沁水盆地煤層氣站場標準化和橇裝化設計淺析

胡建國 鄭 欣 薛 崗 閆曉峰 王彥良 彭 磊

(1.西安長慶科技工程有限責任公司,陜西 710018;2.長慶油田分公司第六采氣廠,陜西 710021;3.長慶油田分公司第五采氣廠,陜西 710021;4.長慶油田分公司第二采氣廠,陜西 710200)

1 概述

1.1 國內煤層氣資源及開發建設現狀

我國煤層氣資源十分豐富，是世界上繼俄羅斯、加拿大之后的第三大煤層氣儲量國，占世界排名前12位國家資源總量的13%。國土資源部、國家發改委2006年預測結果為36.81×1012m3，與陸上常規天然氣資源量相當。目前，在國內已進行商業化開發的煤層氣田主要有沁水盆地和鄂爾多斯東緣盆地等煤層氣田，其中規模較大的典型煤層氣工程統計詳見表1。

表1 國內典型煤層氣工程統計

1.2 沁水盆地煤層氣田典型集輸工藝

國內沁水盆地煤層氣田主要采用了“井口-采氣管網-集氣站-中央處理廠-外輸”的總工藝流程，采用了“排水采氣、低壓集氣、井口計量、井間串接、復合材質、站場分離、兩地增壓、集中處理、無線傳輸、數字管理”的地面工藝。

集氣站采用“采氣干管來氣→分離器(過濾分離)→壓縮機(增壓)→二次分離(過濾分離)→外輸”的工藝流程。

中央處理廠內采用先增壓后脫水的主體工藝流程。集氣干線來氣首先進入集配氣系統清管接收，再進入過濾分離系統進行氣液分離，然后進入增壓裝置，將壓力由1.0MPa(絕壓，下同)增壓至6.0MPa后進入三甘醇脫水裝置脫水，以確保外輸氣的水露點，最后經計量后輸往西氣東輸一線管道。

1.3 煤層氣田標準化設計的前提和必要性

隨著煤層氣田規模化開發以及近幾年的開發建設和運行經驗，集氣工藝技術相對成熟，具備了標準化設計的基本條件。因此，煤層氣田以“標準化設計、模塊化建設”這一集成創新的設計理念和設計手段在煤層氣領域正在掀開序幕。

標準化設計可以使設備和材料供應實現系列化、標準化、定型化，有效降低安全風險，提高生產運行安全保障能力，確保整個煤層氣田安全高效的運行；可以從根本上解決地區地形復雜、征地困難所造成的氣田場站選址晚、線路走向確定困難與建設周期短相矛盾的問題，節約設計時間，提高設計效率；使材料準備、施工圖會審、產建組織更加規范化、完善化，明顯降低工時，提高生產效率。同時，可以使建設過程中的監督更加規范，最終提高建設質量。

下面以沁水盆地煤層氣田實踐為基礎，對煤層氣標準化的設計思路和具體做法說明如下，并對沁南東-夏店橇裝化設計進行簡要概述。

2 沁水盆地煤層氣標準化設計的思路

在煤層氣集氣工藝流程定型的前提下，通過標準化設計、模塊化建設形成標準化、規范化、系列化的設計和施工方法。標準化設計按照“統一平面布局、統一工藝流程、統一設備選型、統一建設標準、統一單體安裝”五統一的基礎上，針對地面建設內容，以工藝技術優化簡化和定型為核心，以模塊設計為關鍵手段，對批量性、通用性、重復性的內容進行標準化設計。使設計在煤層氣田的地面建設中趨于統一，具有科學性、合理性、通用性和先進性。

2.1 工藝流程通用化

通過優化、簡化工藝流程，統一系統布局和生產工藝，使井場和集氣站的工藝流程基本一致，為井場和集氣站的標準化設計奠定基礎。

2.2 井站平面標準化

在盡量減少占地和滿足功能需要的基礎上，對其布局進行統一規劃，使井場、集氣站的工藝裝置區大小、方位統一，達到標準化設計的目的。

2.3 工藝設備定型化

對井場和集氣站使用的設備統一標準、統一外形尺寸、統一技術參數；同時保證質量安全可靠、造價合理，為規?；少徧峁┮罁?。

井場主要設備為旋進流量計、數據采集與傳輸設施等；

集氣站主要設備為一次過濾分離器、壓縮機組、二次過濾分離器、清管器收發球筒、污水罐等。

中央處理廠主要設備為段塞流捕集器、過濾分離器、壓縮機組、三甘醇脫水裝置、清管器收發球筒、污水罐等。

2.4 設計安裝模塊化

對于井場，利用三維設計手段，根據功能、組成對井口模塊劃分，模塊應具有較強的通用性、互換性，易于模塊化組合。定型的單體模塊通過組裝、拼接就可以形成不同類型、不同規模井場的整體設計。

對于集氣站和中央處理廠，利用三維設計手段，根據功能、組成對集氣站進行模塊劃分，模塊應具有較強的通用性、互換性，易于模塊化組合。定型的單體模塊通過組裝、拼接就可以形成不同類型、不同規模站場的整體設計。

2.5 管閥配件規范化

管閥配件規范化就是針對目前國內管閥配件行業標準多、不統一的現狀，規范工程中使用的各種類型的管閥配件，使材料、連接方式、執行標準等統一，方便規模化采購和生產維修。

2.6 建設標準統一化

對井站標識、環保措施、儀表、供電等配套標準進行統一，既反映企業整體形象又節約投資、講求實效，達到企業與周圍環境的和諧統一。

2.7 安全設計人性化

堅持“安全第一、環保優先、以人為本”的設計理念，井場和集氣站安全措施全部滿足規范要求。其中包括：①在井口設置緊急關斷閥，防止安全事故發生；②在集氣站和中央處理廠設置氣動緊急關斷閥，值班人員可以在值班室進行控制，發生事故時可以緊急切斷氣源；③在生產區設置緊急逃生門，方便緊急情況下逃生。

2.8 設備材料國產化

設計時采用符合需要的國產化材料，是降低建設投資的重要手段。

2.9 生產管理數字化

利用現代成熟的計算機網絡通訊系統，借助現有油田網絡資源，建立起全煤層氣田的生產數據管理平臺，進行數據源的自動采集、處理和分析。

3 沁水煤層氣標準化設計的實施方法

3.1 井場標準化

(1)平面布置

井場無人值守，場地只作簡單處理。平面布置根據生產性質和功能將井場分成兩個區，即抽油機及采氣樹區和輔助生產區。兩區相對獨立，又相互聯系，既減少相互影響，又滿足生產要求。

生產區主要包括抽油機和采氣樹。

輔助區主要包括集氣橇和燃氣集氣橇、儲水池、燃氣發電機和配電柜(電氣、儀表和通信三合一)等。

(2)工藝流程

井口采用抽油機將儲層的水采出，排至儲水池，根據具體水質情況進行處理。

煤層氣解吸后由套管采出，通過井場旋進流量計計量后，經采氣管線輸送至集氣站。在井場預留排采放空接口，作為排采用。

3.2 集氣站標準化

集氣站主要功能為接收周邊井場來氣、過濾分離、增壓、二次過濾分離、計量外輸、清管等。設計規模劃分為10×104m3/d、20×104m3/d、30×104m3/d、50×104m3/d四種規模，壓力等級為1.6MPa。

(1)平面布置

總平面布置根據生產性質和功能將集氣站內、外分成三個區，即：生產區、生活區、放空區?？紤]到生產區內壓縮機組噪音對住站人員影響較大，壓縮機布置在集氣站生活區最遠端。各區相對獨立，又相互聯系，既減少相互影響，又滿足生產要求。

生產區主要包括：進站區、分離區、增壓區、污水罐區、二次分離器區、計量外輸區及收發球筒區。

生活區主要包括：值班室、休息室、壁掛爐間、廚房、餐廳、工具間、空壓機房、低壓配電間及10kV開關室等。

放空區：放空區位于全站最小頻率風向的上風側。

(2)工藝流程

集氣工藝流程：自氣井輸送來的煤層氣經采氣干管0.05～0.15MPa進站后，經分離器進行氣液分離后，進入壓縮機組增壓，增壓后的煤層氣壓力為1.2～1.4MPa，經空冷器冷卻至50～54℃后二次分離，經計量后外輸。流程示意圖見圖1。

(3)集氣站標準化模塊構成

集氣站標準化模塊設計共包括說明書、 設備表、進站區、分離區、增壓區、二次分離區、計量區和清管器發送/接收區，采出水儲罐區等裝置區的工藝自控流程圖和平面布置圖等內容。

圖1 集氣站工藝流程示意圖

3.3 中央處理廠標準化

處理廠主要采用增壓脫水工藝，主要功能為接收周邊集氣站來氣、預分離、增壓、脫水、計量外輸等。設計規模劃分為100×104m3/d、150×104m3/d、300×104m3/d三種規模，壓力等級為7.0MPa。

(1)平面布置

總平面布置劃分為4個功能區：生產區、輔助生產區、公用工程區和生產辦公區。

生產區：集配氣區(清管區、分離區和外輸計量區)、增壓站、脫水裝置區等。集配氣區位于廠區南側，便于集氣干線進廠。

輔助生產區：放空分液區、火炬區、溶劑材料庫等。

公用工程區：供水站、污水處理站、110kV變電站、10kV開關站、供熱系統、燃氣系統、空氮站等。

生產辦公區：中控樓、食堂等。

(2)處理廠工藝流程

處理廠典型工藝流程見圖2。各區塊集氣干線來氣首先進入集配氣裝置，在清管作業時負責清管器的接收；再進入過濾分離器，負責對原料氣進行氣液分離；然后進入增壓裝置增壓，壓力由0.9MPa增壓至6.0MPa；之后進入三甘醇脫水裝置脫水，確保外輸氣的水露點；最后經計量后輸往外輸管道。

圖2 處理廠典型工藝流程圖

①增壓流程

集配氣裝置來原料氣進入增壓裝置，來氣經計量裝置進入往復式壓縮機組增壓，壓力由0.9MPa增壓至6.0MPa，之后進入脫水裝置。每臺壓縮機入口設置緊急關斷閥，并配置“8”字盲板，以便于檢修時的關斷。

②脫水流程

從增壓系統來的5.8～6.0MPa濕煤層氣進入過濾分離器，將水、潤滑油等脫除到1μm以下，以保證脫水系統的正常運行。經過過濾分離器的煤層氣由吸收塔下部進入吸收塔下部氣液分離腔，通過規整填料床層，被三甘醇吸收掉水份，出塔后經過套管式換熱器，計量調壓后外輸。

三甘醇吸收塔、三甘醇再生橇、煤層氣過濾分離器的污水匯管后進污水處理系統進行處理。

③集配氣裝置

集氣干線的原料氣進入集配氣裝置，進站前設緊急截斷閥，緊急截斷閥完成在處理廠或集氣干線出現緊急情況下的自功切斷。在集氣裝置經旋風分離器、過濾分離器分離出攜帶的液體、粉塵及機械雜質，進干線計量后輸往增壓裝置；脫水裝置來的凈化氣計量后外輸。

(3)處理廠標準化模塊構成

處理廠標準化模塊設計包括說明書、設備表、物料平衡圖、清管區、分離區、增壓區、脫水區、計量外輸區和等裝置區的工藝自控流程圖和平面布置圖等內容構成。

4 沁南東-夏店煤層氣站場橇裝化設計

4.1 沁南東-夏店煤層氣概述

沁南東-夏店地區地處山西省東南部，隸屬山西省長治地區。建設區域主要位于長治市所轄的襄垣縣、屯留縣和長子縣境內。

集氣站采用低壓集氣，壓縮機前一級分離，兩級增壓，壓縮機后二級分離，分子篩脫水后直接輸往地方建成洪洞～長子支線分輸閥室和臨近供氣用戶，增壓工藝選擇兩級增壓，初期生產可由1級增壓至1.2～1.4MPa外輸供地方用戶，后期可選擇二級增壓供氣。兩級增壓更便于壓縮機組橇裝化，簡化施工程序。

4.2 橇裝化設備和規格

站內成橇設備主要是螺桿式壓縮機，往復式壓縮機，二級分離器和分子篩脫水裝置。

(1)橇裝螺桿式壓縮機

裝置主要外形尺寸(長×寬×高)為6.0m×2.5m×2.7m，單臺處理量分別為為10～12×104m3/d。采用額定功率560kW電機帶動，壓縮機進口壓力0.05～0.15MPa，壓縮機出口壓力 1.20～1.40MPa。

機組工藝氣管路主要包括自動進氣切斷閥和自動排氣切斷閥，止回閥、自動旁通閥及管路安全閥、放空閥及排污管路。實現壓縮氣體的安全輸送和機組的啟動、停機、加載、卸載、空負荷及負荷運行。整個壓縮機采用橇裝，無基礎安裝。

(2)橇裝往復式壓縮機

裝置主要外形尺寸(長×寬×高)為9.5m×3.0m×2.66m。單臺處理量分別為為10～12×104m3/d。采用額定功率315kW電機帶動，壓縮機進口壓力1.0～1.2MPa，壓縮機出口壓力4.0～4.2MPa。

機組工藝氣管路主要包括自動進氣切斷閥和自動排氣切斷閥、止回閥、自動旁通閥及管路安全閥、放空閥及排污管路。實現壓縮氣體的安全輸送和機組的啟動、停機、加載、卸載、空負荷及負荷運行。

(3)橇裝分離機組(壓縮機后)

壓縮機組后設置二級分離器2具，集成在一個橇體上。單具最大處理規模為10～20×104m3/d，橇體處理規模為20～40×104m3/d，設計壓力5MPa。

(4)橇裝分子篩脫水裝置

在二次分離器后設置分子篩脫水裝置2套。裝置主要外形尺寸(長×寬×高)為4.77m×2.17m×3.22m，每套處理規模為10～20×104m3/d，設計壓力5MPa，保證外輸商品氣的氣質要求。整個裝置將吸收塔和再生塔集成在一個橇體上。

[1] 王登海，鄭欣，薛崗.煤層氣地面工程技術[M].北京:石油工業出版社,2014.

[2] 王紅霞.煤層氣集輸與處理[M].北京:中國石化出版社,2013.

[3] 王紅霞，李娜，張璞，等.沁水盆地煤層氣田樊莊區塊集氣站標準化設計.天然氣工業，2010,30(6)：84-86.

[4] 許茜，薛崗，周玉英，等.沁水盆地煤層氣氣田集氣站標準化設計的經驗與體會.石油工程建設，2010,36(1)：104-105.

[5] 劉袆，楊光，王登海，等.蘇里格氣田地面系統標準化設計.天然氣工業，2007，27(12)：124-125.

[6] 薛崗，許茜，王紅霞，等.沁水盆地煤層氣田樊莊區塊地面集輸工藝優化.天然氣工業，2010,30(6)：87-90.

[7] 許茜,薛崗，王紅霞，等.沁水盆地煤層氣田樊莊區塊采氣管網的優化[J].天然氣工業，2010，30(6)：91-93.

[8] 王紅霞,劉祎,王登海,等. 沁水盆地煤層氣地面工藝技術[J].天然氣工業,2008,28(3):109-110.

[9] 劉燁,巴璽立,劉忠付,等.煤層氣地面工程工藝技術和優化分析[J].石油規劃設計,2008,19(4):34-37.

[10] 王紅霞,李娜,張璞,等. 沁水盆地煤層氣田樊莊區塊集氣站標準化設計[J].天然氣工業,2010,30(6):84-86.