儲氣庫放空系統優化技術研究

張 旭

中國石油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010

0 前言

秦皇島—沈陽天然氣管道儲氣庫工程屬于東北地區首例枯竭型油氣藏地下儲氣庫，具有工況種類繁多、參數變化顯著、介質成分復雜、壓力高、等級多等特點。25種采氣工況，溫度19～62.4℃，壓力6～19MPa，調峰規模300×104～1 500×104m3/d，采出氣中含黑油。主要工藝參數波動幅度大，對地面工藝系統流程的確定、設備的選型、站場的布置帶來了難度。注采氣系統設有4個壓力等級（28 、14、10、1.6MPa ），各壓力等級銜接處多，最高運行壓力達26MPa，尤其是放空系統，放空量大，裝置規模設施大，高壓系統放空壓力高，泄放條件苛刻，瞬時泄放量遠大于平均泄放量，系統動態負荷遠較常規泄放復雜，泄放壓差大，泄放溫度低。對此，放空系統設計面臨技術挑戰。

1 泄放量的確定

秦皇島—沈陽天然氣管道儲氣庫工程根據工藝系統的特點，集注站設高、低壓2套放空系統。集注站放空系統需滿足ESD泄放和安全閥放空兩種工況下的放空量最大值，不疊加。安全閥放空量與工程自控水平及可靠度有關，ESD泄放量與工藝系統有關，該工程集注站接收多個單井來氣，每口單井均設有獨立的ESD閥門，其泄放量按產量最大的1口單井不能關斷的工況考慮。

1.1 高壓放空系統

高壓工藝設備安全閥、壓縮機安全閥等放空進入高壓放空系統。

1.1.1 采氣系統放空

集注站放空主要包括設備檢修放空、安全閥保護放空、事故放空。其中，設備檢修放空為有組織的放空，可以人工控制調節放空量和放空時間［1］；安全閥保護放空為設備事故狀態放空，僅對某個系統內的設備進行泄壓保護，放空量小；事故放空為集注站火災、爆炸等情況下的緊急放空，放空量大。因此，在計算集注站放空量時，要考慮事故狀態下的最大放空量。

根據石油天然氣行業標準SY/T 0043-2002《泄壓和減壓系統指南》3.19.1條論述，綜合分析以單套處理輕烴的設備出現事故時放空量為最大放空量［2］。經計算15 min內壓力降至 690 kPa的最大放空量為23 040m3，由于設備內壓力約13MPa，如果不限流直接放空，則瞬時放空流量可達87.0×104m3/h，非常大，且壓力降低急劇，產生低溫。因此，在放空閥后設限流孔板。采氣系統15 min內放空流量變化曲線，見圖1。

從圖1可知，在14.6min（877 s）時滿足放空要求，15min內最大放空流量為13.29×104m3/h。因此，采氣期最大放空流量為13.29×104m3/h。

圖1 放空流量變化曲線圖

1.1.2 注氣系統放空

壓縮機組是注氣系統的核心設備，單臺壓縮機放空量為20×104m3/h，事故狀態下壓縮機組需逐臺放空。因此，集注站注氣系統高壓最大放空量為20×104m3/h。

1.1.3 線路放空

由于集輸管道未設置閥室，因此，集輸管道檢修時的放空利用集注站內的放空火炬。采氣集輸管線和注氣集輸管線不同時運行，各自放空。根據不同采氣工況，采氣集輸管道最大放空量為 42.5×104m3，當采氣管線壓力12.8 MPa時，最大放空流量 13.8×104m3/h，壓力降至 0.8 MPa時，放空流量 2.2×104m3/h，放空時間約12 min，全部放空需要2～5 h。注氣集輸管道的最大放空量為39.1×104m3，當注氣管線壓力 26MPa時，最大放空流量 10.004×104m3/h，壓力降至 4MPa，放空時間約 8min，全部放空需要 2～4.5 h［3-4］。

因此，高壓系統放空量以單套處理輕烴的設備出現事故時放空量為最大放空量，單套處理輕烴設備中，壓縮機為最大放空設備，以此單臺壓縮機放空量20×104m3/h為高壓系統最大放空量，高壓放空火炬設計規模為 500×104m3/d［5］。

1.2 低壓放空系統

集注站輔助系統設備及低壓管線放空進入低壓放空系統，包括乙二醇系統、導熱油系統、低壓工藝設備安全閥、壓縮機安全閥等設備的少量低壓氣放空 （放空壓力＜1.6MPa）。因此，低壓放空火炬設計規模為12×104m3/d。

2 安全放空系統的設置

集注站高壓放空系統分3個壓力等級：28、14、10MPa。正常生產時，系統放空壓差大，因此流速高，流量大，采氣系統介質含有少量砂粒，可能對放空閥門造成沖蝕、磨損。因此放空系統閥門設置雙閥，結構為球閥+旋塞閥+限流孔板。限流孔板的作用是防止放空時瞬時流量過大，造成放空火炬超負荷，放空系統震動強烈。

集注站低壓放空系統壓力等級為1.6MPa，主要為低壓設備安全閥放空。

3 安全閥的設置

集注站內注采氣系統安全閥的壓力等級為14、10、1.6MPa。集注站設備安全閥計算結果見表1。

表1 集注站設備安全閥計算

4 結論

儲氣庫集注站放空系統最大放空量并不簡單地等于單井最大配產量或者集注站生產規模，而是與實際的操作工況和工藝系統配置相關。將集注站分區、延時泄放理念，應用于儲氣庫工程的放空系統設計中，使儲氣庫工程放空系統不再按集注站最大處理量簡單地確定泄放量，減少了工程投資以及事故狀態下的無效放空，同時也減少了對環境的污染。

該工程尚未解決低壓火炬放空時，裝置放空量少而無法引燃火炬的情況。少量可燃性氣體仍存在于火炬匯管中。目前，采用火炬氮封的方式將氣體封存管道內，使低壓放空氣累計疊加，引燃火炬。

［1］郭 剛，周書仲，高順華.壓縮機組間歇性天然氣放空問題的處理 ［J］.天然氣技術與經濟，2011，5（1）：47-49.Guo Gang,Zhou Shuzhong,Gao Shunhua.Countermeasure against Interm ittentGasBlowout for Compressor Set［J］.Natural GasTechnology and Economy,2011，5（1）：47-49.

［2］SY/T 10043-2002，泄壓和減壓系統指南［S］.SY/T 10043-2002，Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems［S］.

［3］李 鍇，牛樹偉，劉治華.長輸天然氣管道輸損管理［J］.油氣儲運，2010，29（9）：708-710.LiKai,N iu Shuwei,Liu Zhihua.GasTransm ission LossControl of Long-distance Gas Pipline ［J］.Oil&Gas Storage and Transportation,2010，29（9）：708-710.

［4］葉學禮.天然氣放空管路水力計算［J］.天然氣工業，1999，19（3）：77-81.Ye Xueli.Hydraulic Calculation of Natural Gas Vent Line［J］.NaturalGas Industry,1999，19（3）：77-81.

［5］王功禮，梁月霞.火炬設計計算［J］.石油規劃設計，1997，8（5）：9-11.W ang Gongli，Liang Yuexia.Design and Caculation of Flare［J］.Petroleum Planning and Engineering,1997，8（5）：9-11.