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)立即對生產設備進行操作，也就是對生產設備實施自動關斷，力爭將生產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，它表征了某一溫度、壓力條件下相同數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[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系數圖法：通過對比溫度值Tr和對比壓力值Pr，即查得偏差系數Z。

應用Standing-Katz的Z系數圖法：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壓力上漲，出站閥門突然關斷，采氣大隊和凈化廠管網壓力同時上漲。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），可得到天然氣總容量V，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，該段時間內如何進行應急處置，首先要進行ESD復位、現場復位、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、調壓放空。

3.1 安全閥超壓放空

情況說明：根據規(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 調壓放空

情況說明：外輸天然氣出口壓力（PIT20401）調節(jié)，設定壓力值為5.15Mpa，當壓力開高至5.4Mpa時，PIT20401控制打開調節(jié)閥PV20402泄放，也可手動調節(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，經過分析研究，形成兩種解決措施：一是關小前閘閥，將放空調節(jié)閥PV-20402前閘閥開度關閉85%～90%，需要放空時根據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。