天然氣凈化廠超壓自動放空系統(tǒng)優(yōu)化

周斯雅，陶兆勇，石磊，黃俊莉，黃雪鋒，羅威，李懿，魏國勇

(中國石油西南油氣田公司 川中油氣礦，四川 遂寧 629000)

天然氣凈化廠超壓自動放空系統(tǒng)優(yōu)化

周斯雅，陶兆勇，石磊，黃俊莉，黃雪鋒，羅威，李懿，魏國勇

(中國石油西南油氣田公司 川中油氣礦，四川 遂寧 629000)

針對近年來部分天然氣凈化廠出現(xiàn)超壓自動放空系統(tǒng)引起安全事故的問題，以某天然氣凈化廠試采裝置為例，從放空點的設(shè)置、最大放空量、事故狀態(tài)的泄壓分析等方面入手，對超壓自動放空系統(tǒng)中存在的安全隱患進行排查并進行相應(yīng)的整改，保證了凈化裝置的安全、平穩(wěn)運行。

超壓自動放空系統(tǒng) 安全隱患 天然氣

為保障天然氣凈化廠安全生產(chǎn)，提升裝置應(yīng)對緊急事件、極端工況的處置能力，降低裝置事故發(fā)生概率并避免重大安全事故的發(fā)生，天然氣凈化廠設(shè)置超壓自動放空系統(tǒng)[1-2]。凈化裝置全流程實現(xiàn)多點位事故放空或緊急泄壓，最常設(shè)置的為原料氣放空點、濕凈化氣放空點和干凈化氣放空點[3]。

近年來，天然氣凈化廠因超壓自動放空系統(tǒng)設(shè)置不合理，出現(xiàn)了一些安全事故。某廠3×106m3/d試采裝置脫硫閃蒸罐的液位調(diào)節(jié)閥定位器故障，導(dǎo)致原料氣管線超壓放空，裝置實際處理量約為原料氣放空量的2.5倍，放空能力不足，安全閥超壓起跳，波紋管疲勞斷裂，放空原料氣通過安全閥閥蓋上的排放孔泄漏到大氣中，由于應(yīng)急處置及時，均未造成人員傷害及設(shè)備、管線破壞性的損壞。

作為保障凈化裝置安全、平穩(wěn)運行的最后一道防線，超壓自動放空系統(tǒng)的合理設(shè)計是十分重要的，比如放空點[3]設(shè)置的位置是否合理、放空管線上安全閥的選擇是否合理、最大放空能力能否滿足裝置的實際泄壓需求。本文以該天然氣凈化廠3×106m3/d試采裝置為例，對該裝置的超壓自動放空系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行分析，查找系統(tǒng)中存在的安全隱患，并結(jié)合實際生產(chǎn)及相關(guān)經(jīng)驗教訓(xùn)，提出整改建議及優(yōu)化設(shè)置，提升了超壓自動放空系統(tǒng)的安全性能。

1 超壓自動放空系統(tǒng)設(shè)置

該廠3×106m3/d試采裝置設(shè)有超壓自動放空系統(tǒng)，起到事故放空或緊急泄壓的功能。該系統(tǒng)分為高壓放空系統(tǒng)和低壓放空系統(tǒng)，分別設(shè)置了1座火炬。

1.1 高壓放空系統(tǒng)

高壓放空系統(tǒng)設(shè)有5處自動放空點，放空設(shè)置如圖1所示。根據(jù)保壓放空的設(shè)計思路，高壓放空系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的最大放空量為1.9×106m3/d，其中原料氣放空點的最大放空量為1.5×106m3/d，緊急泄壓點的最大放空量為1.9×106m3/d，相關(guān)設(shè)計參數(shù)見表1所列。閥后表壓均不大于0.2 MPa。

表1 高壓放空系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

高壓放空系統(tǒng)中，原料氣放空點、濕凈化氣放空點、干凈化氣放空點為3處重要控制點。當(dāng)集氣總站供輸至裝置的天然氣壓力超過設(shè)定的高限值6.4 MPa時，開啟原料氣放空點；當(dāng)檢測出濕凈化氣中H2S質(zhì)量濃度大于20 mg/m3時，開啟濕凈化氣放空點；當(dāng)檢測出凈化氣的水露點不合格，開啟干凈化氣放空點，避免不合格氣體外輸。該放空系統(tǒng)中，當(dāng)按動停車按鈕，裝置入口放空切斷閥113-XV-101、緊急泄壓閥123-BDV-101均投入聯(lián)鎖，起裝置調(diào)壓或泄壓的作用。

1.2 低壓放空系統(tǒng)

低壓放空系統(tǒng)設(shè)有1處自動放空點，放空設(shè)置如圖2所示。低壓放空系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，設(shè)計的最大放空量為7.38×104m3/d。閥后壓力小于0.04 MPa。

脫硫酸氣放空點由再生塔酸氣放空壓力調(diào)節(jié)閥113-PV-110A控制，與再生塔酸氣至硫磺回收壓力調(diào)節(jié)閥113-PV-110B的控制構(gòu)成分程控制。當(dāng)閥113-PV-110B的開度為100%時，閥113-PV-110A開啟。該放空點主要用于緊急情況時的泄壓操作。

圖1 高壓放空系統(tǒng)設(shè)置示意

圖2 低壓放空系統(tǒng)設(shè)置

2 超壓自動放空系統(tǒng)的隱患分析

該試采裝置超壓自動放空系統(tǒng)共設(shè)置原料氣放空點、濕凈化氣放空點、干凈化氣放空點和緊急泄壓點等。放空點的設(shè)置情況基本滿足了裝置不同位置的調(diào)壓或泄壓需求，但同時也存在以下安全隱患。

2.1 原料氣放空點的失效隱患

原料氣放空點位于原料氣進廠管線與進廠切斷閥113-ESDV-101之間，是非常重要的放空點。當(dāng)裝置正常開車、停產(chǎn)、故障及緊急情況時，若凈化裝置的氣體壓力超過設(shè)定的高限值6.4 MPa，均可采用該放空點進行調(diào)壓或泄壓操作。但該放空點的閥門缺少手動放空的功能，當(dāng)入口放空切斷閥、壓力調(diào)節(jié)閥因故障未能正常開啟，原料氣放空點處于失效的狀況，原料氣管線存在超壓的風(fēng)險。

裝置設(shè)計時，遵循SY/T10043—2002《卸壓和減壓系統(tǒng)指南》[4]第3.19.1條，緊急放空量按對所有處理的設(shè)備在15 min內(nèi)將壓力降至容器設(shè)計壓力的50%進行計算，得出原料氣放空點的最大放空量為1.5×106m3/d。因某集氣總站至試采裝置的原料氣輸送管道無緊急泄放點，該原料氣放空點兼顧集氣總站緊急泄放閥的作用，包括火災(zāi)、全廠性儀表失電或失氣等事故狀態(tài)下的緊急泄壓。但該裝置原料氣處理量為放空點設(shè)計最大放空量的2倍，在實際生產(chǎn)過程中，曾因原料氣放空量的不足，導(dǎo)致原料管線壓力不斷上漲至安全閥臨界壓力，引起安全閥起跳的事故發(fā)生。

2.2 緊急泄壓點的設(shè)置隱患

緊急泄壓點主要用于裝置發(fā)生火災(zāi)等緊急情況下的泄壓放空，緊急泄壓閥僅起全開全關(guān)的作用，在滿足工藝要求的前提下，使用限流孔板代替調(diào)節(jié)閥來限定流量或降低壓力，將會大幅降低投資和操作維修費用，因此在國外已被廣泛地應(yīng)用于工藝裝置，對裝置的安全運行起著重要的作用。限流孔板可起到控制瞬時泄放量的作用，減少對管線及放空火炬系統(tǒng)的沖擊力損壞。但原設(shè)計中緊急泄壓閥的閥后并未安裝限流孔板，若使用緊急泄壓點，泄壓量為此泄壓點的全量泄放，會形成較大的瞬時沖力，對緊急泄壓閥、管線及放空火炬系統(tǒng)造成一定的影響。

2.3 事故狀態(tài)的泄壓隱患

以火災(zāi)、全廠性儀表失電或失氣三種事故狀態(tài)情況為例，分別討論分析泄壓狀況。對調(diào)節(jié)閥和聯(lián)鎖閥來說，氣源信號和電源信號兩者中任何1個信號中斷，閥門則為故障。當(dāng)全廠性儀表失電或失氣時，調(diào)節(jié)閥和聯(lián)鎖閥按相應(yīng)的故障開或故障關(guān)的形式動作，此時原料氣放空點、緊急放空點、脫硫裝置閃蒸氣放空點均打開。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，按動停車按鈕，上述3個放空點也處于打開的狀態(tài)。

出現(xiàn)上述三種事故狀態(tài)時，進廠聯(lián)鎖閥和出廠聯(lián)鎖閥自動截斷，避免原料氣進、出裝置區(qū)，保障裝置區(qū)內(nèi)及下游供氣的安全。但原料氣放空點、緊急放空點、脫硫裝置閃蒸氣放空點同時開啟，三處放空點的泄放量同時進入火炬系統(tǒng)，進入火炬系統(tǒng)的瞬時泄放量在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，可達到3.4×106m3/d，遠高于高壓放空火炬的處理能力1.9×106m3/d，導(dǎo)致放空系統(tǒng)超負荷運行；嚴(yán)重的會引起放空系統(tǒng)管網(wǎng)變形拉裂，瞬時泄放量過大，超過設(shè)計壓力，放空原料氣倒流至胺液閃蒸系統(tǒng)，對脫硫再生系統(tǒng)及下游裝置造成一定的風(fēng)險。

3 優(yōu)化設(shè)置

3.1 放空系統(tǒng)的設(shè)置優(yōu)化

3.1.1 原料氣放空點

嚴(yán)格按照工藝變更及設(shè)備變更的程序，于原料氣放空點處增設(shè)手動放空管線，起手動放空的功能。購置的新閥門應(yīng)具備抗硫腐蝕能力，管線及管件需進行抗HIC實驗、熱處理和射線探傷。因裝置現(xiàn)場位置較窄，不宜采用異徑三通進行主管和支管的連接，采用對焊支管座進行管道的連接。

原料氣放空點位于該試采裝置入廠切斷聯(lián)鎖閥之前，將該放空點的壓力調(diào)節(jié)閥由氣關(guān)型更改為氣開型，即當(dāng)裝置出現(xiàn)火災(zāi)、全廠性儀表失電或失氣等事故狀態(tài)的情況下，原料氣放空點處于關(guān)閉的狀態(tài)，裝置內(nèi)由緊急泄放點進行泄壓操作，避免原料氣放空點和緊急泄壓點同時開啟、放空量疊加的情況發(fā)生。經(jīng)與作業(yè)區(qū)及設(shè)計院進行協(xié)商與核算，已于2015年裝置適應(yīng)性檢修期間，對原料氣放空點壓力調(diào)節(jié)閥進行更改，現(xiàn)為氣開型，并對DCS相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整與測試。當(dāng)裝置出現(xiàn)火災(zāi)、全廠性儀表失電或失氣時，更改后的超壓自動放空系統(tǒng)由緊急泄壓點、脫硫裝置閃蒸氣放空點進行泄壓，瞬時泄放量為1.9×106m3/d，閥后壓力均不大于0.2 MPa，避免了放空氣體反竄回脫硫單元及低壓系統(tǒng)的風(fēng)險。

3.1.2 緊急泄壓點

在緊急泄壓閥閥后，安裝限流孔板，起降壓、緩沖作用。經(jīng)核算，適應(yīng)性檢修中，利用原裝置中已安裝壓力、材質(zhì)符合性能要求的突面對焊鋼制管法蘭，安裝限流孔板，并對其進行X射線探傷及檢漏處理。

放空系統(tǒng)的操作優(yōu)化設(shè)置，已于2015～2016年2 a適應(yīng)性檢修中完成整改，優(yōu)化設(shè)置后的超壓自動放空系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 超壓自動放空系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)置

3.2 放空系統(tǒng)的管理優(yōu)化

3.2.1 操作優(yōu)化

針對原料氣放空點的失效及放空量不足的隱患，制訂了保壓放空的規(guī)定，對原料氣放空點的操作進行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，降低該點最大放空量的同時，要求班組人員緊密配合，保障裝置的安全運行。

1) 對含硫天然氣至高壓放空壓力調(diào)節(jié)閥的開度進行限位，最大開度限位為50%。當(dāng)最大開度限位為50%，壓力為6.4 MPa時，原料氣放空點在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的最大放空量為1.5×106m3/d，低于高壓放空火炬的處理能力。

2) 當(dāng)原料氣壓力升至6.7 MPa時，中控人員需及時通知現(xiàn)場人員關(guān)閉原料氣入廠界區(qū)閥，并立即匯報廠調(diào)度人員，避免超壓導(dǎo)致安全閥起跳的情況發(fā)生。同時加強對生產(chǎn)過程中放空管線的管理、定期排液、定期檢查；加強對操作員工應(yīng)急處理的培訓(xùn)及效果評價，形成一套適用的安全應(yīng)急保障體系[5-6]。

3.2.2 安全環(huán)保管控優(yōu)化

為保證裝置區(qū)內(nèi)、上下游供氣及附近居民的安全，尤其是裝置出現(xiàn)火災(zāi)、全廠性儀表失電或失氣等事故狀態(tài)時，工廠落實專項應(yīng)急處置程序并層層落實責(zé)任人，縮短關(guān)斷氣源、降低氣量、協(xié)助放空等處置措施的執(zhí)行時間，最大限度地保障工廠內(nèi)人員及物資的安全、降低未經(jīng)處理的原料氣排放量、減少大氣及環(huán)境的污染[7]。同時，工廠嚴(yán)格控制外輸氣質(zhì)量，采取人工分析與在線分析儀的“雙效”把控方式，出現(xiàn)氣質(zhì)不達標(biāo)及時關(guān)斷原料氣進廠、凈化氣出廠聯(lián)鎖閥，避免不合格、不達標(biāo)的凈化氣外輸至下游用氣單位。

4 結(jié)束語

超壓自動放空系統(tǒng)通過在原料氣放空點增設(shè)手動放空管線、原料氣放空調(diào)節(jié)閥氣動形式改為氣開型、緊急泄壓點增加限流孔板與管理優(yōu)化設(shè)置，解決了放空設(shè)置不合理、最大放空量超過火炬承受能力情況，實現(xiàn)了超壓自動放空系統(tǒng)的性能升級，確保了裝置安全生產(chǎn)。

[1] 黃步余，葉向東，范宗海，等.GB 50770—2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京： 中國計劃出版社，2013.

[2] 嚴(yán)銳鋒,李天太,王青,等.天然氣處理廠火炬放空系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用,2012,31(09)： 19-21.

[3] 劉熔,李峰,盛炳林.天然氣凈化廠超壓自動放空系統(tǒng)設(shè)置[J].天然氣與石油,2006,24(05)： 37-40.

[4] 徐麗英.SY/T 10043—2002卸壓和減壓系統(tǒng)指南[S].北京： 石油工業(yè)出版社，2002.

[5] 陳邦海,楊培昌,倪鐘利,等.天然氣凈化廠放空廢氣對環(huán)境的影響及控制措施[J].油氣田環(huán)境保護,2011,27(02)： 27-29.

[6] 羅瑞振,韓建紅,李國平,等.高含硫氣田試氣作業(yè)的安全措施與管理——以普光氣田為例[J].天然氣工業(yè),2009,29(07)： 112-115.

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周斯雅(1989—)，女，四川武勝人，現(xiàn)就職于中國石油西南油氣田公司川中油氣礦，主要從事工藝安全與設(shè)備管理工作，任助理工程師。

TP273

B

1007-7324(2017)04-0060-03

稿件收到日期： 2017-04-27，修改稿收到日期： 2017-06-03。