PLC控制系统在天然气脱水系统中的应用

0 引言

　　从油田开采得到的天然气一般都含有饱和量的水蒸气(简称水气)。水气是天然气中有害无益的成分。天然气中存在水气，减少了输气管线对其他有效成分的输送能力，降低了天然气的热值。当输气管道压力和环境温度变化时，可能引起水气从天然气气流中析出，形成液态水、冰或天然气的固体水化物，这会降低输气压力，严重时还会堵塞阀门和管道及换热器等设备。在输送含有酸性组分的天然气时，液态水的存在还会加速酸性组分对管壁的腐蚀、缩短管道的使用寿命。因此，天然气必须进行脱水。

　　目前，天然气脱水常用的工艺有吸附干燥法、溶剂吸收法和冷冻分离法三种。分子筛脱水工艺具有更高的脱水深度和较强的可再生性，因此采用分子筛作为吸附剂的吸附干燥法得到了广泛的应用性。

1 分子筛脱水工艺

　　分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构，它的孔穴直径大小均匀。这些孔穴能把比它直径小的分子吸附到孔腔的内部，对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力，因此，这些孔穴能把极性程度不同、饱和程度不同、分子大小不同和沸点不同的分子分离开，即具有“筛分”分子的作用，故称分子筛心。选用分子筛作为干燥剂的脱水工艺称为分子筛脱水工艺。

　　分子筛脱水工艺流程如图1所示。

　　整个流程分为分子筛吸附脱水、分子筛加热再生、分子筛床层冷却和等待再次吸附四个阶段。一般采用两塔或三塔，按一定的时序在四个阶段间自动切换。系统采用PLC实现时序控制、温度PID调节，操作方便、运行可靠。

　　分子筛脱水工艺流程的四个阶段具体介绍如下。

　　①吸附阶段:含水天然气(即湿气)从干燥塔顶进人，与塔内分子筛充分接触，脱除水气，从塔底流出，进入粉尘过滤器。滤除粉尘及液滴后，成为合格的干气。其中一部分干气作为再生气进入分子筛再生系统，其余干气进人后续处理设备。

　　②再生阶段:当分子筛干燥塔吸附湿气达到24h时，干燥塔T₂进入吸附阶段，T₁停止吸附，进人再生阶段。合格干气进人再生气加热炉，加热成为300℃的再生气;然后从分子筛干燥塔下部进入塔内，为分子筛床层加热，脱除已吸附的水分，并夹带脱除的水分经塔顶时间控制阀离开分子筛干燥塔;经再生气冷却器冷却至25℃后，进入再生气分离罐，分离掉游离水后回到分子筛人口。

　　③冷却阶段:当分子筛床层被再生气加热的时间达到6h时，床层的脱水工序完成，转人冷却阶段。此时再生气加热炉切换至小火，再生气温度降为50℃，对分子筛床层进行冷却。

　　④等待阶段:当冷却时间达到4h时，干燥塔底部的再生气进气阀和顶部，再生气排气阀关闭，分子筛干燥塔的旁通阀打开，无气体经过分子筛干燥塔。该塔进人等待阶段。等待2h后，T₁干燥塔T₂;接替干燥塔T₂开始吸附脱水，干燥塔T开始再生。整个过程不断循环。