榆林天然氣處理廠儲罐氮封系統改造

葛 濤，陳 平，李亞萍，李京子，高 風，李昊林

（1.西安長慶科技工程有限責任公司，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司生產運行處，陜西西安 710018）

榆林天然氣處理廠屬于長慶油田第二采氣廠，位于榆林市榆陽區馬家峁村。承擔著榆林南區天然氣脫水脫烴、計量、外輸任務；榆林南區生產污水的處理任務；米脂天然氣處理廠、第二凈化廠天然氣計量、轉輸任務。處于榆林末站、北京首站、長北天然氣處理廠的中心位置，是長慶油田向北京供氣的樞紐之一。

1 榆林天然氣處理廠現狀

榆林天然氣處理廠設計規模為20×108m3/a，已建兩套天然氣脫水脫烴裝置，兩套甲醇回收裝置。同時配套建成凝析油穩定裝置、鍋爐房、供水站、空氮站、儲運罐區等設施。現有凝析油罐3 具，甲醇罐3 具，原料水罐（含甲醇和凝析油）4 具。

2 改造原因

2.1 儲罐物料易燃易爆性

2.1.1 甲醇污水 甲醇含量2 %～60 % ，甲B 類火災危險物，爆炸極限5.5 %～36 %。

表1 榆林天然氣處理廠儲罐一覽表

2.1.2 原料凝析油 由甲醇污水中分離回收，甲B 類火災危險物，油氣爆炸極限1.0 %～6.0 %。

2.1.3 穩定凝析油 天然氣處理廠脫油脫水裝置產生的經過穩定處理后的凝析油，閃點甲B 類火災危險物，油氣爆炸極限1.0 %～6.0 %。

2.1.4 產品甲醇 甲醇含量80 %～95 %，甲B 類火災危險物，爆炸極限5.5 %～36 %。

由于儲罐內有易燃、易爆組份，儲罐大、小呼吸時外界空氣通過呼吸閥進入罐內，易形成爆炸性混合物。流速過快，易產生靜電火花，會導致儲罐著火爆炸，存在安全隱患。在儲罐頂部通入氮氣作為保護氣，能防止儲罐內的易燃易爆組分和空氣中氧氣接觸，避免發生燃燒爆炸。

3 儲罐氮封改造所需的氮氣量

根據《氮封設計中氮氣供氣量計算方法的研究》（化工設計2012.22（5））儲罐氮封裝置的供氣量應不小于由于泵抽出儲罐內液體所需要補充的氮氣量和外界氣溫變化而產生的儲罐內氣體熱脹冷縮所需補充的氣量之和。即：

甲醇原料水罐的泵排量最大為12 m3/h；產品甲醇和凝析油的泵排量均30 m3/h。產品甲醇和凝析油裝車時，同一時間只能裝一種介質，因此產品甲醇泵和凝析油泵只能運行一臺。所以出料需要通氣量42 m3/h。

即：Q1= 42 m3/h

式中：Q21-管道吹掃用氣，m3/h；Q22-溫度變化產生的液相體積變化而引起的呼吸量，m3/h；Q23-溫度變化產生的氣體體積變化，m3/h。

根據現場調研及對接，榆林天然氣處理廠明確臨時吹掃及置換用氮氣為外購，不含在內。因此Q21=0。

由于甲醇原料水、凝析油組分復雜不同溫度下密度值難以確定，且液相體積變化小，可以忽略不計。因此Q22=0。

由溫度變化導致的氣體體積變化：

式中：R=8.314 J/（mol·K）；T1-T2=20 K；P=90 kPa；n=V罐容×1 000/22.4。

計算值按液位0 %計算可得：

儲罐氮封改造所需的氮氣量：

4 空氮站改造

4.1 空氮站現狀

空氮站現有2005 年建兩套300 m3/h 螺桿壓縮機、空氣凈化裝置。2007 年建一套318 m3/h 螺桿壓縮機及空氣凈化裝置，目前一用兩備。一套提供全廠儀表用風300 m3/h，另一套為250 m3/h 制氮裝置提供凈化空氣用。

4.2 供風系統能力核算

空氮站凈化風系統負責榆林天然氣處理廠、榆林末站和火炬區所有氣動調節閥、天然氣進出站截斷閥等閥門儀表供風任務。儲罐氮封保護改造，需要為氮封系統供氣，制氮量250 m3/h，需空氣量約600 m3/h。

目前日常生產儀表風用量約300 m3/h。儲罐氮封改造工程實施后，合計所需空氣量約900 m3/h。

空氮站現有2 臺300 m3/h 及1 臺318 m3/h 空壓機，3 臺180 m3/h 干燥機。需要目前3 臺空壓機同時運行，無備機。現有空壓機故障率較高。而3 臺180 m3/h干燥機不能滿足要求。

空氮站內管線及6 m3凈化風儲罐、10 m3非凈化風儲罐和20 m3氮氣儲罐在新增氮封保護后滿足要求。

4.3 制氮系統能力核算

表2 榆林處理廠儲罐通氣需要量一覽表

氮封改造氮氣需求量：最大氮氣用量244.9 m3/h。目前制氮系統能力：250 m3/h。可以滿足要求。

4.4 改造方案

方案一: 將現有3 臺空氣壓縮機更換為8 m3/min（480 m3/h），2 運1 備。滿足最大用風量900 m3/h 需要。每臺配套對應能力的干燥機。現廠房可滿足其更換設備要求，空氮站內凈化風罐、非凈化風罐和氮氣罐及管線不需要改造，只需更換支管線。

方案二：保留現有1 臺5.3 m3/min 空氣壓縮機，將現有2 臺5 m3/min 空氣壓縮機和凈化干燥系統更換為10.8 m3/min（840 m3/h），原有1 臺5.7 m3/min 空氣壓縮機凈化干燥系統更換為5.7 m3/min，工作時為一臺10.8 m3/min 和5.7 m3/min 空氣壓縮機運行，備用一臺10.8 m3/min 壓縮機，滿足最大用風量900 m3/h需要。現廠房可滿足其更換設備要求，空氮站內凈化風罐、非凈化風罐和氮氣罐及管線不需要改造，只需更換支管線。

表3 榆林天然氣空氮站改造方案對比

經方案對比，按照方案一，對榆林天然氣處理廠空氮站進行改造

5 儲罐改造

榆林天然氣處理廠兩具300 m3凝析油儲罐原設計為內浮頂罐，在罐壁設有4 個通氣窗,，本次改造首先將罐壁4 個通氣窗封閉，拆除通氣孔上的防護網，用耐油橡膠板和5 mm 厚鋼板封堵，利用原通氣窗上的螺栓孔連接, 變成為“內浮頂拱頂罐”, 再利用罐頂呼吸閥接管口完成氮封系統改造。為減少熱吸氣量，4 具未保溫的原料水罐增加保溫。

6 改造后氮封系統的組成

改造后的儲罐氮封系統由氧含量在線分析儀、調壓閥組、壓力在線顯示和變送報警儀表及儲罐泄放系統組成。

6.1 氧含量在線分析儀

氧含量在線分析儀的主要作用是對進入氮封系統的氮氣中的氧含量進行遠程監測，防止氧氣進入儲罐。

6.2 調壓閥組

調壓閥組的主要設備為自力式調節閥，控制閥后壓力滿足儲罐頂部壓力0.2 kPa～1.0 kPa 范圍內。

6.3 壓力在線顯示和變送報警儀表

天然氣處理廠儲罐設計壓力：負壓為-0.49 kPa、正壓為0.2 kPa。在氮氣管線的末端設置壓力變送器，將氮氣管線末端的壓力遠傳至中控室。設置高低壓報警：低壓報警值設置為-0.20 kPa；高壓報警值設置為1.0 kPa。

6.4 儲罐壓力泄放系統

《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SHT3007-2007）第五條常壓和低壓罐區規定：采用氣體密封的固定頂罐，還應設置事故泄壓設備。國內的很多氮封工程均使用呼吸閥作為氮封儲罐的出氣設備。榆林天然氣處理廠儲罐罐頂均安裝了呼吸閥, 但呼吸閥為機械結構，存在著冬季結霜凍死失靈，導致儲罐損壞的問題。為了解決這一問題，通常做法是固定頂罐在安裝呼吸閥的同時安裝液壓呼吸閥。液壓安全閥開啟壓力負壓為-0.30 kPa，正壓開啟壓力為1.2 kPa。液壓安全閥底部需安裝阻火器。

7 結語

榆林天然氣處理廠是長慶油田向北京供氣的重要樞紐，儲罐氮封保護改造工程的實施，將進一步降低儲罐發生安全事故的風險，提高了榆林天然氣處理廠治理安全隱患的能力，為保障向北京安全平穩供氣夯實了基礎。

［1］ 梁曉鋒.化工企業原料儲罐氮封系統的設計及應用［J］.寧波化工，2013，（1）：27-29.

［2］ 徐頂旺.氮封設計中氮氣供氣量計算方法的研究［J］.化工設計，2012，22（5）：13-14.

［3］ SH/T3007-2007. 石油化工儲運系統罐區設計規范［S］.2007.