蘇里格氣田天然氣處理廠節(jié)能減排技術(shù)研究

張文超 喬光輝 張磊 張彩霞

（1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司；2.蘭州城市學(xué)院）

蘇里格氣田天然氣處理廠節(jié)能減排技術(shù)研究

張文超1喬光輝1張磊1張彩霞2

（1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司；2.蘭州城市學(xué)院）

結(jié)合蘇里格氣田天然氣處理廠的建設(shè)特點，通過定壓放空、選用進(jìn)口大口徑球閥、設(shè)置合理的安全閥定壓以及將閃蒸氣引入燃料氣系統(tǒng)等措施減小天然氣的泄放量；利用廠址所在地日照量大的特點，使用太陽能熱水器和太陽能路燈，減少電能消耗；通過采用“壓力斜管除油—粗濾—精濾”的不含醇污水處理工藝以及“儲罐排泥及濃縮脫水”含甲醇污水預(yù)處理工藝，處理合格后的污水回注至同層儲氣層，污泥經(jīng)焚燒爐焚燒后用于墊路或固化處理，實現(xiàn)了“三廢”的零排放；利用微正壓氮封技術(shù)對凝析油儲罐進(jìn)行保護(hù)，減少儲存過程中閃蒸氣排放。

天然氣處理廠；節(jié)能減排；天然氣放空；太陽能；污水處理；氮封

0 引 言

節(jié)能減排，一是節(jié)約能源、人力、物料，二是減少外排廢水、廢氣、廢物等。以蘇里格氣田50億m3/a標(biāo)準(zhǔn)化處理廠為例，主體工藝采用先增壓后丙烷制冷低溫分離的脫油脫水工藝，設(shè)脫油脫水裝置3套，單套處理規(guī)模為500×104m3/d，設(shè)增壓裝置7套（6用1備），同時設(shè)置凝析油穩(wěn)定裝置、甲醇污水預(yù)處理、儲運設(shè)施、甲醇回收等輔助配套系統(tǒng)。通過減小天然氣的泄放量、太陽能利用、污水處理技術(shù)及儲罐氮封技術(shù)等節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用，減小了處理廠能耗。

1 減小天然氣的泄放量

1.1 定壓放空系統(tǒng)的設(shè)置

在進(jìn)處理廠集氣干線的緊急關(guān)斷閥前設(shè)置定壓放空系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)廠壓力小范圍波動時，通過設(shè)置在干線的壓力變送器來控制定壓放空系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的開度泄放天然氣，從而達(dá)到控制天然氣進(jìn)廠壓力穩(wěn)定的目的［1］。典型定壓放空工藝流程見圖1。

圖1 典型定壓放空工藝流程

調(diào)節(jié)閥是根據(jù)進(jìn)廠天然氣正常流量的20%，閥前壓力小于管道安全閥的定壓來進(jìn)行設(shè)計計算的。定壓放空系統(tǒng)在處理廠正常生產(chǎn)時進(jìn)行操作，通過調(diào)節(jié)閥的開度控制天然氣的泄放，當(dāng)定壓放空系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥開至最大，而天然氣壓力仍然不能達(dá)到安全運行壓力時，則需要啟動緊急放空系統(tǒng)。

定壓放空系統(tǒng)的設(shè)置，在保證壓力系統(tǒng)安全的前提下，盡量不放空或少放空，大大減少了正常生產(chǎn)時天然氣的損失。

1.2 選用進(jìn)口的大口徑球閥

進(jìn)廠干線的緊急關(guān)斷閥、收發(fā)球筒的進(jìn)出口關(guān)斷閥以及天然氣裝置的界區(qū)閥，當(dāng)管徑為D N700以上時，選用進(jìn)口的固定球閥。相對于國產(chǎn)的大口徑球閥，進(jìn)口球閥具有生產(chǎn)工藝成熟、閥桿和閥體密封可靠等特點，當(dāng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時，減少天然氣的泄漏。

1.3 安全閥定壓的設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗可知，當(dāng)天然氣運行壓力比安全閥定壓小0.1 M Pa時，安全閥就已經(jīng)啟動，所以根據(jù)安全閥運行的這個特點，在設(shè)計時適度提高安全閥的定壓，減少正常生產(chǎn)壓力波動時天然氣的損失。

1.4 閃蒸氣回收利用

將凝液閃蒸氣和凝析油穩(wěn)定塔塔頂氣引入燃料氣系統(tǒng)，利用上游壓力能將操作壓力控制為0.4 M Pa，閃蒸分離工藝流程見圖2。通過閃蒸氣回收工藝，單座標(biāo)準(zhǔn)化處理廠每年可節(jié)約燃料氣90×104m3。

圖2 處理廠閃蒸分離工藝流程

2 太陽能利用

蘇里格氣田天然氣處理廠位于鄂爾多斯盆地中北部，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，干旱少雨，極端最高氣溫36.5℃，極端最低氣溫零下29℃，年日照時數(shù)為2 903 h，平均每天光照時間為7.95 h（全年按365天），年太陽幅照量在7 000 M J/m2以上，太陽能資源豐富，積溫有效性高，屬太陽能條件一類地區(qū)。

2.1 倒班點生活熱水系統(tǒng)

在倒班點的生活熱水和廠區(qū)內(nèi)非生產(chǎn)區(qū)域，采用太陽能中央熱水器制備熱水，在宿舍樓和消防樓屋面各設(shè)1套獨立的太陽能熱水系統(tǒng)［2］。①防凍循環(huán)：當(dāng)溫度探頭探測的溫度小于5℃時，啟動微循環(huán)泵，當(dāng)溫度達(dá)到10℃時停止運行；②集熱器采用“三高”真空管：耐高溫、抗高寒、高效吸收；③加厚保溫層：核心部件采用經(jīng)高溫熟化處理、保溫效果好、壽命持久的全自動恒溫高壓定量發(fā)泡工藝的加厚保溫層，保證系統(tǒng)可在零下40℃正常運行；④設(shè)計防風(fēng)鋅彩板支架：針對北方的氣候特點，加大機身、加高支座、寬風(fēng)道底座，提高了抗風(fēng)、抗雪及抗雹性能；⑤系統(tǒng)設(shè)自動電輔助加熱，解決了陰雨天用熱水問題。

以100人的保障點為例，采用全天供熱洗澡熱水，全年需耗能1 279 M W，使用太陽能全年能耗僅為215 M W。

2.2 太陽能路燈

處理廠的進(jìn)廠路和廠前路照明采用太陽能路燈。①進(jìn)廠路：L E D光源，150 k W，燈桿高8 m，燈間距50 m；②廠前路：L E D光源，150 k W，燈桿高6 m，燈間距30 m。

通過設(shè)置太陽能路燈的措施，單座處理廠2.0 k m進(jìn)廠路和1.5 k m廠前路計，每年可節(jié)約用電11.8× 104k W·h。

3 污水處理新工藝研究

蘇里格氣田產(chǎn)水量大，平均1萬億m3天然氣約產(chǎn)水0.5 m3［3］，且集氣干線和處理廠內(nèi)需連續(xù)注醇，形成了大量的不含醇污水和少量的含醇污水，集氣站和集氣干線產(chǎn)出的污水在處理廠統(tǒng)一集中處理［4］。根據(jù)實際情況，污水處理采用將不含醇污水和含醇污水分開處理技術(shù)。

不含醇污水選擇“壓力斜管除油—粗濾—精濾”的污水處理工藝，使水質(zhì)達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)后同層回注至儲氣層，工藝流程見圖3。

圖3 不含醇污水處理工藝流程

含甲醇污水預(yù)處理采用“儲罐排泥及濃縮脫水技術(shù)”，該技術(shù)主要包括：密閉裝卸車、渦流反應(yīng)絮凝沉降、污泥回流、自動排泥和含醇污泥熱力脫醇脫水［5］。該技術(shù)的應(yīng)用不僅能徹底消除人工清罐的安全隱患，而且與原來“污泥自然干化”相比，極大地減輕了甲醇和凝析油蒸發(fā)帶來的大氣污染。預(yù)處理后的含醇污水經(jīng)甲醇回收處理，按照S Y/T 596-2004《氣田水回注方法》要求回注至儲氣層。含醇污水處理總工藝流程見圖4。

圖4 含醇污水處理總工藝流程

不含醇污水和含醇污水中分離出的污泥，經(jīng)焚燒爐焚燒后用于墊路或固化處理。

4 內(nèi)浮頂凝析油儲罐氮封技術(shù)

氮氣密封技術(shù)就是用氮氣補充罐內(nèi)氣體空間。由于氮氣比油氣輕，所以氮氣浮在油氣上面。當(dāng)呼氣時，呼出罐外的是氮氣而不是油蒸氣。當(dāng)罐內(nèi)壓力降低時，氮氣自動進(jìn)罐補充氣體空間，減少蒸發(fā)損耗，避免油品接觸氧化。

處理廠凝析油儲罐選用內(nèi)浮頂罐，內(nèi)浮頂罐可有效減少凝析油的蒸發(fā)損失，但是由于內(nèi)浮頂罐自身密封結(jié)構(gòu)和浮頂密封泄漏機理等方面的原因，致使內(nèi)浮頂罐在操作運行過程中存在一定的安全隱患，為了進(jìn)一步提高凝析油儲存的安全性，采用內(nèi)浮頂罐加氮氣保護(hù)方案［6］。

氮封氣源就近從罐區(qū)防火堤外氮氣管網(wǎng)引接至儲罐，管線穿越防火墻處注意做好密封，連接示意見圖5。氮氣源壓力0.6 M Pa，應(yīng)確保氮氣機組24 h值班，管道系統(tǒng)設(shè)計壓力1.0 M Pa。

圖5 穩(wěn)定凝析油儲罐氮封系統(tǒng)示意

液壓安全閥：根據(jù)S H/T 3007—2007《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》要求，“采用氣體密封的固定頂罐，還應(yīng)設(shè)置事故泄壓設(shè)備”。本方案選擇液壓安全閥作為事故泄壓設(shè)備，開啟壓力設(shè)為負(fù)壓-295 Pa、正壓1 180 Pa。

吸氣閥：選用自力式調(diào)壓閥，通過一級調(diào)壓閥整定閥后大罐壓力穩(wěn)定在0.5 kPa±10%。

呼吸閥：操作壓力為-295～980 Pa。當(dāng)呼吸閥達(dá)到了工作壓力以后，閥盤立即開啟，保證儲罐正常的通氣要求。

采用內(nèi)浮頂加氮氣密封保護(hù)，這樣一方面可以抑制油氣蒸發(fā)，另一方面還可以降低油氣混合物中氧氣濃度，從而降低油氣混合物的爆炸危險性。

5 結(jié) 論

蘇里格氣田已經(jīng)建成并投產(chǎn)5座標(biāo)準(zhǔn)化處理廠，經(jīng)過節(jié)能減排技術(shù)研究的應(yīng)用，處理廠每處理1萬億m3天然氣綜合能耗達(dá)到4 225.4 M J，達(dá)到國內(nèi)的先進(jìn)水平。同時氣田采出水經(jīng)處理合格后回注地層，污泥經(jīng)焚燒爐焚燒后用于墊路或固化處理，廢氣均通過火炬燃燒達(dá)標(biāo)后排放到大氣中，整個天然氣處理工藝“三廢”基本實現(xiàn)了零排放。

［1］ 任曉峰，孫慧，孫志鵬，等.用H A Z O P分析治理天然氣處理廠隱患［J］.油氣田地面工程，2012，31（1）：56-58.

［2］ 呼延念超，單巧利，李勇，等.太陽能熱水系統(tǒng)在寒冷地區(qū)油氣田倒班點的應(yīng)用［J］.節(jié)能，2009，28（7）：47-48.

［3］ 冉新權(quán)，李安琪.蘇里格氣田開發(fā)論（第二版）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2013.

［4］ 單巧利，李勇，張超，等.長慶氣田甲醇污水水質(zhì)特點分析［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2012，22（6）：47-49.

［5］ 趙亮，張振云，黃博，等.含醇污水預(yù)處理工藝在長慶氣田的應(yīng)用［J］.石油化工設(shè)備，2007，36（1）：75-77.

［6］ 李勇，呼延念超，常益民，等.內(nèi)浮頂凝析油罐氮封系統(tǒng)工藝改造［J］.石油與天然氣化工，2009，38（5）：406-408.

（編輯 石津銘）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.05.003

1005-3158（2015）05-0008-03

2015-01-23）

張文超，2005年畢業(yè)于西安石油大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)在西安長慶科技工程有限責(zé)任公司從事天然氣處理和凈化的工程設(shè)計及科研工作。通信地址：陜西省西安市未央?yún)^(qū)長慶興隆園小區(qū)長慶大廈904室，710018