天然氣凈化廠檢修管理與技術(shù)淺析

張春陽 ，劉 薔 ，吳 宇 ，曾 強 ，劉文祝 ，范 銳

（1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院，四川成都 610213；2.中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠，重慶 401220；3.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦，四川遂寧 629000；4.中國石油西南油氣田公司，四川成都 610051）

0 引言

天然氣凈化廠是含硫含碳天然氣開發(fā)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、腐蝕等風(fēng)險。其設(shè)備在生產(chǎn)過程中會逐漸磨損、腐蝕，并有可能出現(xiàn)設(shè)備堵塞、控制失靈、溶液污染等問題，導(dǎo)致裝置工藝性能、處理能力下降，故需開展檢修工作，消除隱患，確保裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行。

目前，中國石油天然氣股份有限公司（簡稱股份公司）各大油田企業(yè)在保證裝置本質(zhì)安全的基礎(chǔ)上，從延長檢修周期、減少檢修時間、降低檢修成本、QHSE管理等方面都出臺了各自的天然氣凈化廠檢修規(guī)定，在檢修過程中逐步探索形成了一些經(jīng)驗做法，管理日趨規(guī)范，但也還存在一些問題。因此有必要對現(xiàn)有的檢修管理要求和技術(shù)指標進行對比研究，規(guī)范作法。

1 檢修管理要求

1.1 管理機構(gòu)的設(shè)置

分析了各油氣田檢修管理機構(gòu)的組成，與頂層管理層、各油氣田檢修管理部門充分討論總結(jié)，遵循“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)務(wù)主導(dǎo)、分級管理、分工負責(zé)、協(xié)同配合”的原則，形成了從股份公司→油氣田公司→各廠礦（處）→凈化廠的四級管理機構(gòu)，實現(xiàn)了組織機構(gòu)設(shè)置的科學(xué)化和規(guī)范化。

1.2 管理職責(zé)的劃分

（1）股份公司負責(zé)組織制訂、修訂所屬天然氣凈化廠的檢修標準規(guī)范、管理制度，并監(jiān)督實施。

（2）各油氣田公司負責(zé)建立健全檢修管理體系，明確本公司各相關(guān)部門、單位在檢修管理方面的職責(zé)和權(quán)限。編制下達天然氣凈化廠檢修計劃和檢修期間氣量調(diào)配，并指導(dǎo)、監(jiān)督各下屬單位實施檢修工作。

（3）各廠礦（處）級單位負責(zé)組織審查、監(jiān)督、指導(dǎo)、上報所轄天然氣凈化廠檢修項目。

（4）各天然氣凈化廠負責(zé)本單位檢修項目的具體實施。

2 檢修技術(shù)要求

2.1 檢修周期的確定

天然氣凈化廠的計劃檢修周期受設(shè)備新度系數(shù)、壓力容器和特種設(shè)備檢驗、技術(shù)狀況、安全與環(huán)保要求的影響。一般為12～24個月。具體由以下要求確定。

2.1.1 標準規(guī)范要求

動設(shè)備、特種設(shè)備（包括壓力容器、壓力管道、鍋爐、安全閥等）、電氣設(shè)備的檢修周期應(yīng)遵循國家和行業(yè)的相關(guān)法律、法規(guī)和標準規(guī)范[1-6]的要求。

2.1.2 專業(yè)工具評價

狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、RCM（以可靠性為中心的維修）、RBI（基于風(fēng)險的檢測）、HAZOP分析（危險與可操作性分析）等專業(yè)工具[7-9]可以有效評價設(shè)備狀態(tài)和系統(tǒng)的可靠性，為凈化廠檢修周期提供決策支持。

2.1.3 組織專家評估

天然氣凈化廠結(jié)合裝置的實際運行狀況，從生產(chǎn)運行、工藝技術(shù)、設(shè)備設(shè)施、電氣儀表、HSE等方面對裝置的運行情況進行評價，同時開展產(chǎn)品氣氣質(zhì)、尾氣氣質(zhì)、溶液性能、外排水水質(zhì)等分析，編寫評估報告。

廠（處）級在收到天然氣凈化廠編制的評估報告后，組織專家現(xiàn)場評估，重點對監(jiān)控措施、裝置隱患進行評價，天然氣凈化廠根據(jù)審核后的評估報告，指導(dǎo)下一次檢修周期確定。超出檢驗周期的的特種設(shè)備等需要經(jīng)地方監(jiān)督管理部門備案許可。

受天然氣產(chǎn)供銷平衡、裝置運行突發(fā)狀況以及其他外界因素的影響，檢修周期可進行一定程度的調(diào)整。

2.2 分列裝置檢修的管理

分列生產(chǎn)裝置檢修時，部分工藝裝置和公用工程及輔助生產(chǎn)設(shè)施處于運行狀態(tài)，變電站、配電間和生產(chǎn)中的用電設(shè)備處于運轉(zhuǎn)中。為避免有害物料或危險能量意外釋放，應(yīng)采取隔離措施對其有效隔離。

2.2.1 能量隔離

（1）危險物質(zhì)的隔離。在檢修過程中，如果有閥門內(nèi)漏或誤操作而打開界區(qū)閥，則會導(dǎo)致介質(zhì)通過已打開的設(shè)備或管道竄流到作業(yè)面或空氣中，引起燃燒、爆炸、中毒、燙傷等而造成設(shè)備損害、職業(yè)傷害和環(huán)境破壞等生產(chǎn)事故。為了避免介質(zhì)泄漏而引發(fā)危險能量或有害物料意外釋放而采取盲板隔離或上鎖掛牌等有效措施進行能量隔離[10-11]。

（2）電氣隔離。凈化廠用電設(shè)備種類和數(shù)量多，在檢修過程中受設(shè)備或人為因素的影響，直接或間接觸電可能引發(fā)電擊事故。在剛切斷的電路中，檢修設(shè)備上殘存的靜電未完全消除，儲能設(shè)備上儲存的電荷還會保留一定的時間，人若接觸，就會產(chǎn)生電擊現(xiàn)象；檢修時的誤送電操作也會導(dǎo)致用電設(shè)備損壞或人員傷亡。

分列裝置停產(chǎn)后，應(yīng)對用電設(shè)施進行電氣隔離，即確保一旦設(shè)備關(guān)閉能源，設(shè)備即處于安全狀態(tài)，預(yù)防人員不慎啟動設(shè)備造成傷害或死亡。

（3）能量隔離流程。對檢修流程和能量隔離的影響因素進行分析，為確保檢修過程安全，結(jié)合企業(yè)標準《上鎖掛牌管理規(guī)范》（Q/SY 1421—2011）、油氣田公司相關(guān)規(guī)定和凈化廠能量隔離實際作法，按照流程（圖1）對能量進行有效隔離。

2.2.2 場地隔離

開展分列裝置檢修時，生產(chǎn)與檢修作業(yè)同時進行，檢修難度增大，為了保證檢修安全，必須使用圍欄整體或間斷隔離的方法將檢修場所與生產(chǎn)裝置隔離形成警戒線，并劃定檢修區(qū)域、通道區(qū)域和格柵區(qū)域。在檢修現(xiàn)場明顯位置放置安全標識及檢修工藝牌，并粘貼相關(guān)內(nèi)容。

圖1 能量隔離流程

嚴格準入管理，設(shè)專職人員監(jiān)護，防止無關(guān)人員誤入，使檢修與生產(chǎn)互不影響。并做好應(yīng)急和疏散預(yù)案，從本質(zhì)上保證檢修安全。

2.3 溶液和催化劑更換的立項依據(jù)

溶液和催化劑是天然氣凈化廠生產(chǎn)的必需品。包括：脫硫脫碳溶液、脫水溶劑、分子篩、催化劑等。

溶液和催化劑更換作為非常規(guī)檢修項目，應(yīng)明確其檢修立項審查依據(jù)，實現(xiàn)非常規(guī)檢修項目化管理。根據(jù)文獻、標準、制造商產(chǎn)品說明書并結(jié)合凈化廠實際情況調(diào)研，對溶液和催化劑的更換進行了研究和規(guī)范。

2.3.1 醇胺類脫硫脫碳溶液

原料氣帶入的油田化學(xué)添加劑、凝析油、腐蝕產(chǎn)物，溶液對系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物，活性炭粉末，阻泡劑，在一定條件下會形成膠狀堵塞物。溶液熱降解、化學(xué)降解和氧化降解過程中會形成熱穩(wěn)定性鹽。這些產(chǎn)物會造成脫硫脫碳溶液失效，引發(fā)溶液發(fā)泡、損失，再生貧液不合格，產(chǎn)品氣和/或尾氣不達標，系統(tǒng)腐蝕。

為了保證脫硫脫碳裝置的平穩(wěn)運行和更換溶液的客觀性及經(jīng)濟性，應(yīng)委托專門的脫硫脫碳溶液評價機構(gòu)在溶液體系波動和檢修時對溶液取樣，當(dāng)檢測值超過表1控制指標時建議對溶液復(fù)活或者更換[12-14]。

表1 溶液檢測項目控制指標

2.3.2 三甘醇脫水劑

三甘醇作為天然氣脫水劑，在生產(chǎn)中長期使用后各種污染物、腐蝕產(chǎn)物及降解產(chǎn)物都會累積到三甘醇溶液中，會引起三甘醇有效濃度降低、加快設(shè)備腐蝕，發(fā)泡嚴重時引起霧沫夾帶并導(dǎo)致三甘醇大量損失，脫水性能惡化，導(dǎo)致產(chǎn)品氣不達標。

因此，在檢修項目編制前委托資質(zhì)單位對三甘醇脫水劑取樣分析，當(dāng)水露點不合格（且/或）檢測項目高于表2控制指標時建議對脫水劑復(fù)活或者更換[15-17]。

2.3.3 催化劑和分子篩

（1）催化劑。目前，天然氣脫硫過程中產(chǎn)生的酸氣，工業(yè)上大多采用克勞斯工藝進行硫磺回收。隨著全球?qū)Νh(huán)境保護的重視程度越來越高，各個國家對硫磺回收裝置尾氣污染物排放的控制要求也越來越嚴格。因此，為滿足環(huán)保要求，國內(nèi)外開發(fā)出了一系列先進的硫磺回收和尾氣處理工藝和技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進行了配套硫磺回收催化劑的開發(fā)研究，形成了一系列硫磺回收催化劑[18-19]?，F(xiàn)階段用于硫磺回收和尾氣處理的催化劑主要包括：常規(guī)活性氧化鋁催化劑、助劑型硫磺回收催化劑、鈦基硫磺回收催化劑，以及低溫克勞斯催化劑、直接氧化催化劑和加氫水解催化劑等。

表2 三甘醇檢測項目控制指標

表3 催化劑和分子篩檢測項目

催化劑的使用壽命一般為（3～5）a。引起催化劑效率衰減而縮短其壽命的原因很多，主要有：原料中雜質(zhì)的毒化作用；高溫時的熱作用導(dǎo)致比表面積減少或者引起催化劑變質(zhì)；反應(yīng)原料中的塵?；蚍磻?yīng)過程中生成的碳沉積物覆蓋了催化劑表面；催化劑中的有效成分在反應(yīng)過程中流失；強烈的熱沖擊或壓力起伏使催化劑顆粒破碎；反應(yīng)物流體的沖刷使催化劑粉化吹失等。催化劑的壽命不僅取決于制造廠家所提出的正常操作條件范圍內(nèi)的保證使用期，也和凈化廠實際的操作條件、使用方法有關(guān)。當(dāng)硫轉(zhuǎn)化率降低或尾氣排放指標超過環(huán)保規(guī)定值時，就要對催化劑過篩、加裝或更換。

（2）分子篩。天然氣脫水分子篩一般選用3A或4A分子篩。分子篩的使用壽命一般為（5～8）a。分子篩失效的原因主要有：操作不當(dāng)，脫硫脫碳溶液、重?zé)N帶入吸附塔中堵塞分子篩孔道；在開、停工過程中或操作時切換、均壓、排壓時天然氣流速過快或壓力波動引起分子篩粉化、破碎等都會造成其壽命降低。

為了保證催化劑和分子篩的使用效率并提供更換基礎(chǔ)信息，凈化廠在生產(chǎn)期間應(yīng)對催化劑及分子篩的生產(chǎn)信息及工藝特性（裝置處理負荷，取樣位置，累計運行時間，酸氣或過程氣溫升值及轉(zhuǎn)化率，分子篩床層壓降及水露點等）進行采集，形成性能考核報告，作為催化劑及分子篩性能評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在停產(chǎn)檢修期間宜委托資質(zhì)單位對催化劑及分子篩進行取樣分析評價[20-21]并出具評價報告，為裝置的運行管理和決策提供依據(jù)。催化劑和分子篩的檢測項目見表3。

3 結(jié)語

對管理機構(gòu)和職責(zé)、檢修周期、分列檢修、溶液和催化劑更換立項等檢修管理和技術(shù)要求進行了分析研究，為下一步有效整合中國石油各油氣田凈化廠龐大、分散的檢修規(guī)定奠定了基礎(chǔ)。

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