天然氣處理廠放空系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)探討

1放空系統(tǒng)的設(shè)置為了提高天然氣處理廠的運營安全，降低外部事故的可能性，降低對環(huán)境的污染，處理廠必須安裝可靠的通風(fēng)系統(tǒng)。放空閥組是放空系統(tǒng)的核心,其數(shù)量、位置、規(guī)格和控制方式?jīng)Q定了放空規(guī)模、氣量和系統(tǒng)的安全性與可靠性,也決定了系統(tǒng)的工程投資。以蘇里格氣田50億m2天然氣處理廠的通風(fēng)優(yōu)化2.1增加壓降壓,適當(dāng)減輕放空規(guī)模第一座標(biāo)準(zhǔn)化天然氣處理廠設(shè)計放空規(guī)模為1500萬m在進行其余標(biāo)準(zhǔn)化天然氣處理廠設(shè)計時,經(jīng)過HAZOP專業(yè)分析,把放空系統(tǒng)的設(shè)置與安全儀表系統(tǒng)的ESD聯(lián)鎖功能有機結(jié)合,把ESD聯(lián)鎖功能分為四個等級:1級為全廠ESD關(guān)斷并泄壓;2級為全廠ESD關(guān)斷不泄壓;3級為單元裝置ESD關(guān)斷不泄壓;4級為設(shè)備級ESD關(guān)斷不泄壓。在滿足最不利工況的泄壓需求時,盡量減小放空規(guī)模。經(jīng)分析,處理廠大面積火災(zāi)事故下對應(yīng)ESD1級,要求緊急切斷氣源,并對廠內(nèi)設(shè)備、管系儲存氣體進行緊急泄放降壓,廠外集氣干線、外輸管道儲存的天然氣不聯(lián)鎖泄壓,從而避免了全處理量放空的方式。根據(jù)APIRP521的規(guī)定,火災(zāi)泄壓放空通常根據(jù)輸送介質(zhì)是否含有輕烴來設(shè)置泄放壓力。對于輸送介質(zhì)含輕烴的裝置,應(yīng)在15min內(nèi)降至690kPa或壓力容器設(shè)計壓力的50%,取其較低者;對于輸送介質(zhì)不含輕烴的裝置,考慮15min內(nèi)降至壓力容器設(shè)計壓力的50%放空過程為瞬態(tài)過程,放空初期由于氣源壓力高,瞬時氣量最大,決定了放空系統(tǒng)的規(guī)模,圖1及圖2即為蘇里格氣田50億m由于廠內(nèi)管系中天然氣儲量是放空規(guī)模的主要影響因素之一,若能減小管系的水容積,可大大降低放空規(guī)模。因此在處理廠配管設(shè)計時,需要對管網(wǎng)的布置、走向進行優(yōu)化,縮短管系長度;在管系規(guī)格選擇時,應(yīng)盡可能提高天然氣流速,縮小管系規(guī)格。經(jīng)過以上措施,放空規(guī)?？捎?500萬m2.2基于氣動從簡/流孔開度的放空閥標(biāo)準(zhǔn)化天然氣處理廠的放空閥組統(tǒng)一采用“電動球閥+手動節(jié)流截止放空閥”的設(shè)置模式,見圖3(a)。為了提高放空的可靠性,電動球閥采用“UPS直供電+電纜溝埋敷設(shè)”的方式。手動節(jié)流截止放空閥的優(yōu)點是可根據(jù)放空實際情況調(diào)整閥門的開度,但受人為因素影響較大,存在開度的精度不夠的問題,造成放空的不可控隱患增加。在第六處理廠項目設(shè)計中則借鑒了國際較為先進的作法,采用了“氣動球閥+限流孔板”的設(shè)置模式,見圖3(b),氣動方式更利于故障安全功能的實現(xiàn),限流孔板可以避免人為誤操作的風(fēng)險,從而提高安全性和可靠性。但要求對設(shè)備、管系的水容積和放空點的位置、數(shù)量要嚴(yán)格計算和控制,限流孔板的規(guī)格既要滿足泄放時間的要求,也要滿足泄壓的需求,因此需利用計算機進行動態(tài)計算。2.3火炬頭背壓高放空火炬的類型根據(jù)泄放的流速可分為音速火炬和非音速火炬,音速火炬頭采用獨特的噴嘴設(shè)計,使得具有一定壓力的放空氣體通過文丘里型噴嘴出口時流速達到或接近音速,其火炬頭背壓可達0.6MPa,高壓差、高流速排放是其關(guān)鍵技術(shù)。音速火炬可實現(xiàn)無蒸汽、寬流量范圍的100%無煙燃燒,具有熱輻射低、火焰穩(wěn)定性高、操作彈性大和使用壽命長的優(yōu)點。放空系統(tǒng)最高運行壓力可達到1.0MPa(而常規(guī)火炬一般為0.2~0.4MPa),具有管網(wǎng)規(guī)格小、火炬筒體直徑小、分液罐尺寸小的特點,綜合投資可節(jié)省30%以上。音速火炬在蘇里格氣田2座標(biāo)準(zhǔn)化處理廠得到推廣應(yīng)用,投運后運行穩(wěn)定可靠。2.4長明燈的優(yōu)化目前處理廠的火炬都設(shè)有長明燈,其目的是確保放空時天然氣能及時燃燒,減少原料氣的直接排放,但存在浪費資源和CO通過設(shè)置相關(guān)的儀表檢測設(shè)備、采用自動點火達到熄滅長明燈的目的,由于蘇里格氣田天然氣中不含硫化氫,短時的直接排放對環(huán)境影響不大,因此熄滅長明燈從技術(shù)和環(huán)保方面完全可行。通過在放空總管適當(dāng)位置設(shè)置放空氣體的壓力或流量檢測設(shè)備,當(dāng)檢測到壓力或流量信號時,指示啟動點火系統(tǒng);并設(shè)置火焰檢測裝置,以確保點火的成功,火焰檢測采用熱電偶或離子與紫外線的組合檢測;流量檢測一般采用靈敏度較高的熱值流量計。2.5基于分階梯的安全閥設(shè)置通過ESD系統(tǒng)進行設(shè)備、管系的BDV泄壓或高低壓SDV自動截斷屬于外界干預(yù),是儀表保護的范疇,可根據(jù)邏輯設(shè)定值自動進行聯(lián)鎖,但通常還需設(shè)置安全閥作為最后的機械保護屏障。另外根據(jù)規(guī)范規(guī)定,在可能超壓的上游壓力管道上、壓力容器上或高低壓系統(tǒng)的低壓側(cè)管系需設(shè)置安全閥,但存在所有安全閥的泄放量疊加超過處理廠BDV閥的總泄放量的問題,甚至達到處理廠的最大處理規(guī)模。為避免該情況的發(fā)生,可采用分階梯設(shè)定安全閥起跳值,即把安全閥的起跳壓力設(shè)置成互有差別,從而避免泄放量的峰值疊加;對管輸量較大的壓力管道,可采用提高ESD系統(tǒng)SDV閥的SIL等級而取消安全閥。2.6防退火與水封由于天然氣的密度小于空氣的密度,必須采取密封措施來防止空氣下沉倒流入火炬而發(fā)生閃爆等事故。目前常采用的防止回火措施有三種:阻火器、水封和分子封。阻火器采用金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu),在實際應(yīng)用中有被固體等雜質(zhì)堵塞的情況,造成放空不暢而存在安全風(fēng)險;水封則采用水封罐,但對于天然氣處理廠站,由于放空量大、氣體流速高,水氣容易被天然氣攜帶,在寒冷地區(qū)冬季易結(jié)冰而造