加熱爐天然氣凈化裝置的研制

遼河油田金馬公司 集輸生產(chǎn)QC小組

（遼寧 盤錦 124010）

加熱爐天然氣凈化裝置的研制

遼河油田金馬公司 集輸生產(chǎn)QC小組

（遼寧 盤錦 124010）

小組概況

表1為小組概況。

表1 小組概況

選擇課題

金馬油田開發(fā)公司集輸作業(yè)區(qū)共管理著20臺加熱爐，主要承擔(dān)著海外河油田和小洼油田的原油脫水和原油外輸加熱的任務(wù)。為了實現(xiàn)節(jié)能降耗，在2007年到2008年6月之間作業(yè)區(qū)用20臺相變加熱爐替代了陶纖氈加熱爐。目前作業(yè)區(qū)使用的天然氣為自產(chǎn)的套管氣，含有一些油污凝液（指的是天然氣中含有的原油、水等雜質(zhì)），雖然套管氣在到達(dá)聯(lián)合站后進入加熱爐前已經(jīng)通過油氣分離裝置進行了凈化，但是由于相變加熱爐的自動化程度較高，尤其是燃燒器系統(tǒng)的減壓閥、自動檢漏儀、火焰監(jiān)測器等元件非常精密，對天然氣的凈化質(zhì)量要求較高，在相變加熱爐的技術(shù)要求中規(guī)定：天然氣中凝液含量小于5%。而通過檢測部門對套管氣的檢測，其天然氣油污凝液含量在3%～10%之間波動，據(jù)統(tǒng)計2008年9～12月份，因天然氣中油污凝液含量超標(biāo)，造成相變加熱爐燃燒器系統(tǒng)充油故障停爐46次，維修費用高達(dá)26萬元，這不僅增加了維修成本的支出，更重要的是影響了聯(lián)合站的安全、連續(xù)生產(chǎn)。為了確保相變加熱爐的正常運行，防止充油故障停爐事件的發(fā)生，就需要改善進入相變加熱爐的天然氣質(zhì)量，為此小組成員研究在相變加熱爐之前安裝一個天然氣凈化裝置，來提高天然氣的凈化效果。

小組成員通過網(wǎng)上查詢、市場調(diào)查、咨詢專家,了解到目前沒有生產(chǎn)、銷售適合我們生產(chǎn)需求的天然氣凈化裝置,也沒有可以借鑒的資料。那么研制一種新型的加熱爐凈化裝置勢在必行,為此我小組確定活動的課題為:加熱爐天然氣凈化裝置的研制。

設(shè)定目標(biāo)

通過調(diào)查，相變加熱爐運行對天然氣質(zhì)量要求是凝液含量小于5%。因此，小組將活動目標(biāo)設(shè)定為：凈化后的天然氣中凝液含量小于5%。

提出方案并確定最佳方案

根據(jù)目標(biāo)，小組成員制定了研制天然氣凈化裝置的流程（見圖1），從各個環(huán)節(jié)進行多方案的分析和選擇。

圖1 研制加熱爐天然氣凈化裝置流程圖

1 選擇天然氣凈化裝置的外形結(jié)構(gòu)

針對“天然氣凈化裝置的外形結(jié)構(gòu)”這個主題，小組召開會議利用頭腦風(fēng)暴法提出的4種可選方案進行比較（見圖 2）和（表 2）。

圖2 天然氣凈化裝置的外形結(jié)構(gòu)方案圖

通過以上的分析，我們選擇立式圓柱形做為天然氣凈化裝置的外形結(jié)構(gòu)。

2 確定天然氣凈化裝置的尺寸

根據(jù)相變加熱爐的日最大耗氣量，天然氣的相對密度、壓力、溫度等參數(shù)，小組成員委托有資質(zhì)的設(shè)計單位，對立式圓柱形凈化裝置的外形結(jié)構(gòu)尺寸進行了設(shè)計：外徑為325mm，高為740mm。外形尺寸（見圖 3）。

3 選擇天然氣凈化裝置的制作材料

依據(jù)GB 150-1998《鋼制壓力容器》和《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，結(jié)合本地市場狀況及我作業(yè)區(qū)天然氣具有的腐蝕性，小組選擇了45#鋼、2Cr13不銹鋼、20CrMo合金鋼3種材料，找有資質(zhì)的設(shè)計單位進行設(shè)計預(yù)算，分別從制作成本和耐腐蝕性方面進行了分析（見表3）。

經(jīng)過對比分析，雖然2Cr13不銹鋼的制作成本比其他兩種材質(zhì)高，但考慮到我們使用的天然氣具有一定腐蝕性，為了保證長時間的安全使用，我們選擇2Cr13不銹鋼作為立式圓柱形凈化裝置的材料。

表2 天然氣凈化裝置外形結(jié)構(gòu)方案的分析選擇

表3 凈化裝置材料的選擇

4 選擇天然氣凈化裝置的凈化方式

鑒于相變加熱爐使用的天然氣為采油站回收的套管氣，含有大量油污凝液的特點，小組成員運用頭腦風(fēng)暴法，提出了以下幾種凈化方式，整理成樹圖（見圖 4）。

圖4 選擇天然氣凈化裝置的凈化方式樹圖

方案提出后，小組成員對這3種方案同時在海0#、1#、2#相變加熱爐上進行了現(xiàn)場試驗。

（1）第1方案的試驗分析

小組成員在立式圓柱形凈化裝置內(nèi)用不銹鋼做成一組斜板，使含油污天然氣在進入凈化裝置后先流經(jīng)斜板，通過撞擊斜板，氣體被迫繞流，由于氣流方向的改變和液滴的慣性，使污油碰到經(jīng)常潤濕的板組結(jié)構(gòu)表面上，與表面上的液膜聚結(jié)成較大液滴，靠重力沉降至裝置底部，而凈化后的天然氣則進入相變加熱爐燃燒器（見原理圖5）。小組成員委托有生產(chǎn)資質(zhì)的廠家在凈化裝置內(nèi)部設(shè)計并安裝一組間距為20mm的5塊斜板，在海0#相變加熱爐氣管線上安裝，進行為期一個月的試驗（表4）。

（2）第2方案的試驗分析

小組成員在立式圓柱形凈化裝置內(nèi)用不銹鋼板做成可拆洗過濾擋孔組，靠污油慣性碰撞、擋孔組直接攔截進行除油，污油流入凈化裝置底部，凈化后的天然氣進入相變加熱爐燃燒器（原理圖6）。小組成員委托有資質(zhì)廠家在凈化裝置內(nèi)部，設(shè)計并安裝了5排孔隙為2mm的過濾擋孔組，分層排列至凈化裝置內(nèi)，小組成員在1#爐氣管線上安裝，進行為期1個月的試驗（表5）。

表4 方案1試驗分析表

表5 方案2試驗分析表

（3）第3方案的試驗分析

小組成員在立式圓柱形凈化裝置內(nèi)部設(shè)計一組由擋板、擋油帽和過濾擋孔組成的凈化裝置，當(dāng)含污油氣體進入凈化裝置后先撞擊擋板，部分污油被分離出來，上升的氣體經(jīng)過擋油帽和過濾擋孔時，進行碰撞與過濾分離使天然氣中含有的油污吸附在擋油帽的斜面上并聚集成油滴，下滑落到凈化裝置的底部，經(jīng)過3次凈化后的天然氣進入相變加熱爐的燃燒器（原理圖7）。小組委托有資質(zhì)廠家進行了加工，并在2#爐氣管線上安裝，進行了為期一個月的試驗(表 6)。

根據(jù)1個月現(xiàn)場試驗的情況，這3種方案都為可選方案，為了選擇最佳的凈化方式，小組對這3種方案從凈化效果、成本、排污方面進行了對比，作出了評價對比表7。

表6 方案3試驗分析表

表7 凈化方式方案的評價對比表

從表中我們可以看出，在凈化效果和成本上，方案3優(yōu)于方案1、2；在排污方面，則是方案2優(yōu)于方案1、3。通過小組成員的分析，在選擇凈化方式最佳方案上最主要是看凈化的效果，對于排污問題我們可以在“選擇天然氣凈化裝置的排污方式”上加以考慮，為此，小組選擇方案3“用不銹鋼板做成一組由擋板、擋油帽和過濾擋孔組成的凈化裝置，進行碰撞與過濾凈化”作為天然氣凈化裝置的凈化方式。

5 選擇天然氣凈化裝置的排污方式（表8）

表8 凈化裝置排污方式的選擇

6 確定最佳方案

通過以上一系列的分析實驗和對比選擇，根據(jù)可操作性、液面凈化可控制性、排污方便性等方面要求，小組人員確定了研制加熱爐天然氣凈化裝置的最佳方案（圖8）。

圖8 研制天然氣凈化裝置的最佳方案

制定對策

小組全體成員根據(jù)確定的最佳方案制定了相應(yīng)的對策計劃表9。

對策實施

根據(jù)對策計劃表9，經(jīng)申報公司生產(chǎn)技術(shù)科和資產(chǎn)科批準(zhǔn)后作業(yè)區(qū)進行了實施。

表9 對策計劃表

1 確定天然氣凈化裝置詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸

小組委托有資質(zhì)的設(shè)計單位進行天然氣凈化裝置的詳細(xì)設(shè)計：

（1）為方便拆洗操作，在凈化裝置的頂部設(shè)計一個可開啟的密封上蓋。

（2）確定天然氣凈化裝置內(nèi)部各部件尺寸：內(nèi)部浮球外徑150mm，連桿長度550mm，傳動桿長度190mm，擋板長度120mm，擋板過濾孔φ10mm。

（3）確定排污預(yù)警界限：為了保證其凈化效果，設(shè)定在污油液位升到擋板下邊緣處時，開始報警，當(dāng)污油液位升到擋油帽下邊緣時塞堵完全封閉出口。

（4）繪制天然氣凈化裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖（如圖9所示）。

2 加工制作并現(xiàn)場實施

小組成員委托有生產(chǎn)資質(zhì)的廠家按照圖紙制作了一臺，并在0#相變加熱爐上安裝試驗，在試驗的1個月里，0#相變加熱爐沒有因天然氣含油污多造成熄火故障發(fā)生，預(yù)警排污4次，排污后，又恢復(fù)正常工作。具體實物（見圖10）。

由此看來，該加熱爐天然氣凈化裝置凈化效果良好，能夠及時預(yù)警員工進行排污。小組人員在肯定實施效果的同時也提出：由于實施1個月期間，沒有出現(xiàn)報警失靈現(xiàn)象，那么長時間運行如果出現(xiàn)其預(yù)警排污功能失靈，又或者預(yù)警了而員工未及時排污能否實現(xiàn)設(shè)計要求，能否影響相變加熱爐正常運行呢？

為了確保小組活動能夠取得長遠(yuǎn)的效果，小組成員對報警失靈情況在停用的相變加熱爐上進行了有針對性的試驗：當(dāng)污油液位上升到預(yù)警線時，相變加熱爐報警后，不進行排污仍繼續(xù)觀察，當(dāng)污油液位上升到塞堵封閉線時，出氣管線被塞堵完全封閉，出口壓力表讀數(shù)為零，加熱爐熄火停爐。此時，我們對其進行排污，當(dāng)污油排空后出口壓力表讀數(shù)仍為零，無法啟運加熱爐，說明塞堵沒有開啟，導(dǎo)致氣源中斷。懷疑是凈化裝置內(nèi)部的故障，在對其停運拆開檢查發(fā)現(xiàn)凈化裝置內(nèi)部塞堵已經(jīng)開啟，小組成員進行全面檢查安裝后，出口壓力恢復(fù)正常，加熱爐順利啟運。那么為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？在分析原因過程中，小組成員想到了，在對凈化裝置進行拆開檢查的過程中，對其卸壓放空時曾聽到內(nèi)部發(fā)出一響聲，小組成員斷定應(yīng)是塞堵開啟上提時所發(fā)出的聲音。為什么塞堵在排污之后沒有馬上開啟，而是在放空后才開啟呢？小組成員對塞堵進行了受力分析 （圖11）。

當(dāng)塞堵封閉時，由于持續(xù)供給其壓力，塞堵上面所受的壓力大于下面所受的壓力，所以該塞堵無法向上運動，只有其上下面受同等的壓力時，塞堵才能打開。為了解決此問題，小組成員設(shè)計一個平壓聯(lián)通，來保證塞堵上面、下面受同等的壓力（見圖12）。

我們委派有資質(zhì)的廠家在試驗的凈化裝置上安裝一平壓聯(lián)通，并按照上述方法重新試驗，當(dāng)污油排污完閉時，只需打開平壓聯(lián)通開關(guān)，塞堵就會開啟，出口正常通氣。

實施效果：

小組委托有資質(zhì)廠家制作了3臺帶有平壓聯(lián)通的立式圓柱形凈化裝置圖（圖13、圖14）于2009年7月10日～9月10日在海一聯(lián)發(fā)生充油停爐故障較多的相變加熱爐上進行了安裝驗證，經(jīng)過2個月的試驗，因天然氣含油污造成的加熱爐故障次數(shù)為零，凈化后的天然氣中凝液含量小于5%。實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。為此，又在作業(yè)區(qū)其它17臺相變加熱爐上安裝了該裝置。

效果確認(rèn)

2009年小組根據(jù)生產(chǎn)實際，積極開展QC活動，按照計劃逐一開展試驗和分析，確定了最佳對策方案，并在實施過程中，針對發(fā)現(xiàn)的問題不斷進行改進，實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

1 目標(biāo)檢查

（1）小組對活動后天然氣進行檢測，其凝液含量為4%，實現(xiàn)小組設(shè)定的“凈化后的天然氣中凝液含量小于5%”的活動目標(biāo)。

（2）小組成員統(tǒng)計了2009年9～12月相變加熱爐充油故障停爐情況，并與2008年同期進行對比，相變加熱爐燃燒器系統(tǒng)充油故障停爐次數(shù)由活動前的46次降為活動后的零次。

2 效益計算

（1）節(jié)約成本：活動前因天然氣含油污而導(dǎo)致相變加熱爐充油故障停爐造成的維修費用26萬元，活動后未發(fā)生一起相變加熱爐充油故障停爐事件，減少了維修費用26萬元。

（2）投入費用：投入試驗費用 0.49萬元，單套“天然氣凈化裝置”按0.2萬元計算，20臺相變加熱爐一次投入資金4萬元，合計4.49萬元。

（3）活動期間直接經(jīng)濟效益=節(jié)約成本-投入費用=26-4.49=21.51萬元。

3 社會效益

（1）該裝置的使用杜絕了因相變加熱爐停爐，而引起的外輸原油含水不穩(wěn)定現(xiàn)象，同時也避免了冬季管線凍堵現(xiàn)象，保障了聯(lián)合站原油外輸系統(tǒng)的穩(wěn)定，實現(xiàn)了安全、清潔生產(chǎn)。

（2）對相變加熱爐的精密零件起到了保護作用，降低了相變加熱爐維修成本，減輕了工人勞動強度。

（3）小組成員的個人潛力及團體團結(jié)上均有非常好的進步，為今后活動打下了深厚的群眾基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)化

為了使活動成果能有效保持，我們QC小組針對各項對策實施后的效果，制定了一系列的鞏固措施：

（1）小組成員將技術(shù)圖紙進行編號，作為標(biāo)準(zhǔn)件（技術(shù)報告包含技術(shù)圖紙和工藝），經(jīng)有關(guān)技術(shù)部門審批后，建立技術(shù)檔案保存，為以后現(xiàn)場操作及維修保養(yǎng)工作提供依據(jù)。

（2）小組制定了《加熱爐凈化裝置操作規(guī)程》，并納入《作業(yè)區(qū)作業(yè)指導(dǎo)書》中，對員工進行培訓(xùn)，確保該裝置正常使用。

（3）將裝置申報國家專利，撰寫申請推行使用報告，目前正在審批中。

總結(jié)及今后打算

通過這次活動，我們小組廣泛運用QC方法和工具，實現(xiàn)了相變加熱爐天然氣的凈化，保證了原油外輸生產(chǎn)，減少了成本支出，同時也增強了小組成員的信心及各項能力。小組成員計劃在下一個PDCA循環(huán)中，根據(jù)現(xiàn)在作業(yè)區(qū)注水泵耗電量大問題進行研究，開展QC活動。

??簫鈴

2010-07-08