利用ASPEN HYSYS软件处理凝析油稳定系统存在的问题

徐绍祖 张 帆 张炜森 樊春明 靳其兵

(1.北京化工大学信息科学与技术学院；2.中海石油深海开发有限公司)

利用ASPEN HYSYS软件处理凝析油稳定系统存在的问题

徐绍祖1张 帆2张炜森2樊春明2靳其兵1

(1.北京化工大学信息科学与技术学院；2.中海石油深海开发有限公司)

使用化工模拟软件ASPEN HYSYS模拟出凝析油稳定单元工艺和HydroCOM控制系统压缩机流程。先完善模拟软件内的参数，再根据模拟数据优化现场工艺流程，最终实现凝析油稳定单元零放空运行并达到闪蒸气压缩机额定处理量，提高了系统的可靠性、安全性、经济性和环保性。

凝析油稳定系统 ASPEN HYSYS 闪蒸气压缩机 HydroCOM

国内某油气设施凝析油稳定系统自投产以来，因下游需求量变化频繁，流程参数不稳定，导致闪蒸气压缩机HydroCOM系统参数设定值无法实时与设计值吻合，处理量达不到设计要求，长期存在放空，不仅产生了经济损失，还对环境造成了影响[1]。因此，调整工艺流程和闪蒸气压缩机参数成为减小凝析油单元放空量的关键。笔者参考了ASPEN HYSYS的模拟数据，调整并优化现场参数，对优化后的结果进行分析，在零成本投入的基础上，实现凝析油稳定单元零放空运行的目标。

1 工艺简介与存在的问题

1.1 工艺简介

凝析油稳定单元工艺流程如图1所示。预处理单元分离的凝液首先节流至2.90MPa、7.8℃，进凝析油一级闪蒸分离器(V-1201)进行一级分离，分离出的气相进闪蒸气压缩机(C-1201A/B)三级入口，增压到6.90MPa、45.0℃，与脱碳后的天然气混合进入脱水单元；一级闪蒸分离器(V-1201)分出的液相节流到1.15MPa，经凝析油进料换热器(E-1201)换热升温到55.0℃后进凝析油二级闪蒸分离器(V-1202)做进一步气液分离，分出的气相进入闪蒸气压缩机(C-1201A/B)二级入口。

图1 凝析油稳定单元工艺流程

二级闪蒸分离器(V-1202)出口凝液(1.12MPa、55.0℃)有两个去向，一部分凝液节流至0.45MPa、52.55℃，与凝析油稳定塔底重沸器(E-1203)来凝析油换热升温至129.0℃后进入凝析油稳定塔(T-1201)中部；另一部分节流至0.40MPa、52.2℃，直接进入凝析油稳定塔(T-1201)顶部。凝析油稳定塔操作压力为0.40MPa，塔顶气进入凝析油稳定塔顶分离器，分离出的气相经闪蒸气压缩机增压后(6.90MPa、45.0℃)与脱碳后的天然气混合进入脱水单元。分离器出的液相经凝液增压泵增压至2.00MPa后去脱丙烷塔。

1.2 存在的问题

凝液分离器的液相进入凝析油稳定单元，但是凝液分离器液位控制阀为两位阀(on 700mm,off 400mm)，在排液的瞬间会造成凝析油稳定单元进料量瞬时增大，使系统出现短时波动，气液相流量也会短时增大，压缩机负荷高低波动，如压缩机不能吸收变化量，系统会出现放空。

由于一、二级闪蒸分离器进料温度低会造成部分轻组分在一、二级闪蒸分离器无法闪蒸出来，轻组分大量在凝析油稳定塔闪蒸，导致凝析油稳定塔压力升高，压缩机一级负荷来不及匹配，造成系统波动，进而产生放空。而凝析油稳定单元一级闪蒸分离器的进料来自段塞流补集器液相，进料温度不受人为控制，所以控制凝析油稳定单元二级闪蒸分离器的进料温度就成为了解决问题的要因。

闪蒸气压缩机HydroCOM气量调节系统内的PID参数和各级压力设定点与系统处理量不匹配导致三级负荷相差较大：一级66%,二级79%，三级66%，且机组功率仅为310kW。凝析油稳定单元无放空最大处理量仅为65m3/h，远小于设计指标。

2 问题优化与成果

ASPEN HYSYS软件中常用的物性方程有PENG-ROBISON方程和NRTL-RK方程。数据计算的准确度取决于物性方程的选取是否合适，从而也会影响到全部工艺流程的精准度。对凝析油稳定工艺而言，ASPEN HYSYS内部设有专门针对该工艺的PENG-ROBISON物性包，其中含有两个热力学计算模型，分别是Li-Mather模型和Kent-Eisenberg模型，在此笔者采用Kent-Eisenberg模型作为气液相模型[2]。模拟凝析油单元流程如图2所示。

图2 ASPEN HYSYS模拟凝析油单元流程

2.1 优化凝析油稳定单元进口总量

在ASPEN HYSYS软件中将原有的两位控制阀改为液位连续控制阀。液位控制阀设定点SP为600mm，并根据一级闪蒸分离器液位与出口液位控制阀的开度变化调整凝析油稳定单元的处理量，保证一级闪蒸分离器液位与出口液位控制阀的开度基本保持不变[3]。对凝液分离器液相出口控制阀进行改造后，基本解决了凝液分离器排液时放空的问题，但是仍然无法解决凝析油稳定单元本身原因产生的放空。凝液分离器排液速度优化方案实施前后放空量对比如图3所示。

图3 凝液分离器排液速度优化前后放空量对比

2.2 凝析油稳定单元各工艺参数(压力、温度设定点)优化

要优化工艺流程参数，提高进料换热器所能提供的热负荷最为关键，有以下两种方式：

a. 减少二级闪蒸分离器液相进进塔换热器的流量，减少热量在进塔换热器的损失，从而提高进料换热器所能提供的热负荷；

b. 增加凝析油稳定塔底重沸器的设定温度，从源头上提高热量的来源。

在ASPEN HYSYS模拟中增加旁通二级闪蒸分离器液相进进塔换热器流量的控制阀门FV-1241开度，并在合理设计范围内逐步增加凝析油

稳定塔底重沸器加热温度的设定点。在凝析油处理量为123m3/h，且保证凝析油稳定单元平稳运行的前提下，缓慢将二级闪蒸分离器的入口温度从现在的42℃提高至设计值55℃，对二级闪蒸分离器入口温度与放空量进行对比(图4)。

图4 二级闪蒸分离器入口温度与放空量对比

2.3 HydroCOM控制器参数优化

通过ASPEN HYSYS模拟得到闪蒸气压缩机HydroCOM的理论设计参数，降低一级、二级闪蒸分离器闪蒸压力，增加一、二级闪蒸流量，增大压缩机二、三级负荷，减小稳定塔闪蒸量，减少稳定塔放空[4]。增大HydroCOM无级调节系统一级压力控制器设定点，减小二、三级压力控制器设定点，使压缩机级间负荷基本达到平衡(100%，98%，99%)，参数调整见表1。

表1 调整HydroCOM参数前后闪蒸气压缩机基本参数

3 效果分析

设定凝析油单元入口流量70m3/h，一、二级闪蒸分离器间温度设定点55℃等参数。连续对2015年9～12月凝析油单元放空量进行统计。在优化参数后，从9月至12月，该设施凝析油单元运行平稳正常，并且日放空量由5 000m3减少至0m3，优化效果显著，实现凝析油稳定单元零放空的同时优化参数后的现场系统与ASPEN HYSYS模拟流程高度匹配。以最小处理量70m3/h和最大处理量117m3/h为例，无论在小处理量70m3/h时，还是在最大处理量117m3/h的工况下，闪蒸气压缩机三级负荷贴近设计值，机组运转正常且凝析油系统无放空。

4 结束语

使用ASPEN HYSYS软件模拟凝析油稳定单元，与现场实际操作相结合，能够更深入地了解闪蒸气压缩机HydroCOM系统的控制精髓，从而能够完美地适应不同处理量下的运行工况。ASPEN HYSYS模拟软件将现场的工况最真实地展现在电脑上，在今后的化工设备和系统调试前，可以尝试先使用ASPEN HYSYS系统进行模拟，将可能出现的问题先暴露出来，把现场改动参数、设备流程的风险和经济损失降至最低。笔者在零成本投入的基础上实现凝析油稳定单元零放空运行并达到闪蒸气压缩机额定处理量，提高了系统可靠性、安全性、经济性和环保性。

[1] 车长波,朱杰,李富兵，等. 全球油气资源形势[J].天然气工业,2010,30(1):1～4.

[2] Meng-Hul Li,Keh-Perng Shen.Densities and Solubilities of Solutions of Carbon Dioxide in Water+Monoethanolamine+ N-Met Hyldiethanoiamine[J]. Journal of Chemical & Engineering Data,1992,37：288～290.

[3] 孙仁龙,刁建华,严文强,等. Aspen Hysys在油田净化商品油蒸馏装置的应用[J].化工自动化及仪表,2015,42(9)：1019～1023.

[4] 姚红,左鹏,景晔.压缩机气量无级调节系统在连续重整装置上的应用[J].化工机械,2016,43(1)：107～111.

ProblemsinProcessingCondensateOilStabilitySystemwithASPENHYSYSSoftware

XU Shao-zu1,ZHANG Fan2, ZHANG Wei-sen2, FAN Chun-ming2, JIN Qi-bing1
(1.CollegeofInformationScienceandTechnology,BeijingUniversityofChemicalTechnology；2.CNOOCDeepwaterDevelopmentCo.,Ltd.)

Making use of ASPEN HYSYS, a special chemical process simulation software, to simulate the process of condensate oil stability unit and that of the compressor in HydroCOM process control system was implemented, in which, having parameters inside the simulation software perfected and the analog data based to optimize technological process on-site, in this way, the zero escaping operation of the stable condensate unit can be finally realized, including the rated capacity of the flash gas compressor; and the system reliability, safety, economy and environmental protection can be improved.

condensate oil stability system, ASPEN HYSYS, flash gas compressor, HydroCOM

TP399

B

1000-3932(2017)04-0388-04

2016-09-22，

2017-03-15)

徐绍祖(1989-)，硕士研究生，从事采油生产工艺的研究，2291088078@qq.com。