降低高壓放空系統(tǒng)天然氣漏失量

寧炳丞康宇航

（1.塔里木油田公司克拉油氣開發(fā)部；2.塔里木油田信息與通訊技術(shù)中心）

1 概述

火炬是石油、化工行業(yè)為處理生產(chǎn)和緊急事故時(shí)排放的可燃?xì)怏w、保證裝置和人身安全、減少環(huán)境污染的安全設(shè)施，其作用是將正常生產(chǎn)排放的尾氣及事故狀態(tài)下排放的可燃?xì)怏w引至高架火炬頭燃

燒[1-3]。

克拉處理站共設(shè)有兩套高壓火炬放空系統(tǒng)，每套放空量為1 800×104m3/d，主要用于緊急情況下天然氣的放空。火炬的火焰大小在一定程度上能夠反映放空量的大小。自2016年開始，克拉處理站2套高壓火炬的火焰明顯增大。

經(jīng)測(cè)算，當(dāng)裝置停產(chǎn)泄壓后，正常高壓火炬火焰高度約為1.9 m，此時(shí)分子封消耗天然氣量約5 000 m3/d。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年高壓放空平均火焰高度約為4.7 m，火焰大大超過1.9 m，說明生產(chǎn)裝置中有大量的天然氣漏失到高壓火炬。

從計(jì)算結(jié)果來看，生產(chǎn)狀態(tài)下的高壓火炬火焰高度要遠(yuǎn)高于正常高壓火炬火焰高度，由此判斷高壓放空系統(tǒng)存在天然氣漏失。大量天然氣的漏失不僅浪費(fèi)了大量的優(yōu)質(zhì)天然氣，而且天然氣在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳而污染環(huán)境，不符合節(jié)能環(huán)保的相關(guān)要求。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 火炬火焰高度與放空量的關(guān)系

由于火炬系統(tǒng)未設(shè)置流量計(jì)，所以無法準(zhǔn)確計(jì)算天然氣漏失量。為較為精確地估算出高壓火炬系統(tǒng)漏失量，小組決定在全廠停產(chǎn)時(shí)制作火焰高度-流量對(duì)照表來估算漏失量。具體方法如下：在全廠停產(chǎn)泄壓時(shí)，對(duì)第1套脫水脫烴裝置保壓6.5 MPa，將其它裝置內(nèi)的天然氣全部泄放至0。然后通過緩慢手動(dòng)打開PV調(diào)節(jié)放空閥后手閥對(duì)第1套脫水脫烴裝置進(jìn)行泄壓。由于此時(shí)只有一個(gè)放空點(diǎn)，火炬火焰高度與第1套脫水脫烴裝置進(jìn)口孔板流量呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。不同火焰高度對(duì)應(yīng)流量見表1。

表1中兩個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)構(gòu)成的直線方程為

表1 不同火焰高度對(duì)應(yīng)流量

式中：x1、x2分別為兩個(gè)相鄰的火焰高度，m；y1、y2為放空量，m3/d；x為測(cè)量得到的火焰高度，m。

所以在已知火焰高度的前提下，可以通過公式來計(jì)算天然氣漏失量。其中：5 000為正常消耗量。

2.2 高壓放空系統(tǒng)天然氣漏失源排查

通過排查了1月高壓放空系統(tǒng)天然氣漏失位置見表2。

表2 1月高壓放空系統(tǒng)天然氣漏失位置

最終得到如下結(jié)論：45個(gè)高壓放空系統(tǒng)安全閥及均未發(fā)現(xiàn)明顯天然氣漏失現(xiàn)象。6個(gè)PV調(diào)節(jié)放空閥均存在天然氣漏失現(xiàn)象。6個(gè)BDV閥均存在不同程度的天然氣漏失。BDV2108、BDV2109放空閥均存在不同程度天然氣漏失，且漏失量較大。高壓火炬系統(tǒng)燃料氣消耗正常。集氣匯管緊急放空閥無天然氣漏失。

2.3 測(cè)算各漏失源的漏失量

經(jīng)上述漏失源排查發(fā)現(xiàn)，各套PV調(diào)節(jié)放空閥、BDV放空閥及BDV2108、BDV2109為天然氣主要漏失位置。為較為準(zhǔn)確掌握各閥門天然氣漏失量大小，對(duì)各漏失源的漏失量分別進(jìn)行測(cè)試，分別關(guān)閉每組后（前）手閥來測(cè)試火炬火焰變化，并用公式（1）、（2）來計(jì)算得到漏失量大小。各組閥門天然氣漏失量測(cè)試見表3。

表3 各組閥門天然氣漏失量測(cè)試

2.4 分析目標(biāo)調(diào)查依據(jù)

有上述測(cè)算結(jié)果可判斷，6套PV調(diào)節(jié)放空閥及BDV2108、BDV2019是主要的天然氣漏失位置，占總漏失量的92%。這三部分的天然氣漏失量總和為38 305 m3/d。

2.5 要因分析

根據(jù)上述各漏失源閥門的結(jié)構(gòu)類型和工況，分為PV調(diào)節(jié)放空閥漏失及BDV放空閥漏失兩類，并對(duì)相關(guān)的7項(xiàng)末端因素制定了要因確認(rèn)表，如表4所示。最終按計(jì)劃對(duì)7項(xiàng)因素進(jìn)行逐一確認(rèn)后，認(rèn)定閥芯磨損為造成漏失的要因。

表4 造成漏失源閥門末端因素要因確認(rèn)表

3 降低高壓放空系統(tǒng)天然氣漏失量措施

3.1 方案制定及實(shí)施

針對(duì)閥芯磨損這一要因，QC小組通過整理資料從而探索、總結(jié)出了三個(gè)方案：維修閥門、更換閥門內(nèi)組件以及雙閥控制[6]。

通過從有效性、可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)行對(duì)比，維修閥門效果有限且在實(shí)施時(shí)會(huì)影響裝置投產(chǎn)；更換閥門內(nèi)組件雖然能完全解決漏失問題，但更換費(fèi)用和最后一種方案相比太高。

故最終選用雙閥控制的方案，將BDV2108、BDV2109及單套PV調(diào)節(jié)放空閥前手閥按照“雙閥管控”的思路進(jìn)行改造，增加氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在SM系統(tǒng)中增加控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了正常狀態(tài)下關(guān)閉，緊急情況下開啟的功能。在方案確定后，小組立即與各方商討方案細(xì)節(jié)，進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型等環(huán)節(jié)，最終確定方案完成時(shí)間為7月10日SM系統(tǒng)程序下裝PV放空閥前手閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，7月28日開始安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)，8月20日安裝完成，8月25日調(diào)試合格，8月26日全部投用。

3.2 方案效果檢查

方案實(shí)施后，小組計(jì)算火炬火焰的到高度為2.4 m，通過公式（2）計(jì)算的火炬漏失量為3 841 m3/d，成功實(shí)現(xiàn)將高壓防空系統(tǒng)天然氣漏失量（41 310 m3/d），降低90%以上。

4 結(jié)論

克拉處理站QC小組采用雙閥控制的方案解決了高壓放空系統(tǒng)天然氣漏失量過大的問題，不僅為油氣田今后出現(xiàn)類似問題提供了可參考的經(jīng)驗(yàn)與解決方案，還為提高經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益做出了相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

經(jīng)濟(jì)效益上，通過此方案，今后每日減少的天然氣漏失量約37 000 m3，每年減少約1 221×104m3，按照目前管道天然氣銷售定價(jià)0.94元/m3的價(jià)格計(jì)算，每年可節(jié)省約1 147萬元，從而達(dá)到增加經(jīng)濟(jì)效益的目的[7-8]。