膨胀制冷技术在管壳式换热器中的应用
                                    胡徐彦
              (中海石油(中国)有限企业湛江分企业，广东湛江 524057)
    [摘要]某海上油田陆岸终端轻烃回收系统未凝气闪蒸罐气相出口管壳式换热器采用淡水冷却，由于天然气处理量增加，管壳式换热器制冷效果不能达到设计要求的影响，未凝气闪蒸罐运行压力一直偏高，导致轻烃和重烃分离不完全，部分重烃在系统中重复处理，部分液化气进入常压轻油储罐而损失。文章利用天然气在该工艺流程段多余势能，将膨胀制冷技术集成至管壳式换热却器，天然气经过膨胀后降温和水冷降温，提高了轻烃和重烃的分离效果，降低了未凝气闪蒸罐运行压力，避免了液化气的浪费，减少了淡水的消耗，提高了该系统的运行效率，取得了较好的经济效益与社会效益。
    [关键词]未凝气闪蒸罐；管壳式换热器；液化气；轻油；膨胀制冷
    [中图分类号]TH [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2014)01-0141-02
    1· 背景
    某海上油田陆岸终端天然气经过轻烃回收系统处理，主要是将天然气中较重的烃类分离出来，一方面对天然气中的液化石油气(C3、C4)、轻质油(C5～C8)分别进行液化回收，另一方面回收后较重的烃类的干气(C1、C2)作为商品天然气销售或燃料气。
    轻烃回收系统主要包括脱乙烷塔、脱丁烷塔及其附属设备。脱乙烷塔是低温进料的浮阀塔，在塔顶形成干气，在塔底形成混合轻烃。混合轻烃进入脱丁烷塔，脱丁烷塔为塔顶带回流的浮阀塔，在塔上部形成液化气，在塔下部形成稳定轻烃。
    脱丁烷塔下部稳定轻烃进入未凝气闪蒸罐，主要是轻质油(C5～C8)，含油少量液化石油气(C3、C4)，其工艺流程见图1。未凝气闪蒸罐出口管壳式换热器采用淡水冷却，由于冷却效果较差，导致轻烃和重烃分离不完全，部分重烃在轻烃回收系统中重复处理增加处理负荷，部分液化气进入常压轻油储罐而损失，每天损失液化气约2 方，同时为了提高管壳式换热器的冷却效果，在日常运行过程中增加了冷却淡水量。

    2· 改造措施
    管壳式换热器器由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，壳体为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，混合轻烃在管内流动，称为管程流体；冷却水在管外流动，称为壳程流体。
    该陆岸终端目前天然气处理量远超该轻烃系统原设计处理量，导致未凝气闪蒸罐出口管壳式换热器冷却效达不到设计要求，因而轻烃和重烃分离不完全，原管壳式换热器结构如图2所示。
          
    本文依据国家标准要求[1-2]重新优化设计、改造了该管壳式换热器内部传热管束，将膨胀制冷技术集成至传热管束中，每条传热管中增加两个膨胀短接，利用天然气在该工艺流程段多余势能，改造后的管壳式换热器见图3。天然气经过该改造的传热管时瞬间膨胀(相当于绝热膨胀过程)，根据热力学第一定律，可证明这是等熵过程，混合轻烃气相压力、温度下降。
          
    3 ·效果与效益
    该陆岸终端将管壳式膨胀换热器改造成为管壳式膨胀换热器，未凝气闪蒸罐出口混合轻烃经过膨胀降温和水冷降温，未凝气闪蒸罐温度和压力都得到较大幅度的降低，温度降低了26 ℃左右，见图4；压力降低了0.21 MPa 左右，见图5。
          
          
    未凝气闪蒸罐压力、温度降低后，提高了轻烃和重烃的分离效果，减少轻油进入气相，减少了轻烃系统重烃重复处理量；同时也减少液化气进入轻油储罐，避免了液化气的浪费，减小对大气环境的污染[3]。该改造项目总共花费4000 元人民币，每天回收液化气约为2 方，每天节约淡水约为3 方，年直接经济效益达200万元人民币。
参考文献
[1]《压力容器》(GB 150-2011)[S]．
[2]《管壳式换热器》(GB151-1999)[S]．
[3]李少华，刘宝玉．基于制冷技术的油气回收过程[J]．石油库与加油站，2010，19(6)：40-41．