蘇里格氣田天然氣處理廠節(jié)能減排技術研究

張文超 喬光輝 張磊 張彩霞

（1.西安長慶科技工程有限責任公司；2.蘭州城市學院）

蘇里格氣田天然氣處理廠節(jié)能減排技術研究

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任公司；2.蘭州城市學院）

結合蘇里格氣田天然氣處理廠的建設特點，通過定壓放空、選用進口大口徑球閥、設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”含甲醇污水預處理工藝，處理合格后的污水回注至同層儲氣層，污泥經焚燒爐焚燒后用于墊路或固化處理，實現了“三廢”的零排放；利用微正壓氮封技術對凝析油儲罐進行保護，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標準化處理廠為例，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，設脫油脫水裝置3套，單套處理規(guī)模為500×104m3/d，設增壓裝置7套（6用1備），同時設置凝析油穩(wěn)定裝置、甲醇污水預處理、儲運設施、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、污水處理技術及儲罐氮封技術等節(jié)能減排技術的應用，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)的設置

在進處理廠集氣干線的緊急關斷閥前設置定壓放空系統(tǒng)，當進廠壓力小范圍波動時，通過設置在干線的壓力變送器來控制定壓放空系統(tǒng)中調節(jié)閥的開度泄放天然氣，從而達到控制天然氣進廠壓力穩(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

調節(jié)閥是根據進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行設計計算的。定壓放空系統(tǒng)在處理廠正常生產時進行操作，通過調節(jié)閥的開度控制天然氣的泄放，當定壓放空系統(tǒng)調節(jié)閥開至最大，而天然氣壓力仍然不能達到安全運行壓力時，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時天然氣的損失。

1.2 選用進口的大口徑球閥

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

1.3 安全閥定壓的設置

根據現場運行經驗可知，當天然氣運行壓力比安全閥定壓小0.1 M Pa時，安全閥就已經啟動，所以根據安全閥運行的這個特點，在設計時適度提高安全閥的定壓，減少正常生產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，單座標準化處理廠每年可節(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)內非生產區(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1套獨立的太陽能熱水系統(tǒng)［2］。①防凍循環(huán)：當溫度探頭探測的溫度小于5℃時，啟動微循環(huán)泵，當溫度達到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設計防風鋅彩板支架：針對北方的氣候特點，加大機身、加高支座、寬風道底座，提高了抗風、抗雪及抗雹性能；⑤系統(tǒng)設自動電輔助加熱，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

處理廠的進廠路和廠前路照明采用太陽能路燈。①進廠路：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。

通過設置太陽能路燈的措施，單座處理廠2.0 k m進廠路和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

蘇里格氣田產水量大，平均1萬億m3天然氣約產水0.5 m3［3］，且集氣干線和處理廠內需連續(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出的污水在處理廠統(tǒng)一集中處理［4］。根據實際情況，污水處理采用將不含醇污水和含醇污水分開處理技術。

不含醇污水選擇“壓力斜管除油—粗濾—精濾”的污水處理工藝，使水質達到回注標準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

含甲醇污水預處理采用“儲罐排泥及濃縮脫水技術”，該技術主要包括：密閉裝卸車、渦流反應絮凝沉降、污泥回流、自動排泥和含醇污泥熱力脫醇脫水［5］。該技術的應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。預處理后的含醇污水經甲醇回收處理，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，經焚燒爐焚燒后用于墊路或固化處理。

4 內浮頂凝析油儲罐氮封技術

氮氣密封技術就是用氮氣補充罐內氣體空間。由于氮氣比油氣輕，所以氮氣浮在油氣上面。當呼氣時，呼出罐外的是氮氣而不是油蒸氣。當罐內壓力降低時，氮氣自動進罐補充氣體空間，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浮頂罐，內浮頂罐可有效減少凝析油的蒸發(fā)損失，但是由于內浮頂罐自身密封結構和浮頂密封泄漏機理等方面的原因，致使內浮頂罐在操作運行過程中存在一定的安全隱患，為了進一步提高凝析油儲存的安全性，采用內浮頂罐加氮氣保護方案［6］。

氮封氣源就近從罐區(qū)防火堤外氮氣管網引接至儲罐，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，應確保氮氣機組24 h值班，管道系統(tǒng)設計壓力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S H/T 3007—2007《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》要求，“采用氣體密封的固定頂罐，還應設置事故泄壓設備”。本方案選擇液壓安全閥作為事故泄壓設備，開啟壓力設為負壓-295 Pa、正壓1 180 Pa。

吸氣閥：選用自力式調壓閥，通過一級調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。當呼吸閥達到了工作壓力以后，閥盤立即開啟，保證儲罐正常的通氣要求。

采用內浮頂加氮氣密封保護，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 論

蘇里格氣田已經建成并投產5座標準化處理廠，經過節(jié)能減排技術研究的應用，處理廠每處理1萬億m3天然氣綜合能耗達到4 225.4 M J，達到國內的先進水平。同時氣田采出水經處理合格后回注地層，污泥經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標后排放到大氣中，整個天然氣處理工藝“三廢”基本實現了零排放。

［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)油氣田倒班點的應用［J］.節(jié)能，2009，28（7）：47-48.

［3］ 冉新權，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特點分析［J］.油氣田環(huán)境保護，2012，22（6）：47-49.

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

［6］ 李勇，呼延念超，常益民，等.內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)于西安石油大學化學工程與工藝專業(yè)，現在西安長慶科技工程有限責任公司從事天然氣處理和凈化的工程設計及科研工作。通信地址：陜西省西安市未央區(qū)長慶興隆園小區(qū)長慶大廈904室，710018