榆林天然氣處理廠儲罐氮封系統(tǒng)改造

葛 濤，陳 平，李亞萍，李京子，高 風(fēng)，李昊林

（1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司生產(chǎn)運(yùn)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(qū)馬家峁村。承擔(dān)著榆林南區(qū)天然氣脫水脫烴、計量、外輸任務(wù)；榆林南區(qū)生產(chǎn)污水的處理任務(wù)；米脂天然氣處理廠、第二凈化廠天然氣計量、轉(zhuǎn)輸任務(wù)。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(xiàn)狀

榆林天然氣處理廠設(shè)計規(guī)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(wěn)定裝置、鍋爐房、供水站、空氮站、儲運(yùn)罐區(qū)等設(shè)施?，F(xiàn)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(zāi)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(zāi)危險物，油氣爆炸極限1.0 %～6.0 %。

2.1.3 穩(wěn)定凝析油 天然氣處理廠脫油脫水裝置產(chǎn)生的經(jīng)過穩(wěn)定處理后的凝析油，閃點甲B 類火災(zāi)危險物，油氣爆炸極限1.0 %～6.0 %。

2.1.4 產(chǎn)品甲醇 甲醇含量80 %～95 %，甲B 類火災(zāi)危險物，爆炸極限5.5 %～36 %。

由于儲罐內(nèi)有易燃、易爆組份，儲罐大、小呼吸時外界空氣通過呼吸閥進(jìn)入罐內(nèi)，易形成爆炸性混合物。流速過快，易產(chǎn)生靜電火花，會導(dǎo)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(hù)氣，能防止儲罐內(nèi)的易燃易爆組分和空氣中氧氣接觸，避免發(fā)生燃燒爆炸。

3 儲罐氮封改造所需的氮氣量

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

甲醇原料水罐的泵排量最大為12 m3/h；產(chǎn)品甲醇和凝析油的泵排量均30 m3/h。產(chǎn)品甲醇和凝析油裝車時，同一時間只能裝一種介質(zhì)，因此產(chǎn)品甲醇泵和凝析油泵只能運(yùn)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(chǎn)生的液相體積變化而引起的呼吸量，m3/h；Q23-溫度變化產(chǎn)生的氣體體積變化，m3/h。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)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(nèi)。因此Q21=0。

由于甲醇原料水、凝析油組分復(fù)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(dǎo)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(xiàn)狀

空氮站現(xiàn)有2005 年建兩套300 m3/h 螺桿壓縮機(jī)、空氣凈化裝置。2007 年建一套318 m3/h 螺桿壓縮機(jī)及空氣凈化裝置，目前一用兩備。一套提供全廠儀表用風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)能力核算

空氮站凈化風(fēng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)榆林天然氣處理廠、榆林末站和火炬區(qū)所有氣動調(diào)節(jié)閥、天然氣進(jìn)出站截斷閥等閥門儀表供風(fēng)任務(wù)。儲罐氮封保護(hù)改造，需要為氮封系統(tǒng)供氣，制氮量250 m3/h，需空氣量約600 m3/h。

目前日常生產(chǎn)儀表風(fēng)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(xiàn)有2 臺300 m3/h 及1 臺318 m3/h 空壓機(jī)，3 臺180 m3/h 干燥機(jī)。需要目前3 臺空壓機(jī)同時運(yùn)行，無備機(jī)。現(xiàn)有空壓機(jī)故障率較高。而3 臺180 m3/h干燥機(jī)不能滿足要求。

空氮站內(nèi)管線及6 m3凈化風(fēng)儲罐、10 m3非凈化風(fēng)儲罐和20 m3氮氣儲罐在新增氮封保護(hù)后滿足要求。

4.3 制氮系統(tǒng)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(tǒng)能力：250 m3/h?？梢詽M足要求。

4.4 改造方案

方案一: 將現(xiàn)有3 臺空氣壓縮機(jī)更換為8 m3/min（480 m3/h），2 運(yùn)1 備。滿足最大用風(fēng)量900 m3/h 需要。每臺配套對應(yīng)能力的干燥機(jī)?，F(xiàn)廠房可滿足其更換設(shè)備要求，空氮站內(nèi)凈化風(fēng)罐、非凈化風(fēng)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(xiàn)有1 臺5.3 m3/min 空氣壓縮機(jī)，將現(xiàn)有2 臺5 m3/min 空氣壓縮機(jī)和凈化干燥系統(tǒng)更換為10.8 m3/min（840 m3/h），原有1 臺5.7 m3/min 空氣壓縮機(jī)凈化干燥系統(tǒng)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(jī)運(yùn)行，備用一臺10.8 m3/min 壓縮機(jī)，滿足最大用風(fēng)量900 m3/h需要?，F(xiàn)廠房可滿足其更換設(shè)備要求，空氮站內(nèi)凈化風(fēng)罐、非凈化風(fēng)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(jīng)方案對比，按照方案一，對榆林天然氣處理廠空氮站進(jìn)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(shè)計為內(nèi)浮頂罐，在罐壁設(shè)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(hù)網(wǎng)，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(nèi)浮頂拱頂罐”, 再利用罐頂呼吸閥接管口完成氮封系統(tǒng)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(tǒng)的組成

改造后的儲罐氮封系統(tǒng)由氧含量在線分析儀、調(diào)壓閥組、壓力在線顯示和變送報警儀表及儲罐泄放系統(tǒng)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(jìn)入氮封系統(tǒng)的氮氣中的氧含量進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，防止氧氣進(jìn)入儲罐。

6.2 調(diào)壓閥組

調(diào)壓閥組的主要設(shè)備為自力式調(diào)節(jié)閥，控制閥后壓力滿足儲罐頂部壓力0.2 kPa～1.0 kPa 范圍內(nèi)。

6.3 壓力在線顯示和變送報警儀表

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

6.4 儲罐壓力泄放系統(tǒng)

《石油化工儲運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》（SHT3007-2007）第五條常壓和低壓罐區(qū)規(guī)定：采用氣體密封的固定頂罐，還應(yīng)設(shè)置事故泄壓設(shè)備。國內(nèi)的很多氮封工程均使用呼吸閥作為氮封儲罐的出氣設(shè)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(jī)械結(jié)構(gòu)，存在著冬季結(jié)霜凍死失靈，導(dǎo)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(fù)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(jié)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(hù)改造工程的實施，將進(jìn)一步降低儲罐發(fā)生安全事故的風(fēng)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(wěn)供氣夯實了基礎(chǔ)。

［1］ 梁曉鋒.化工企業(yè)原料儲罐氮封系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用［J］.寧波化工，2013，（1）：27-29.

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

［3］ SH/T3007-2007. 石油化工儲運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范［S］.2007.