負(fù)壓閃蒸脫硫系統(tǒng)在海上采油平臺(tái)成功應(yīng)用

胡衛(wèi)勇

中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，中國(guó)·廣東 湛江 524057

1 概述

中國(guó)潿洲某油田角尾組油井產(chǎn)出含有硫化氫，隨著含水率的上升，硫化氫含量也逐步增加。因平臺(tái)海管最初設(shè)計(jì)未考慮防硫化氫措施，硫化氫對(duì)海管有嚴(yán)重的腐蝕影響，且隨著后期調(diào)整井的開發(fā)，原油中硫化氫含量逐步增加，對(duì)海管腐蝕影響會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。為消除硫化氫對(duì)海管的危害，在該平臺(tái)增加了一套負(fù)壓閃蒸脫硫系統(tǒng)，大大降低了硫化氫對(duì)該平臺(tái)海管的腐蝕。該系統(tǒng)已經(jīng)成功投用，在中國(guó)海上平臺(tái)屬于首次。

潿洲某油田有兩個(gè)產(chǎn)油組，即角尾組和流沙港組。目前，角尾組有三口生產(chǎn)井，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，其中某單井硫化氫含量高達(dá)4950ppmV，該油田外輸海管上岸端硫化氫濃度為160ppm，硫化氫分壓0.304kPa，其外輸海管已處于危險(xiǎn)的硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂區(qū)邊緣，腐蝕速率居高不下。

2 脫硫系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)

角尾組原油經(jīng)分離器進(jìn)入負(fù)壓閃蒸脫硫罐，通過(guò)真空壓縮機(jī)控制閃蒸脫硫罐負(fù)壓壓力，從原油中分離出硫化氫及天然氣，進(jìn)入低壓放空系統(tǒng)進(jìn)行燃燒，脫硫后原油經(jīng)原油增壓泵進(jìn)入海管。

3 脫硫系統(tǒng)主要組成設(shè)備介紹

3.1 真空壓縮機(jī)

工作原理：圖1為液環(huán)真空壓縮機(jī)工作原理圖，葉輪偏心安裝，當(dāng)葉輪按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，因離心力作用，注入泵體內(nèi)的液體形成旋轉(zhuǎn)的液環(huán)。液環(huán)的內(nèi)表面與葉輪輪轂之間形成一個(gè)月牙形空間，當(dāng)葉輪由A 點(diǎn)轉(zhuǎn)到B 點(diǎn)時(shí)，兩相鄰葉片之間所包圍的容腔逐漸增大，氣體由外界吸入。當(dāng)葉輪由C點(diǎn)轉(zhuǎn)到A 點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的容腔由大變小，使原先吸入的氣體受到壓縮，當(dāng)壓力達(dá)到或略大于排出側(cè)壓力時(shí)，氣體被排出。

圖1 液環(huán)真空壓縮機(jī)工作原理

真空泵參數(shù)：在該平臺(tái)脫硫系統(tǒng)中，液環(huán)真空壓縮機(jī)采用淡水作為密封液體。當(dāng)脫硫系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先開啟供液閘閥1，然后向液環(huán)真空壓縮機(jī)供工作淡水，液面達(dá)到液環(huán)真空壓縮機(jī)的主軸線時(shí)，關(guān)閉閘閥1。打開進(jìn)氣閘閥3，接著啟動(dòng)電機(jī)，液環(huán)真空壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，打開閘閥1，使真空表16 的指針在0.02～0.04MPa 之間。關(guān)閉分離器的排水閘閥10，使液位計(jì)8 的液位顯示在中心位置。關(guān)閉閘閥4，使排出壓力上升至外排背壓。在真空壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)回流閘閥4 來(lái)控制脫硫塔的真空度[1]。

3.2 脫硫塔及分離器

受海上平臺(tái)的空間限制，脫硫塔設(shè)計(jì)為2 級(jí)臥式筒體+立式閃蒸塔的組合塔型，既節(jié)省了安裝空間，也滿足了閃蒸塔的技術(shù)要求，見圖2。

圖2 脫硫塔及分離器

為了確保閃蒸塔在負(fù)壓情況下安全運(yùn)行，針對(duì)閃蒸塔在-0.1/0.85MPa 兩種極端設(shè)計(jì)條件下的工況進(jìn)行了有限元分析。經(jīng)過(guò)計(jì)算，在內(nèi)壓0.85Mpa 及完全真空（-0.1MPa）工況下，該閃蒸塔強(qiáng)度及穩(wěn)定性符合JB/T4732-2005 相關(guān)要求，故該容器在極端工況下工作是安全的。

3.3 增壓泵

本項(xiàng)目采用4 臺(tái)增壓泵，其中2 臺(tái)泵作為1 級(jí)脫硫塔的增壓泵，另2 臺(tái)泵為二級(jí)脫硫塔增壓泵。泵參數(shù)：流量85m3/h，揚(yáng)程80m，功率：30KW，NPSHR：0.5m。

為解決負(fù)壓閃蒸塔的吸入壓力低問(wèn)題，在泵的選型上選擇立式筒袋泵，立式筒袋泵增大吸入口壓力，減少汽蝕余量[2]。

3.4 PLC 控制系統(tǒng)

該項(xiàng)目PCS 系統(tǒng)在原有的基礎(chǔ)上添加2 塊1756-IF8H模塊、2 塊1756-OF8H模塊及塊1756-OB32模塊。并在RSLogix5000 里面重先組態(tài)，添加相應(yīng)的模塊并下載，然后需要重先規(guī)劃控制網(wǎng)，在規(guī)劃控制網(wǎng)期間，系統(tǒng)不能監(jiān)視PCS系統(tǒng)外掛井槽的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)改造，脫硫項(xiàng)目SSS 系統(tǒng)共添加10 個(gè)模擬量輸入信號(hào)、7 個(gè)有源輸出信號(hào)及6 個(gè)無(wú)源輸出信號(hào)。

脫硫項(xiàng)目FGS 系統(tǒng)添加12 個(gè)模擬量輸入信號(hào)，需要添加2 塊1756-IF16 模塊。由于FGS 系統(tǒng)CNBR 模塊的連接數(shù)不夠，需要在冗余上添加2 塊CNBR 模塊。具體工作是：將原先的4 槽冗余機(jī)架換成7 槽冗余機(jī)架，將新添加的兩塊CNBR 模塊分別插入7 槽冗余機(jī)架上。在做好旁通的情況下，重先規(guī)劃控制網(wǎng)。在安裝7 槽機(jī)架及規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時(shí)，F(xiàn)GS 系統(tǒng)不能監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的火氣探頭狀態(tài)。新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖3。

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

在FGS 系統(tǒng)RSLogix5000 配置好硬件，在做好旁通與隔離的情況下，下載新的FGS 程序。規(guī)劃好控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)后，由于網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)改變，需要修改外掛井槽火氣系統(tǒng)邏輯的程序中映射IO 部分的邏輯。

4 項(xiàng)目順利開展的措施

4.1 脫硫項(xiàng)目負(fù)壓閃蒸塔制作

該項(xiàng)目負(fù)壓閃蒸塔2 級(jí)臥式筒體+立式閃蒸塔的組合塔型，重量18t，因考慮到平臺(tái)吊重因素，且安裝地方狹窄，將該壓力容器分為6 塊進(jìn)行制作后，再吊裝至平臺(tái)后進(jìn)行分塊組裝。在質(zhì)量控制方面，項(xiàng)目從材料采辦、產(chǎn)品制造過(guò)程、最終檢驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)全過(guò)程進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制，并接受第三方廣東省特種設(shè)備檢測(cè)院湛江分院和中國(guó)船級(jí)社湛江分社監(jiān)督檢驗(yàn)，確保壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量[3]。

4.2 壓力容器及真空泵吊裝

該項(xiàng)目壓力容器總重量達(dá)到50 多t，但平臺(tái)吊機(jī)起重能力只有10t，為了確保安全吊裝，在該平臺(tái)尾部增加了吊裝甲板，并將各壓力容器分散吊裝，消除了吊裝超重的風(fēng)險(xiǎn)，各組塊吊裝完成后再重新進(jìn)行組對(duì)焊接及安裝。

4.3 對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理

由于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)管理時(shí)間長(zhǎng)、工作量大、空間狹窄等原因，該項(xiàng)目歷經(jīng)10 個(gè)月工期，共投入62656 工時(shí)。在項(xiàng)目施工階段，從多方面入手，各手段結(jié)合，確保項(xiàng)目順利完成。

（1）選定項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的安全、質(zhì)量等監(jiān)護(hù)和簡(jiǎn)單的溝通協(xié)助。

（2）制定項(xiàng)目公示牌，張貼在施工現(xiàn)場(chǎng)，溝通和解決問(wèn)題的效率大大提高。

（3）建立第三方監(jiān)理機(jī)制，對(duì)項(xiàng)目的施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度進(jìn)行全程監(jiān)控。

（4）建立并落實(shí)全員巡檢制度。著重對(duì)一些高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)包括腳手架搭計(jì)、高空作業(yè)、用電設(shè)備、用氣設(shè)備、勞保用品、施工現(xiàn)場(chǎng)隔離防護(hù)等進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，馬上指出問(wèn)題并進(jìn)行整改，防止因?yàn)閼T性思維導(dǎo)致的對(duì)風(fēng)險(xiǎn)視而不見現(xiàn)象的發(fā)生。

5 取得的效果

閃蒸塔及真空泵投入使用后運(yùn)轉(zhuǎn)正常，該油田角尾組原油經(jīng)脫硫系統(tǒng)后，外輸海管H2S 分壓為0.16 kPa ≤0.3 kPa，H2S 濃度為60.2 ppm，使海管離開硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂區(qū)，達(dá)到項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

負(fù)壓閃蒸脫硫項(xiàng)目在海上平臺(tái)屬于首次應(yīng)用，通過(guò)負(fù)壓閃蒸的處理方式，成功將潿洲某油田原油硫化氫分壓降低，達(dá)到滿足海管安全運(yùn)行的條件。該項(xiàng)目采取的施工方式可以為今后海洋平臺(tái)實(shí)施項(xiàng)目提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。