土庫曼斯坦阿姆河第二天然氣處理廠集氣工藝優(yōu)化

摘 要

摘要：土庫曼斯坦阿姆河第一天然氣處理廠集氣裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中存在氣液分離器分離乳化油效果不明顯、段塞流捕集器容量偏小、上游來液含較多乳化油嚴(yán)重影響下游凝析油穩(wěn)定
摘要：土庫曼斯坦阿姆河第一天然氣處理廠集氣裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中存在氣液分離器分離乳化油效果不明顯、段塞流捕集器容量偏小、上游來液含較多乳化油嚴(yán)重影響下游凝析油穩(wěn)定裝置的平穩(wěn)運(yùn)行等問題，為避免類似問題的發(fā)生，有必要對(duì)即將投產(chǎn)的阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置的工藝進(jìn)行優(yōu)化。從優(yōu)化段塞流捕集器形式、增加分離緩沖設(shè)備和優(yōu)化布局等因素綜合考慮，采取了以下5項(xiàng)優(yōu)化措施：①分別設(shè)置高低含硫天然氣集氣系統(tǒng)以滿足下游酸氣處理工藝要求；②采用新型高效段塞流捕集器提高氣液分離效率；③增設(shè)緩沖沉降罐減小乳化油對(duì)下游裝置的影響；④優(yōu)化了設(shè)備平面布置增加操作舒適性；⑤完善安全放空系統(tǒng)，保證系統(tǒng)本質(zhì)安全。優(yōu)化后的集氣裝置能實(shí)現(xiàn)原料氣氣液高效分離、計(jì)量，對(duì)高低含硫系統(tǒng)硫化氫含量進(jìn)行監(jiān)測并對(duì)氣量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)配，確保了系統(tǒng)平穩(wěn)高效可靠運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：土庫曼斯坦；阿姆河第二天然氣處理廠；集氣；段塞流捕集器；緩沖沉降罐；設(shè)備平面布置；緊急截?cái)?/span>
土庫曼斯坦巴格德雷合同區(qū)域A區(qū)的阿姆河第一天然氣處理廠及內(nèi)部集輸系統(tǒng)已順利投產(chǎn)，目前運(yùn)行基本正常，但也存在上游來液不穩(wěn)定、集氣裝置分離器效果不明顯、段塞流捕集器容量偏小、直接影響下游凝析油穩(wěn)定裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)等問題。為避免類似問題同樣出現(xiàn)在阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置，有必要對(duì)集氣裝置的處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，在確保集氣裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)的同時(shí)，最大限度減小上游來液不穩(wěn)定對(duì)下游處理裝置的影響。
1 阿姆河第一天然氣處理廠集氣裝置及存在的問題
    阿姆河第一天然氣處理廠集氣裝置接收巴格德雷合同區(qū)域A區(qū)3條集氣干線的來氣，正常工況下，進(jìn)裝置天然氣均進(jìn)入段塞流捕集器，再經(jīng)匯氣管分別去4臺(tái)氣液分離器除去天然氣中的游離水及固體雜質(zhì)，再輸往下游的脫硫脫碳裝置，每臺(tái)氣液分離器與下游4套脫硫脫碳裝置一一對(duì)應(yīng)。氣液分離器排出的氣田污水直接去凝析油穩(wěn)定裝置。當(dāng)某一條集氣干線清管作業(yè)時(shí)，另兩條集氣干線的天然氣經(jīng)段塞流捕集器旁通直接進(jìn)入下游氣液分離器進(jìn)行分離。阿姆河第一天然氣處理廠集氣裝置工藝原理框圖如圖1所示[1～6]。
 

    目前，該裝置運(yùn)行基本正常，但由于上游來氣攜帶了較多的壓井液等乳化油，導(dǎo)致氣液分離器無法正常分離出乳化油，使得下游凝析油穩(wěn)定裝置三相分離器水中攜帶出較多的污油，影響了污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而增加了凝析油的夾帶損失。
2 阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置工藝及要求
    巴格德雷合同區(qū)域8區(qū)天然氣的含硫量不盡相同，按土庫曼斯坦當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)硫化氫含量高于0.3%(體積分?jǐn)?shù)，下同)時(shí)天然氣處理廠的酸氣不能直接燃燒排放，需進(jìn)行硫磺回收；當(dāng)硫化氫含量低于0.1%時(shí)酸氣可直接燃燒排放。因此，阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置也應(yīng)相應(yīng)考慮設(shè)置兩套既獨(dú)立又相互聯(lián)通的天然氣處理系統(tǒng)。阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置工藝原理框圖如圖2所示。

    天然氣通過內(nèi)部集輸系統(tǒng)氣液混輸進(jìn)入集氣裝置的清管接收區(qū)，然后按照含硫量的不同由集氣干線分別進(jìn)入集氣裝置區(qū)的高、低含硫集氣系統(tǒng)進(jìn)行氣液兩相分離等工藝處理。在兩套集氣系統(tǒng)的聯(lián)通匯氣管上分別設(shè)置硫化氫含量監(jiān)測儀，根據(jù)硫化氫含量實(shí)時(shí)調(diào)配集氣系統(tǒng)的處理量。
    集氣干線來氣在匯氣管匯合后進(jìn)入段塞流捕集器進(jìn)行一級(jí)氣液兩相分離，氣相通過匯氣管匯合后進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行第二級(jí)氣液兩相分離，天然氣去下游相應(yīng)的脫硫脫碳裝置。
    一、二級(jí)分離器排出的液體匯合后一起進(jìn)入緩沖沉降罐，經(jīng)緩沖沉降罐初步穩(wěn)定的油、水混合液輸往下游凝析油穩(wěn)定裝置的三相分離器進(jìn)行油、氣、水三相分離處理。
    當(dāng)某條集氣干線清管時(shí)，該集氣干線來氣進(jìn)入段塞流捕集器進(jìn)行一級(jí)氣液兩相分離，氣相再進(jìn)入臥式氣液分離器進(jìn)行第二級(jí)氣液兩相分離。其余不清管的集氣干線來氣由閥門切換直接進(jìn)入段塞流捕集器下游臥式氣液分離器進(jìn)行氣液兩相分離。
    該裝置可實(shí)現(xiàn)如下主要功能[7～8]：
    1) 接收集氣干線來氣，高、低含硫天然氣由兩套集氣系統(tǒng)分別集氣。
    2) 對(duì)原料氣進(jìn)行氣液兩相分離。
    3) 捕集集氣干線氣液混輸來氣的段塞流。
    4) 檢測高、低含硫天然氣的H2S含量。
    5) 調(diào)配高、低含硫兩集氣系統(tǒng)間的氣量。
    6) 集氣干線智能清管。
    7) 裝置內(nèi)及上、下游管線事故時(shí)對(duì)進(jìn)、出裝置的天然氣進(jìn)行緊急截?cái)唷?/span>
    8) 天然氣處理廠事故時(shí)，高、低含硫系統(tǒng)全廠緊急放空。
    9) 集氣干線事故時(shí)天然氣放空。
    10) 裝置內(nèi)ESD(緊急截?cái)?緊急放空。
    11) 檢測各集氣干線的內(nèi)腐蝕情況。
    12) 預(yù)留后期開發(fā)氣田的干線接口。
3 阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置工藝優(yōu)化
    阿姆河第一、二天然氣處理廠集氣裝置工藝總體上一致，但第二天然氣處理廠的集氣裝置較前者有較大優(yōu)化，主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面。
3.1 設(shè)置兩套獨(dú)立的高、低含硫天然氣處理系統(tǒng)
阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置按原料氣中硫化氫含量的高低，設(shè)置了兩套既獨(dú)立又聯(lián)通的天然氣處理系統(tǒng)，分別與天然氣處理廠下游的酸氣處理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，最大限度地滿足土庫曼斯坦當(dāng)?shù)貙?duì)環(huán)保的要求。
3.2 采用新型高效段塞流捕集器
    阿姆河第一天然氣處理廠集氣裝置采用了普通分離管式段塞流捕集器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。此類捕集器的一級(jí)分離段在儲(chǔ)液段之上，限制了其容積，導(dǎo)致氣、液分離時(shí)間不充分，致使氣中夾帶較多的液體，使下游裝置液量偏多，不能滿足大流量氣液混輸段塞流捕集工況[7]。尤其是在管線清管作業(yè)時(shí)，易造成溢流的危險(xiǎn)。
 

    阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置首次采用了新型高效旋流段塞流捕集器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。該裝置在入口處設(shè)置有流量均分裝置，通過結(jié)構(gòu)對(duì)稱方式保證流量均勻進(jìn)入一級(jí)切線斜入式旋流分離段，并利用傾斜安裝的斜入式引流管改變?nèi)肟谔幍臍庖毫鲃?dòng)狀態(tài)，形成不滿流，使氣液分層預(yù)分，提高旋流分離段的分離效果。一級(jí)切線斜入式旋流分離段的筒體直接與管式液相緩沖儲(chǔ)存分離段連接，由于旋流分離段與液相緩沖儲(chǔ)存分離段連接口的尺寸大，能夠保證液體順利進(jìn)入儲(chǔ)液段中。同時(shí)在管式液相緩沖儲(chǔ)存分離段左上方設(shè)置有二級(jí)氣相重力分離段，通過連通口與氣液平衡口可使儲(chǔ)液段與二級(jí)分離段形成尺寸更大的重力分離裝置，增加了液相停留時(shí)間，能保證氣液兩相充分分離(該成果為中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司專利，專利號(hào)為201010227490.0)[8]。
 

3.3 增設(shè)緩沖沉降罐
    考慮到巴格德雷合同區(qū)域A區(qū)原料氣中含有較多的壓井液等乳化油，在阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置中增設(shè)了緩沖沉降罐。緩沖沉降罐上設(shè)有取樣口，如果分離器來液中出現(xiàn)懸浮物且緩沖罐不能有效沉降分離，油、水混合液可引至焚燒池焚燒，盡量避免懸浮物帶至下游三相分離器影響油、水分離效果。同時(shí)在緩沖沉降罐進(jìn)液管道上設(shè)有破乳劑注入口，當(dāng)上游來液含有懸浮物時(shí)可注入破乳劑，以保證下游三相分離器的正常運(yùn)行。緩沖沉降罐流程圖如圖5所示。

3.4 優(yōu)化設(shè)備平面布置
    本著緊湊、美觀、安全及有利于操作、檢修的原則，阿姆河第二天然氣處理廠的集氣裝置在設(shè)備平面布置方面較第一天然氣處理廠集氣裝置作了很大改進(jìn)，高、低含硫集氣系統(tǒng)成兩列對(duì)稱布置，同類設(shè)備相對(duì)集中，管架長度短，裝置區(qū)整齊、美觀，預(yù)留操作空間。阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置平面布置情況如圖6所示。

3.5 完善系統(tǒng)安全放空
    為了確保管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行，各集氣干線進(jìn)裝置和出裝置的總管上設(shè)有緊急截?cái)嚅y(ESD)，當(dāng)裝置內(nèi)或干線發(fā)生事故時(shí)ESD迅速關(guān)閉、切斷氣源，以實(shí)現(xiàn)事故狀態(tài)下干線與裝置內(nèi)工藝設(shè)施的快速隔離，提高了系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)的能力。
    進(jìn)裝置集氣干線截?cái)嚅y上游設(shè)有干線事故手動(dòng)放空[9～11]。為方便設(shè)備的檢修，裝置內(nèi)也設(shè)有多處手動(dòng)放空。
    為了保證裝置內(nèi)設(shè)施的安全，在高、低含硫兩集氣系統(tǒng)分別設(shè)有一套ESD緊急放空，該系統(tǒng)由氣動(dòng)球閥+限流孔板組成，當(dāng)裝置內(nèi)發(fā)生重大事故時(shí)緊急截?cái)噙M(jìn)、出裝置的閥門，ESD放空系統(tǒng)經(jīng)人工確認(rèn)后自動(dòng)開啟，泄壓放空。采用限流孔板可控制放空流量，以限制緊急放空時(shí)的氣體流速，減少管道的噪音和振動(dòng)，保證下游管道的安全。
    在段塞流捕集器及氣液分離器的液位控制系統(tǒng)中，除液位控制閥外，設(shè)置有可靠性很高的液位緊急切斷閥門，以防止分離器串氣到下游凝析油穩(wěn)定裝置。
    為保證檢修安全，在工藝主管上的部分主要截?cái)嚅y設(shè)置了8字盲板，防止檢修時(shí)閥門關(guān)斷后截?cái)嚅y漏氣導(dǎo)致天然氣進(jìn)入檢修段。
4 結(jié)束語
    通過優(yōu)化集氣裝置設(shè)備平面布置、改變段塞流捕集器形式、增設(shè)緩沖沉降設(shè)施、進(jìn)一步完善安全放空系統(tǒng)等一系列措施，對(duì)阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置工藝進(jìn)行了優(yōu)化，減小了上游來液中含乳化油對(duì)下游處理裝置的影響，增大了接收上游來液的設(shè)施容量，使得去往下游的液量更加平穩(wěn)，確保了下游處理裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)，針對(duì)氣田含硫量的不同，首次提出了在一個(gè)集氣裝置內(nèi)分設(shè)高低含硫兩套處理系統(tǒng)的技術(shù)思路，為類似同一區(qū)塊含硫量有所不同的氣田集氣工藝提供了新的參考。
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(本文作者：蘇欣1 劉有超2 秦璇3 郭佳春1 楊勇1 1.中國石油工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司；2.中國石油阿姆河天然氣勘探開發(fā)(北京)有限公司；3.西南石油大學(xué))