土庫曼斯坦阿姆河第二天然氣處理廠集氣工藝優化

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際運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重影響下游凝析油穩定
摘要：土庫曼斯坦阿姆河第一天然氣處理廠集氣裝置在實際運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重影響下游凝析油穩定裝置的平穩運行等問題，為避免類似問題的發生，有必要對即將投產的阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置的工藝進行優化。從優化段塞流捕集器形式、增加分離緩沖設備和優化布局等因素綜合考慮，采取了以下5項優化措施：①分別設置高低含硫天然氣集氣系統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增設緩沖沉降罐減小乳化油對下游裝置的影響；④優化了設備平面布置增加操作舒適性；⑤完善安全放空系統，保證系統本質安全。優化后的集氣裝置能實現原料氣氣液高效分離、計量，對高低含硫系統硫化氫含量進行監測并對氣量實現實時調配，確保了系統平穩高效可靠運行。
關鍵詞：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；設備平面布置；緊急截斷
土庫曼斯坦巴格德雷合同區域A區的阿姆河第一天然氣處理廠及內部集輸系統已順利投產，目前運行基本正常，但也存在上游來液不穩定、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定裝置的平穩生產等問題。為避免類似問題同樣出現在阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置，有必要對集氣裝置的處理工藝進行優化，在確保集氣裝置安全平穩生產的同時，最大限度減小上游來液不穩定對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域A區3條集氣干線的來氣，正常工況下，進裝置天然氣均進入段塞流捕集器，再經匯氣管分別去4臺氣液分離器除去天然氣中的游離水及固體雜質，再輸往下游的脫硫脫碳裝置，每臺氣液分離器與下游4套脫硫脫碳裝置一一對應。氣液分離器排出的氣田污水直接去凝析油穩定裝置。當某一條集氣干線清管作業時，另兩條集氣干線的天然氣經段塞流捕集器旁通直接進入下游氣液分離器進行分離。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，導致氣液分離器無法正常分離出乳化油，使得下游凝析油穩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的正常運行，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
    巴格德雷合同區域8區天然氣的含硫量不盡相同，按土庫曼斯坦當地的環保標準，當硫化氫含量高于0.3%(體積分數，下同)時天然氣處理廠的酸氣不能直接燃燒排放，需進行硫磺回收；當硫化氫含量低于0.1%時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相應考慮設置兩套既獨立又相互聯通的天然氣處理系統。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。

    天然氣通過內部集輸系統氣液混輸進入集氣裝置的清管接收區，然后按照含硫量的不同由集氣干線分別進入集氣裝置區的高、低含硫集氣系統進行氣液兩相分離等工藝處理。在兩套集氣系統的聯通匯氣管上分別設置硫化氫含量監測儀，根據硫化氫含量實時調配集氣系統的處理量。
    集氣干線來氣在匯氣管匯合后進入段塞流捕集器進行一級氣液兩相分離，氣相通過匯氣管匯合后進入氣液分離器進行第二級氣液兩相分離，天然氣去下游相應的脫硫脫碳裝置。
    一、二級分離器排出的液體匯合后一起進入緩沖沉降罐，經緩沖沉降罐初步穩定的油、水混合液輸往下游凝析油穩定裝置的三相分離器進行油、氣、水三相分離處理。
    當某條集氣干線清管時，該集氣干線來氣進入段塞流捕集器進行一級氣液兩相分離，氣相再進入臥式氣液分離器進行第二級氣液兩相分離。其余不清管的集氣干線來氣由閥門切換直接進入段塞流捕集器下游臥式氣液分離器進行氣液兩相分離。
    該裝置可實現如下主要功能[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分別集氣。
    2) 對原料氣進行氣液兩相分離。
    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) 調配高、低含硫兩集氣系統間的氣量。
    6) 集氣干線智能清管。
    7) 裝置內及上、下游管線事故時對進、出裝置的天然氣進行緊急截斷。
    8) 天然氣處理廠事故時，高、低含硫系統全廠緊急放空。
    9) 集氣干線事故時天然氣放空。
    10) 裝置內ESD(緊急截斷)緊急放空。
    11) 檢測各集氣干線的內腐蝕情況。
    12) 預留后期開發氣田的干線接口。
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化，主要體現在以下5個方面。
3.1 設置兩套獨立的高、低含硫天然氣處理系統
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，設置了兩套既獨立又聯通的天然氣處理系統，分別與天然氣處理廠下游的酸氣處理系統對應，最大限度地滿足土庫曼斯坦當地對環保的要求。
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，其結構如圖3所示。此類捕集器的一級分離段在儲液段之上，限制了其容積，導致氣、液分離時間不充分，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時，易造成溢流的危險。
 

    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，其結構如圖4所示。該裝置在入口處設置有流量均分裝置，通過結構對稱方式保證流量均勻進入一級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入口處的氣液流動狀態，形成不滿流，使氣液分層預分，提高旋流分離段的分離效果。一級切線斜入式旋流分離段的筒體直接與管式液相緩沖儲存分離段連接，由于旋流分離段與液相緩沖儲存分離段連接口的尺寸大，能夠保證液體順利進入儲液段中。同時在管式液相緩沖儲存分離段左上方設置有二級氣相重力分離段，通過連通口與氣液平衡口可使儲液段與二級分離段形成尺寸更大的重力分離裝置，增加了液相停留時間，能保證氣液兩相充分分離(該成果為中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司專利，專利號為201010227490.0)[8]。
 

3.3 增設緩沖沉降罐
    考慮到巴格德雷合同區域A區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了緩沖沉降罐。緩沖沉降罐上設有取樣口，如果分離器來液中出現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。同時在緩沖沉降罐進液管道上設有破乳劑注入口，當上游來液含有懸浮物時可注入破乳劑，以保證下游三相分離器的正常運行。緩沖沉降罐流程圖如圖5所示。

3.4 優化設備平面布置
    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，高、低含硫集氣系統成兩列對稱布置，同類設備相對集中，管架長度短，裝置區整齊、美觀，預留操作空間。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 完善系統安全放空
    為了確保管道系統的安全運行，各集氣干線進裝置和出裝置的總管上設有緊急截斷閥(ESD)，當裝置內或干線發生事故時ESD迅速關閉、切斷氣源，以實現事故狀態下干線與裝置內工藝設施的快速隔離，提高了系統抗風險的能力。
    進裝置集氣干線截斷閥上游設有干線事故手動放空[9～11]。為方便設備的檢修，裝置內也設有多處手動放空。
    為了保證裝置內設施的安全，在高、低含硫兩集氣系統分別設有一套ESD緊急放空，該系統由氣動球閥+限流孔板組成，當裝置內發生重大事故時緊急截斷進、出裝置的閥門，ESD放空系統經人工確認后自動開啟，泄壓放空。采用限流孔板可控制放空流量，以限制緊急放空時的氣體流速，減少管道的噪音和振動，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中，除液位控制閥外，設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定裝置。
    為保證檢修安全，在工藝主管上的部分主要截斷閥設置了8字盲板，防止檢修時閥門關斷后截斷閥漏氣導致天然氣進入檢修段。
4 結束語
    通過優化集氣裝置設備平面布置、改變段塞流捕集器形式、增設緩沖沉降設施、進一步完善安全放空系統等一系列措施，對阿姆河第二天然氣處理廠集氣裝置工藝進行了優化，減小了上游來液中含乳化油對下游處理裝置的影響，增大了接收上游來液的設施容量，使得去往下游的液量更加平穩，確保了下游處理裝置的安全平穩運行。同時，針對氣田含硫量的不同，首次提出了在一個集氣裝置內分設高低含硫兩套處理系統的技術思路，為類似同一區塊含硫量有所不同的氣田集氣工藝提供了新的參考。
參考文獻
[1] 王春瑤，劉穎.氣田集輸工藝的選擇[J].天然氣與石油，2006，24(5)：25-27.
[2] 王正權，王瑤，高超，等.天然氣脫硫裝置適應性模擬計算[J].石油與天然氣化工，2010，39(3)：204-209.
[3] 中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 50350—2005油氣集輸設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2005.
[4] 宋德琦，蘇建華，任啟瑞，等.天然氣輸送與儲存工程[M].北京：石油工業出版社，2004.
[5] 宋德琦，郭佳春.氣田地面工程設計[M].北京：石油大學出版社，2010.
[6] 蘇建華，許可方，宋德琦，等.天然氣礦場集輸與處理[M].北京：石油工業出版社，2004.
[7] 李玉星，劉紅波，姜吳，等.管式液塞捕集器設計及性能測試研究[J].天然氣工業，2009，29(12)：71-74.
[8] 楊勇，宋德琦，向波，等.新型高效旋流段塞流捕集器：中國，201010227490.0[P].2010-10-20.
[9] 吳慶倫，李捷.高酸性氣田井口安全控制系統設計分析[J]石油與天然氣化工，2010，39(5)：457-458.
[10] 田靜，劉棋，蘇廣全.火災泄壓放空時限流孔板的實驗論證[J].天然氣與石油，2010，28(4)：26-28.
[11] 余漢成，陳鳳，楊文川，等.超量放空時放空立管工況分析與垂直反力計算[J].天然氣與石油，2009，27(5)：10-13.
 
(本文作者：蘇欣1 劉有超2 秦璇3 郭佳春1 楊勇1 1.中國石油工程設計有限責任公司西南分公司；2.中國石油阿姆河天然氣勘探開發(北京)有限公司；3.西南石油大學)