CO2在天然氣處理廠的擴(kuò)散分析

扈 濱，李明悅

（勝利油田勝利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東東營 257026）

CO2在天然氣處理廠的擴(kuò)散分析

扈 濱，李明悅

（勝利油田勝利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東東營 257026）

隨著環(huán)保和職業(yè)衛(wèi)生要求的逐漸加強(qiáng)，針對(duì)天然氣處理廠CO2氣體放空的情況，結(jié)合CO2在天然氣處理廠的泄放實(shí)例，介紹了CO2氣體擴(kuò)散的危害。利用挪威船級(jí)社技術(shù)公司研發(fā)的PHAST 5.22專業(yè)軟件對(duì)CO2氣體的擴(kuò)散過程進(jìn)行了分析計(jì)算。指出：天然氣處理廠應(yīng)重視CO2氣體的危害，若長(zhǎng)期連續(xù)放空，勢(shì)必會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，各類天然氣處理廠應(yīng)考慮推廣CO2回收利用的技術(shù)，以減少溫室氣體的排放。

天然氣處理廠；脫碳；CO2氣體放空；分析計(jì)算

在高含碳 （CO2）天然氣田的開發(fā)過程中，為得到合格的商品氣，天然氣需要進(jìn)入處理廠進(jìn)行脫碳、脫水處理。無論是否對(duì)CO2氣體進(jìn)行回收，在處理廠內(nèi)通常都設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)放空的流程。近年來，隨著環(huán)保和職業(yè)衛(wèi)生要求的逐漸加強(qiáng)，CO2作為一種窒息性氣體，要求工程設(shè)計(jì)人員對(duì)CO2的擴(kuò)散進(jìn)行深入研究。

1 天然氣處理廠CO2現(xiàn)場(chǎng)放空實(shí)例

印度尼西亞PBA天然氣處理廠 （隸屬于中海油）設(shè)計(jì)規(guī)模為425萬m3/d，主要功能是脫除天然氣中的CO2和水，并給天然氣增壓。海上氣田生產(chǎn)的天然氣含CO219% （摩爾分?jǐn)?shù)）左右，要求處理后的天然氣CO2含量小于5% （摩爾分?jǐn)?shù)）。天然氣脫碳裝置采用甲基二乙醇胺 （MDEA）脫碳工藝。CO2在再生塔頂放空，排放高度為40 m。

松南氣田集氣處理站 （隸屬于中石化東北局）設(shè)計(jì)規(guī)模為300萬m3/d，主要功能是脫除天然氣中的CO2和水以及CO2回收液化，氣田生產(chǎn)的天然氣含CO223.5% （摩爾分?jǐn)?shù)）左右，要求處理后的天然氣CO2含量小于3% （摩爾分?jǐn)?shù)）。與印尼項(xiàng)目類似，天然氣脫碳裝置同樣采用甲基二乙醇胺（MDEA）脫碳工藝。CO2在再生塔頂放空，排放高度為38 m，并設(shè)有消音器以減小泄放時(shí)的噪音。

2 CO2擴(kuò)散的危害

CO2作為一種比空氣重的窒息性氣體，擴(kuò)散到地面可能對(duì)人員造成很大危害。高濃度的CO2容易導(dǎo)致人急性中毒，人進(jìn)入高濃度CO2環(huán)境，在幾秒鐘內(nèi)迅速昏迷倒下，更嚴(yán)重者出現(xiàn)呼吸停止及休克，甚至死亡。CO2的毒性危險(xiǎn)體積分?jǐn)?shù)為4×10-2（大氣中CO2在12%以上可引起人昏迷或死亡）。一些國家對(duì)CO2的接觸限值為：中國和原蘇聯(lián)對(duì)于最高允許濃度 （MAC）均未制訂標(biāo)準(zhǔn)。美國時(shí)量平均濃度 （TWA）：職業(yè)安全與衛(wèi)生署規(guī)定為5×10-3（體積分?jǐn)?shù)）；政府及工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)規(guī)定為5×10-3（體積分?jǐn)?shù)）。 美國短期接觸限值（STEL）：美國政府及工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)規(guī)定為3×10-2（體積分?jǐn)?shù)）。

3 CO2擴(kuò)散分析

為研究擴(kuò)散可能造成的危害，需對(duì)CO2氣體的擴(kuò)散過程進(jìn)行分析。本文以印尼項(xiàng)目為例進(jìn)行介紹。該項(xiàng)目委托中石化工程建設(shè)公司 （SEI）利用挪威船級(jí)社 （DNV）技術(shù)公司研發(fā)的PHAST 5.22專業(yè)軟件進(jìn)行CO2擴(kuò)散計(jì)算。因國內(nèi)未對(duì)CO2接觸限值作出要求，故計(jì)算中依據(jù)了美國標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)Pabelokan島 （印尼PBA天然氣處理廠所在地）的氣象條件，最大風(fēng)頻風(fēng)速在4～8 m/s。采用當(dāng)?shù)刈畈焕臍庀髼l件進(jìn)行計(jì)算，各項(xiàng)輸入?yún)?shù)分別為參考高度處風(fēng)速：5 m/s；表面起伏參數(shù)：0.09；參考高度處氣溫：20℃；相對(duì)濕度：0.95；地表溫度：25℃；地表類型：混凝土；平均時(shí)間：1 800 s。濃度隨時(shí)間變化而變化，現(xiàn)在假定放空于30 min后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

軟件計(jì)算需要輸入的各種放空初始參數(shù)有：排放壓力：0.039 MPa；排放溫度：50℃；排放量：29.3 t/h；組分：91%CO2和9%水 （摩爾分?jǐn)?shù)）；泄放直徑：DN500 mm；泄放高度：40 m；水平泄放角度：0°；CO2選取體積分?jǐn)?shù)5×10-3。此外，操作高度設(shè)置為距地面2 m。經(jīng)過計(jì)算，在上述泄放條件下，CO2體積分?jǐn)?shù)會(huì)在距放空點(diǎn)順風(fēng)側(cè)107 m處達(dá)到5×10-3。詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 CO2濃度隨距離和高度的變化情況

表1為PHAST軟件輸出的CO2濃度隨距離和高度變化的情況，兩個(gè)濃度在計(jì)算結(jié)果中為輸出項(xiàng)。其中的羽流一詞，是指CO2放空氣在大氣中擴(kuò)散形成的煙霧，可表示放空氣在大氣中所呈現(xiàn)的幾何形態(tài)。此外，該計(jì)算軟件還可以生成如圖1所示的曲線，可明顯地看出CO2濃度隨距離變化的情況。

從表1可以看出，隨著距離的增加，羽流的高度在下降，且羽流中心的CO2濃度也隨之降低。在距放空口水平距離207 m處，羽流降至地面，其摩爾分?jǐn)?shù)也從排放口處的91.1%降到了0.12%；此后羽流還會(huì)沿著地面繼續(xù)擴(kuò)散，在245 m處，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)已經(jīng)降至0.1%以下。而對(duì)于距地面2 m高處，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)在水平距離為170 m處達(dá)到最高值0.15%，其后再隨著距離的增加，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)不斷降低，直至降為0。

圖2為CO2擴(kuò)散側(cè)視圖。

從圖2顯示的結(jié)果還可以看出，在高于地面22 m且距離小于107 m的區(qū)域內(nèi) （也就是圖中顯示的灰色區(qū)域內(nèi)），CO2的摩爾分?jǐn)?shù)大于0.50%，超過了規(guī)定的接觸限值，依然存在著窒息危險(xiǎn)。在正常運(yùn)行期間，不會(huì)有人涉足這些區(qū)域。但是依據(jù)ALARP（安全風(fēng)險(xiǎn)處在最低合理可行狀態(tài)）原則，仍然推薦在這些區(qū)域提供警示標(biāo)志。

4 結(jié)束語

在工程實(shí)施的過程中，一些設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)行人員對(duì)CO2氣體的危害認(rèn)識(shí)不足，對(duì)CO2的擴(kuò)散不以為然。麻痹大意會(huì)帶來安全隱患，為確保人員的健康安全，對(duì)CO2的擴(kuò)散分析還是非常有必要的。然而，CO2的擴(kuò)散計(jì)算是以設(shè)定的氣象條件為前提，隨著氣象條件的變化，計(jì)算結(jié)果肯定有所不同。所以在實(shí)際運(yùn)行過程中，還需要考慮各種惡劣天氣情況，采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

此外，CO2作為一種對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重影響的溫室氣體，它的連續(xù)放空對(duì)天然氣處理廠來說，也是一個(gè)很大的壓力。為保護(hù)環(huán)境，各類天然氣處理廠也應(yīng)考慮推廣CO2回收利用技術(shù)，以減少溫室氣體的排放。

[1]張德義.石油化工危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國石化出版社，2006.

CO2Diffusion Analysis at Natural Gas Processing Plant

HU Bin（Shengli Engineering&Consulting Co.,Ltd.,Dongying 257026,China），LI Ming-yue

With more strict requirements for environment and occupational health,the hazard of CO2emission and diffusion from natural gas processing plants is indicated combined with some CO2emission cases.The software PHAST 5.22 developed by DNV is applied to analyze the course of CO2diffusion，and the results show that long-term CO2emission will seriously harm the environment,so various kinds of natural gas processing plants should adopt CO2reutilization technology to reduce greenhouse gas emission.

natural gas processing plant;decarbonization;CO2gas emission;analysis and calculation

TE644

A

1001－2206（2011）02－0009－03

扈 濱 （1983-），女，山東利津人，助理工程師，2006年畢業(yè)于南京師范大學(xué)景觀設(shè)計(jì)專業(yè)，現(xiàn)從事文檔控制工作。

2010-08-09；

2011-02-22