器选型 为了能处理更多的低压气以及避免电能、压力 该项目的基础设计参数如下 能的浪费，该工程拟在天然气处理站新上 1 台气体 高压天然气进气温度3 5 ～ 5 O℃； 引射器，利用港沧增压压缩机高压天然气的压力能 高压天然气进气压力 g 为4 ．0 M P a ； 携带走一部分低压天然气，气体引射器喷射出来的 低压天然气人口温度0 ～ 3 0℃； 天然气直接进入处理站外输管网外输。 低压天然气入口压力为0 ． 0 5 0 ．0 8 M P a； 2 气 体 引 射 器 嘉 进 气 口 天 然 气 输 气 N ’规 模 要 求 为 3 0 2 ． 1 气体 引射器原理 引射器本身就是一个混合器，引射器主要由喷 嘴、接受室、混合室及扩压室组成。它利用流体引 射原理， 使两种流体在其中作质量、能量的混合。 压力比较高的流体 称为引射流体 通过喷嘴高速流 出，在吸人室内形成负压，吸人压力比较低的流体 称为被引射流体 ，两股流体互相混合后流出引射 器。混合后的流体压力高于被引射流体，低于引射 流体。其工作原理见图 1 。 工 作 流体 一 次 液 体 接 受 窜 图 1 引射器结构简图 F i g ． 1 S c h e ma t i c d i a g r a m o f e j e c t o r 压力较高的流体为工作流体 又称为一次流 体 ，以很高的速度从喷嘴流出，进入接受室，在射 喷射器混合气出口压力要求为0 ．9 1 ． 0 M P a ； 喷射器混合气出口温度要求为I5℃。 根据基础参数进行计算选型， 该项 目引射器需 采取两级引射。引射器运行工况参数见表 l ，外型 图见图 2 。 图 2 引射器外型图 F i g ． 2 D r a w i n g o f e j e c t o r 表 1 引射器运行工况参数表 T a b l e 1 E j e c t o r o p e r a t i n g p a r a me t e r s t a b l e 3 工艺流程设计 3 ． 1 工艺流程 从已建天然气处理装置来低压天然气 0 ．0 5 ～ 0 ．0 8 M P a 及从港沧增压压缩机来高压天然气 4 ．0 M P a 经气体引射器混合， 达到 0 ． 9 ～ 1 ．0 M P a 后， 直 接进入处理站外输管网 0 ． 8 5 MP a 外输 ，通过设 置在高压气管道上的流量调节，可通过对高压气的 流量控制来控制引射器出口混合气的流量 图3 。 3 I 2 运行控制方式及安全保护 引射装置的运行控制方式主要分为现场就地 控制和控制室远程控制。安全保护措施包括 1 为保障引射装置安全运行， 设置了比较全面 1 0 9 0 当 代 化 工 2 0 1 3年 8月 的 自控系统过程监控措施 。 气体引射器低压气人口压力、温度检测及就地 指示 ； 气体引射器低压气入口流量检测及就地指示； 气体引射器低压气人口紧急切断； 气体引射器高压气人 口压力 、温度检测及就地 指示 ； 气体引射器高压气人口流量检测及自动调节； 气体引射器高压气入口紧急切断； 气体引射器出口压力、温度检测及就地指示。 2 为避免低压管道在 负压状态下被破坏 、高 压气在低压气失气状态下反窜或高压气失气状态下 导致外输压力降低 ， 将低压气管道气动紧急切断阀 后管线设计压力提高， 与高压气管线设计压力一致； 同时将引射器出口管道上的压力高、低检测分别与 引射器高、低压进口管道上设置的气动紧急切断阀 进行联锁 。 3 为避免事故状态下对装置的破坏 、以及方 便装置开工投产、 设备检修，在低压气管道以及引 射器出 口管道上设置安全放空设施。 图 3引射装置工 艺流程图 F i g ． 3 E j e c t i o n d e v i c e p r o c e s s fl o w d i a g r a m 4 经济效益分析 引射装置投运后 ， 可避免增开一 台 1 2 4 5 k V 压 缩机或避免一部分无法处理的低压气被放空。则投 运后，每天可节省电费约 2 万元或每天可使 2 万方 低压气避免被放空。此部分可看作是回收并利用天 然气压力能的直接经济效益。 另外投运后 ，因同时利用了港沧增压机高压气 的能量 ， 还避免了港沧增压机高压气回流往复压缩， 减少了部分能量浪费。此部分可看作是压力能利用 的间接效益。 但由于引射器出口压力受被引射天然气压力 的制约隅 ，而本项目低压气来气压力较低 ，其压力 不足引射器要求出口压力的 1 0 ％，能处理的低压气 量有限，见表 1 。因此该项目的经济效益受到一定 的限制。 5 引射装置的安全可靠性 该引射器运行可采用现场就地操作 或远程操 作两种控制方式 ，并设置了不同状态下对装置及管 道的保护措施 ，安全可靠性 比较高。 6 结 论 引射器具体有多项优点 ①升高被引射流体的压力而不直接消耗机械 能，又避免了能量的浪费，具有节能降耗的突出特 点，符合国家节能环保的基本国策。 ②经济效益显著，可节约生产运营成本。 ③不需要增加辅助设备，能够取得很好的综合 效益。 与此 同时，引射器也存在一些不足 ①两股流体混合时产生较大的能量损失， 传能 效率较低。 ②若被引射气压力与引射器出口压力相差较 大， 则被引射气体的引射量会较低， 效益就会受限。 综合来说，引射器具有广泛的应用前景， 其在 某些特定工况条件下 ，如引射器出口压力不超过被 引射天然气压力的 2倍嘲 ，能够取得良好的综合效 益 。 参考文献 [ 1 ]严铭卿．燃气引射器工况研究与优化设计[ J 】 ．煤气与热力，1 9 9 4 ， 1 4 6 2 0 2 5 ． [ 2]钱申贤． 气体引射器流体动力特性实验研究f J 1 _ 煤气与热力， 1 9 9 6 ， 1 6 5 4 8 - 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