天然氣凈化裝置進出站關斷應急處置分析

折紅艷 白明 白楊

摘?要：為了提高裝置的運行效率，提高設備利用率，對凈化廠進出站閥門異常關斷和打開、放空泄壓現(xiàn)狀及對上游管道的影響進行分析研究。利用理想氣體方程，計算了進出站關斷情況下的應急處置時間，對放空系統(tǒng)進行分析研究，有效解決了裝置放空存在的問題。這樣員工在事故狀態(tài)下能及時、準確的應急處置，提高了職工應急處置能力。

關鍵詞：天然氣;應急處置;時間問題

1 概述

天然氣具有易燃易爆等危險，天然氣凈化裝置安裝有ESD系統(tǒng)，當所檢測的過程變量超過其安全限定值時，ESD系統(tǒng)立即對生產(chǎn)設備進行操作，也就是對生產(chǎn)設備實施自動關斷，力爭將生產(chǎn)過程設置成安全的狀態(tài)，使發(fā)生惡性事故的可能性降到最低[1]。為了保障天然氣的安全運輸，巡線大隊承擔著天然氣管道的巡檢工作，凈化廠的進出站、放空閥門異常關斷、打開，同時氣井不能及時關井，若不及時、有效的處置，將造成嚴重后果;閥門關斷后壓力會迅速上漲，放空量過大會造成放空設備超負荷，造成上游管道壓力過大。

2 進出站關斷分析

2.1 天然氣壓縮因子Z

在高壓、低溫下，任何氣體理想狀態(tài)方程都會出現(xiàn)明顯的偏差，而且壓力越高，溫度越低，這種偏差就越大，因而需要引入一個壓縮校正因子Z來修正氣體的狀態(tài)方程，如式（1）所示[4]。而天然氣偏差因子（Z）是油氣藏工程、天然氣化工等領域常用的重要參數(shù)，它表征了某一溫度、壓力條件下相同數(shù)量真實氣體與理想氣體體積的比值，通常又稱壓縮因子或偏差系數(shù)[2]。確定偏差因子的方法主要有3類，即：實驗測量法、圖版法（查表法）和計算法，本次計算應用Standing-Katz的Z系數(shù)圖法：通過對比溫度值Tr和對比壓力值Pr，即查得偏差系數(shù)Z。

應用Standing-Katz的Z系數(shù)圖法：通過對比溫度值Tr和對比壓力值Pr，即可查得，偏差系數(shù)Z;對比溫度Tr是絕對溫度T與擬臨界溫度Tpc之比，Pr對比壓力是絕對壓力P與擬臨界壓力Ppc之比[3]。按照15℃計算，對比溫度Tr=1.511可查得到，在5Mpa下，對比壓力Pr=1.086，Z=0.86;在5.5Mpa下，對比壓力Pr=1.194，Z=0.84。

2.2 應急處置時間

進站閥門突然關斷采氣大隊管網(wǎng)壓力上漲，出站閥門突然關斷，采氣大隊和凈化廠管網(wǎng)壓力同時上漲。閥門切斷后，裝置從正常運行壓力上漲至壓力高報，所用的時間即為應急處置時間[1]，如式（2）所示。

利用公式（2），按照凈化廠管容量和集氣干線管容量（采氣大隊），可得到天然氣總?cè)萘縑，Q為按裝置正常運行流量，V1為5.5Mpa下天然氣容量，V2為5Mpa下天然氣容量，可計算得到壓力上漲時間。

利用公式（1），按照在常壓0.1Mpa下，估算出凈化廠裝置容量為231.04m3，可計算得到：在壓力為5Mpa下，凈化廠裝置天然氣容量為1.3430×104m3;在壓力為5.5Mpa下，凈化廠裝置天然氣容量為1.5125×104m3。

按照在常壓0.1Mpa下，估算出集氣干線管容量為65328m3，在5Mpa下，集氣干線天然氣管容量為37.9813×104m3;在55Mpa下，集氣干線天然氣管容量為42.7742×104m3。

根據(jù)公式（2），進站閥門關斷的情況下，可計算得到天然氣瞬時流量從6×104m3/h至12×104m3/h的情況下，壓力從5Mpa漲至5.5Mpa變化的應急處置時間，可得到應急處置時間曲線見圖1。

出站閥門關斷的情況下，可計算得到天然氣瞬時流量從6×104m3/h至12×104m3/h的情況下，壓力從5Mpa漲至55Mpa變化的應急處置時間，可得到應急處置時間曲線見圖2。

從圖1和圖2，可以看出在進出站關斷的情況下，應急處置時間隨著瞬時流量的增大而逐漸變小。在進出站關斷的情況下，該段時間內(nèi)如何進行應急處置，首先要進行ESD復位、現(xiàn)場復位、DCS重新打開，若果還是不能打開就切換成手動模式打開。

3 放空泄壓分析

凈化廠高架火炬設計最大放空量為150×104m3/d，放空系統(tǒng)主要有以下四種放空工況：安全閥超壓放空、手動放空、ESD緊急放空、調(diào)壓放空。

3.1 安全閥超壓放空

情況說明：根據(jù)規(guī)范GB-150要求，為防止壓力容器和管道因操作故障等造成設備內(nèi)氣體壓力超過設計壓力而發(fā)生爆炸事故，設置安全閥，超壓自動起跳放空，都滿足放空要求。

3.2 手動放空

情況說明：集氣管道需要泄壓時，進站緊急切斷閥關閉，手動開啟FJ20101進行管道泄壓，根據(jù)需要控制操作閥開度，滿足放空要求。

3.3 ESD緊急放空

情況說明：當遇到停電、停風、火災等事故時若觸發(fā)一級聯(lián)鎖，出站閥門ESDV20401自動關閉，BDV20402將自動打開放空。其后有兩塊限流孔板，設計最大放空量235×104m3/d，不滿足放空要求，所以重新核算放空量，更換該閥門后限流孔板。

3.4 調(diào)壓放空

情況說明：外輸天然氣出口壓力（PIT20401）調(diào)節(jié)，設定壓力值為5.15Mpa，當壓力開高至5.4Mpa時，PIT20401控制打開調(diào)節(jié)閥PV20402泄放，也可手動調(diào)節(jié)閥門開度泄放。管道規(guī)格DN200其后無限流孔板，全開后設計最大放空量為336×104m3/d;且放空調(diào)節(jié)閥PV20402為風關閥，停風時自動打開，DCS系統(tǒng)故障、UPS失電也會導致該閥門自動打開放空泄壓，不能滿足需要。

凈化廠天然氣凈化裝置，放空量過大可能造成下游放空分液罐人孔、法蘭連接處泄露，火炬塔架、管線承壓不足等情況發(fā)生安全事故。所以，經(jīng)過分析研究，形成兩種解決措施：一是關小前閘閥，將放空調(diào)節(jié)閥PV-20402前閘閥開度關閉85%～90%，需要放空時根據(jù)實際壓力上漲情況緩慢打開PV-20402放空，每次開度不大于2%，防止放空量過大發(fā)生事故。若系統(tǒng)壓力過高，視情況緩慢打開PV-20402前閘閥進行泄壓放空。當壓力恢復正常后，在將PV-20402前閘閥開度關閉85%-90%。二是更換放空調(diào)壓閥PV-20402，改變該閥門故障狀態(tài)，更改為風開閥。重新選型，將該閥門更換為保位閥。

4 結(jié)論

通過對進出站異常關斷的情況下，計算得到在5Mpa下，集氣干線天然氣管容量：37.9813×104m3，凈化廠裝置天然氣容量1.3430×104m3;在5.5Mpa下，集氣干線天然氣管容量：42.7742×104m3，凈化廠裝置天然氣容量1.5125×104m3。應急處置時間隨著瞬時流量的增大而逐漸變小，在9×104m3/h的情況下，進站閥門關斷的情況下，估算出應急處置時間大約為32分鐘，出站閥門關斷的情況下，估算出應急處置時間大約為33.1分鐘。

通過對放空泄壓現(xiàn)狀及對上游管道的影響進行分析研究，解決了裝置放空存在的問題，這樣員工在事故狀態(tài)下能及時、準確地應急處置，提高了職工應急處置能力。

參考文獻：

[1]天然氣凈化操作[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011：435-439.

[2]張立俠，郭春秋.天然氣偏差因子計算新方法[J].石油與天然氣化工，2018，08.

[3]謝莉莉，劉勁松.天然氣壓縮因子的分析及其計算[J].上海計量測試，2011，05.

[4]周斯雅.天然氣凈化廠超壓自動放空系統(tǒng)優(yōu)化[J].石油化工自動化，2017，08.

作者簡介：折紅艷（1989—?），女，漢族，陜西子長人，碩士，工程師，研究方向：天然氣凈化。