儲氣庫放空系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)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(qū)首例枯竭型油氣藏地下儲氣庫，具有工況種類繁多、參數(shù)變化顯著、介質(zhì)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(diào)峰規(guī)模300×104～1 500×104m3/d，采出氣中含黑油。主要工藝參數(shù)波動幅度大，對地面工藝系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)，放空量大，裝置規(guī)模設施大，高壓系統(tǒng)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(tǒng)動態(tài)負荷遠較常規(guī)泄放復雜，泄放壓差大，泄放溫度低。對此，放空系統(tǒng)設計面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。

1 泄放量的確定

秦皇島—沈陽天然氣管道儲氣庫工程根據(jù)工藝系統(tǒng)的特點，集注站設高、低壓2套放空系統(tǒng)。集注站放空系統(tǒng)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(guān)，ESD泄放量與工藝系統(tǒng)有關(guān)，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(chǎn)量最大的1口單井不能關(guān)斷的工況考慮。

1.1 高壓放空系統(tǒng)

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(tǒng)。

1.1.1 采氣系統(tǒng)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(diào)節(jié)放空量和放空時間［1］；安全閥保護放空為設備事故狀態(tài)放空，僅對某個系統(tǒng)內(nèi)的設備進行泄壓保護，放空量??；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(tài)下的最大放空量。

根據(jù)石油天然氣行業(yè)標準SY/T 0043-2002《泄壓和減壓系統(tǒng)指南》3.19.1條論述，綜合分析以單套處理輕烴的設備出現(xiàn)事故時放空量為最大放空量［2］。經(jīng)計算15 min內(nèi)壓力降至 690 kPa的最大放空量為23 040m3，由于設備內(nèi)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(chǎn)生低溫。因此，在放空閥后設限流孔板。采氣系統(tǒng)15 min內(nèi)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(nèi)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(tǒng)放空

壓縮機組是注氣系統(tǒng)的核心設備，單臺壓縮機放空量為20×104m3/h，事故狀態(tài)下壓縮機組需逐臺放空。因此，集注站注氣系統(tǒng)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(nèi)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(jù)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(tǒng)放空量以單套處理輕烴的設備出現(xiàn)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(tǒng)最大放空量，高壓放空火炬設計規(guī)模為 500×104m3/d［5］。

1.2 低壓放空系統(tǒng)

集注站輔助系統(tǒng)設備及低壓管線放空進入低壓放空系統(tǒng)，包括乙二醇系統(tǒng)、導熱油系統(tǒng)、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(guī)模為12×104m3/d。

2 安全放空系統(tǒng)的設置

集注站高壓放空系統(tǒng)分3個壓力等級：28、14、10MPa。正常生產(chǎn)時，系統(tǒng)放空壓差大，因此流速高，流量大，采氣系統(tǒng)介質(zhì)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(tǒng)閥門設置雙閥，結(jié)構(gòu)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(tǒng)震動強烈。

集注站低壓放空系統(tǒng)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(nèi)注采氣系統(tǒng)安全閥的壓力等級為14、10、1.6MPa。集注站設備安全閥計算結(jié)果見表1。

表1 集注站設備安全閥計算

4 結(jié)論

儲氣庫集注站放空系統(tǒng)最大放空量并不簡單地等于單井最大配產(chǎn)量或者集注站生產(chǎn)規(guī)模，而是與實際的操作工況和工藝系統(tǒng)配置相關(guān)。將集注站分區(qū)、延時泄放理念，應用于儲氣庫工程的放空系統(tǒng)設計中，使儲氣庫工程放空系統(tǒng)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(tài)下的無效放空，同時也減少了對環(huán)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(nèi)，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(shù)與經(jīng)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(tǒng)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(yè)，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(guī)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.