天然氣凈化裝置長周期運(yùn)行對策分析

周斯雅 李 濤 劉文祝 雷 宇 楊子海

中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司川中油氣礦, 四川 遂寧 629000

0 前言

天然氣凈化裝置屬于易燃易爆、高溫高壓、有毒有害生產(chǎn)場所,設(shè)備及管線長期處于酸性服役環(huán)境且受上游氣質(zhì)、供水供電穩(wěn)定性等影響,易出現(xiàn)設(shè)備及管線腐蝕穿孔、脫硫溶液污染、過濾設(shè)備堵塞、換熱設(shè)備結(jié)垢效率低等問題[1-3],可能造成裝置非計劃停產(chǎn)、凈化氣不達(dá)標(biāo),降低了平穩(wěn)運(yùn)行率,影響了裝置處理量。因裝置需連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行,部分問題必須依靠裝置檢修期間處理,對設(shè)備設(shè)施、安全附件、管線等，進(jìn)行檢查、清洗、改造、部分更換與測試,確保裝置在下個檢修周期平穩(wěn)運(yùn)行?，F(xiàn)階段中國石油川渝兩地凈化裝置一般多采用“一年一修”的檢修模式,近年來也積極響應(yīng)、貫徹、落實(shí)天然氣凈化裝置低成本高質(zhì)量發(fā)展要求,逐步探索與嘗試“三年兩修、兩年一修”或者更長檢修周期的凈化裝置長周期運(yùn)行模式,其中13座在運(yùn)天然氣凈化廠中有5座實(shí)現(xiàn)過“兩年一修”的檢修周期。同時天然氣凈化廠具有組織機(jī)構(gòu)健全、人才隊伍專業(yè)、管理標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、工藝技術(shù)完善、設(shè)備設(shè)施完整、信息系統(tǒng)先進(jìn)等特點(diǎn),裝置安全環(huán)保受控、生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn),為探索天然氣凈化裝置長周期運(yùn)行模式提供先決條件與有力保障。

本文將對川渝兩地13座在運(yùn)天然氣凈化廠和30套天然氣凈化裝置從關(guān)鍵因素、管理保障措施等方面進(jìn)行深入分析,深挖問題根源,提出針對性舉措,為推進(jìn)天然氣凈化裝置長周期運(yùn)行提供借鑒,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)天然氣凈化裝置低成本高質(zhì)量發(fā)展。

1 關(guān)鍵因素與對策

1.1 依法合規(guī)是長周期運(yùn)行的基礎(chǔ)

天然氣凈化裝置中特種設(shè)備、電氣儀表種類多且復(fù)雜,依據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī),應(yīng)定期開展特種設(shè)備(含安全閥等附件)檢驗、電氣設(shè)備預(yù)防性試驗、儀器儀表校驗的工作,確保設(shè)備使用的依法合規(guī)[4-8]。裝置主要設(shè)備強(qiáng)制檢驗、試驗、校驗周期見表1。

表1 裝置主要設(shè)備強(qiáng)制檢驗、試驗、校驗周期表

1.1.1 壓力容器檢驗

對標(biāo)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、TSG 11—2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》,天然氣凈化裝置在運(yùn)的壓力容器等級主要為1、2、3、4級,滿足2～3年一修的運(yùn)行條件;而鍋爐一般都有備用且2年內(nèi)檢1次。對評定為4級的監(jiān)護(hù)設(shè)備需進(jìn)行監(jiān)控使用且及時更換,累計監(jiān)控使用時間不得超過3年。

1.1.2 安全閥校驗

按照TSG ZF001—2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,安全閥一般每年至少校驗1次。要滿足長周期運(yùn)行條件,需要對部分凈化廠的安全閥增加前截止閥或增加后截止閥,實(shí)現(xiàn)在線校驗及檢修。

1.1.3 電氣設(shè)備預(yù)防性試驗

按照DL/T 596—2005《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》,電氣預(yù)防性試驗一般1～3年進(jìn)行1次。建議對部分天然氣凈化廠進(jìn)行雙電源、單母線分段及供電設(shè)備改造,實(shí)現(xiàn)分段預(yù)防性試驗。

1.2 原料氣氣質(zhì)是長周期運(yùn)行的前提

原料氣夾帶雜質(zhì)進(jìn)入裝置,尤其是上游清管、氣量調(diào)整、新開井等操作,易造成脫硫系統(tǒng)發(fā)泡攔液、預(yù)處理分離器堵塞、脫硫溶液污染、產(chǎn)品氣不合格等,甚至需停產(chǎn)更換溶液。

1.2.1 影響因素

原料氣夾帶雜質(zhì)進(jìn)入裝置影響因素主要有：原料氣夾帶氣田水、緩蝕劑以及濕氣輸送的飽和水;新開井的入井液隨氣帶入;原料氣夾帶腐蝕產(chǎn)物、井下污物。夾帶緩蝕劑對裝置的影響見圖1。

圖1 夾帶緩蝕劑對裝置的影響照片F(xiàn)ig.1 Influence of entrained inhibitor on equipment

1.2.2 對策措施

可采用在集氣站增加脫水裝置,實(shí)現(xiàn)干氣輸送;在天然氣凈化裝置前增加高效過濾分離器、段塞流捕集器,減少氣田水夾帶;制定新井投產(chǎn)方案,采取科學(xué)合理的分離和消泡措施,重點(diǎn)關(guān)注帶液量變化或發(fā)泡情況,減少液體夾帶;強(qiáng)化上下游一體化,針對清管、調(diào)產(chǎn)、開關(guān)井等操作,建立統(tǒng)一協(xié)調(diào)、聯(lián)動機(jī)制,明確專人現(xiàn)場負(fù)責(zé)。井站氣液分離設(shè)備見圖2。

圖2 井站氣液分離設(shè)備照片F(xiàn)ig.2 Gas-liquid separation equipment of well station

1.3 供水供電是長周期運(yùn)行的保障

供水供電穩(wěn)定性和可靠性不夠,導(dǎo)致天然氣凈化裝置電壓波動或停電、供水量不足或水質(zhì)不合格[9]。

1.3.1 影響因素

供水供電對天然氣凈化裝置的影響因素主要有：供電等級低、電壓波動;供水設(shè)備設(shè)施和管道失效、水質(zhì)超標(biāo)。

1.3.2 對策措施

采用雙電源供電,提高供電等級;增加快速切換裝置;利用全線避雷、抗晃電技術(shù)、電力質(zhì)量在線監(jiān)測等新技術(shù);密切跟蹤原水水質(zhì)濁度、懸浮物、細(xì)菌等指標(biāo)變化,及時調(diào)整水質(zhì)處理工藝,確保水質(zhì)質(zhì)量達(dá)標(biāo);應(yīng)用漏磁檢測、無人機(jī)巡管、設(shè)備在線監(jiān)測等技術(shù),保障供水管道和轉(zhuǎn)水泵等設(shè)備完好。

1.4 兩劑質(zhì)量是長周期運(yùn)行的核心

脫硫溶劑因雜質(zhì)、降解造成質(zhì)量降低,導(dǎo)致發(fā)泡攔液、換熱效率下降、產(chǎn)品氣不合格等;催化劑因失活、粉化造成質(zhì)量降低,導(dǎo)致硫回收率下降、尾氣排放超標(biāo)、反應(yīng)器床層堵塞等。

1.4.1 影響因素

催化劑和溶劑(以下簡稱兩劑)質(zhì)量對天然氣凈化裝置的影響因素主要有：溶劑摻入天然氣凈化裝置運(yùn)行的腐蝕產(chǎn)物、活性炭粉末等雜質(zhì);溶劑熱降解和氧化降解產(chǎn)生熱穩(wěn)定鹽;催化劑因長期高溫運(yùn)行,導(dǎo)致失活、粉化。兩劑質(zhì)量對裝置的影響見圖3。

a)貧富液換熱器積渣a)Slagging of poor-rich liquid heat exchanger

b)催化劑積碳b)Carbon deposition of catalyst圖3 兩劑質(zhì)量對裝置的影響照片F(xiàn)ig.3 Influence of catalyst and solvent quality on the equipment

1.4.2 對策措施

增加原料氣水洗裝置,減少原料氣中固體和液體夾帶;增加及充分利用溶液在線過濾和SSU溶液復(fù)活裝置;溶液儲罐利用氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù);定期開展溶液熱穩(wěn)定性鹽、醇胺溶液起泡趨勢、致泡物質(zhì)含量等性能分析與評價;催化劑比表面積、孔結(jié)構(gòu)、活性評價等性能分析與評價,指導(dǎo)兩劑補(bǔ)充或更換;依據(jù)各轉(zhuǎn)換器溫度、尾氣排放組分含量,充分應(yīng)用回收單元H2S/SO2在線分析設(shè)備,精準(zhǔn)輔助調(diào)節(jié)配風(fēng)。新增SSU溶液復(fù)活系統(tǒng)見圖4。

1.5 系統(tǒng)水質(zhì)控制是長周期運(yùn)行的重點(diǎn)

鍋爐水、凝結(jié)水與循環(huán)水的水質(zhì)超標(biāo),造成設(shè)備及管線結(jié)垢、腐蝕,導(dǎo)致設(shè)備換熱效率降低、管束竄漏或堵塞[10-11]。

圖4 新增SSU溶液復(fù)活系統(tǒng)照片F(xiàn)ig.4 New SSU solution reactivation system

1.5.1 影響因素

系統(tǒng)水質(zhì)對天然氣凈化裝置的影響因素主要有：鍋爐水、凝結(jié)水水質(zhì)超標(biāo);循環(huán)水水質(zhì)超標(biāo)。系統(tǒng)水質(zhì)對裝置的影響見圖5。

a)凝結(jié)水閥門穿孔a)Perforation of condensate valve

b)后冷器管束結(jié)垢b)Encrustation of back cooler bundle圖5 系統(tǒng)水質(zhì)對裝置的影響照片F(xiàn)ig.5 Influence of system water quality on the equipment

1.5.2 對策措施

加強(qiáng)系統(tǒng)水質(zhì)跟蹤分析,做好過濾、加藥、除鹽除氧和排污等操作,嚴(yán)格控制濁度、pH、溶解氧、電導(dǎo)率等指標(biāo);凝結(jié)水設(shè)備及管線材質(zhì)升級,增加抗腐蝕性能;增加凝結(jié)水除氧工藝;開展超聲波疏水閥性能檢測;選用配伍性好的循環(huán)水緩蝕阻垢、殺菌滅藻藥劑,應(yīng)用EST電解水處理技術(shù)等,提高循環(huán)水過濾、除垢、殺菌等效果。

1.6 儀表系統(tǒng)穩(wěn)定是長周期運(yùn)行的關(guān)鍵

天然氣凈化裝置儀表系統(tǒng)自動化程度高,經(jīng)常出現(xiàn)儀器儀表檢測失真,聯(lián)鎖、控制系統(tǒng)故障,造成自動控制失效或裝置聯(lián)鎖。

1.6.1 影響因素

儀表系統(tǒng)對天然氣凈化裝置的影響因素主要有：卡件損壞、程序故障、通訊中斷、電腦病毒;現(xiàn)場儀表檢測失真或設(shè)備故障。

1.6.2 對策措施

定期開展儀表系統(tǒng)測試和分析診斷,規(guī)范DCS、SIS、FGS等控制系統(tǒng)的巡檢、操作與維護(hù)管理;定期開展儀表檢定、校驗和標(biāo)定,應(yīng)用PST行程測試技術(shù),實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥、聯(lián)鎖閥等在線調(diào)試;開展SIL安全完整性分析,確保儀表系統(tǒng)可靠性;應(yīng)用工業(yè)控制完整性管理系統(tǒng),對DCS運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)通信及硬件故障預(yù)警;完善儀表信息安全防護(hù)系統(tǒng)。

1.7 腐蝕預(yù)防是長周期運(yùn)行的瓶頸

天然氣凈化裝置壓力容器及管線介質(zhì)高溫高壓、易燃易爆且有毒有害,經(jīng)常因氧腐蝕、酸腐蝕、電化學(xué)腐蝕等原因發(fā)生泄漏和失效,導(dǎo)致裝置緊急停產(chǎn)[12]。

1.7.1 影響因素

腐蝕對天然氣凈化裝置的影響因素主要有：氧腐蝕、酸腐蝕、電化學(xué)腐蝕;水擊、介質(zhì)及所含固體顆粒的沖刷腐蝕;設(shè)備、材料及焊接的質(zhì)量缺陷。

1.7.2 對策措施

對貧富液換熱器、酸氣管線、富液管線、凝結(jié)水回水管線等易腐蝕設(shè)備及管線，進(jìn)行材質(zhì)升級或應(yīng)用內(nèi)防腐涂層技術(shù)[13-14];應(yīng)用超聲波和在線腐蝕監(jiān)測技術(shù),開展定期跟蹤測厚和檢測檢驗;開展RBI風(fēng)險評價分析,加強(qiáng)設(shè)備完整性管理;充分運(yùn)用快速捆扎堵漏、機(jī)械堵漏、焊補(bǔ)堵漏、金屬粘補(bǔ)堵漏等帶壓堵漏技術(shù)。腐蝕預(yù)防對策措施見圖6。

a)內(nèi)防腐涂層a)Internal anticorrosion coating

b)腐蝕點(diǎn)帶壓堵漏b)Leak stoppage under pressure of corrosion spot圖6 腐蝕預(yù)防對策措施照片F(xiàn)ig.6 Preventive measures against corrosion

2 管理保障措施

通過對依法合規(guī)、原料氣氣質(zhì)、供水供電、兩劑質(zhì)量、系統(tǒng)水質(zhì)控制、儀表系統(tǒng)穩(wěn)定、腐蝕預(yù)防等關(guān)鍵因素分析，制定科學(xué)合理對策措施,同時還需建立配套完善的管理措施和長效機(jī)制,助推天然氣凈化裝置實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)行。

2.1 完善機(jī)制,提高效率

2.1.1 開展裝置系統(tǒng)性風(fēng)險評估

利用HAZOP[15]、SIL、RBI[16-17]、RCM[18]等工具方法，對工藝、設(shè)備、儀表、電氣運(yùn)行狀況進(jìn)行風(fēng)險分析與評價,評估裝置存在問題及隱患對生產(chǎn)運(yùn)行的影響程度,作為調(diào)整檢修的依據(jù)與指南。2013年至今,在運(yùn)行一半天然氣凈化廠已成功運(yùn)用風(fēng)險分析與評價,推遲天然氣凈化裝置檢修周期,同時實(shí)現(xiàn)檢修周期推遲期間的平穩(wěn)運(yùn)行。

2.1.2 調(diào)整成本費(fèi)用

對于非檢修年度,因天然氣凈化裝置連續(xù)運(yùn)行增加的日常運(yùn)行維護(hù)、裝置能耗、備品備件、生產(chǎn)現(xiàn)場管理提升等費(fèi)用,需調(diào)整生產(chǎn)單位生產(chǎn)成本。建立長周期運(yùn)行激勵機(jī)制,對于實(shí)現(xiàn)長周期平穩(wěn)運(yùn)行的生產(chǎn)單位,結(jié)合天然氣凈化裝置檢修、臨停次數(shù)、質(zhì)量安全環(huán)保等情況實(shí)行專項獎勵。

2.1.3 推行上下游聯(lián)動模式

上游清管、調(diào)產(chǎn)、開井等操作,通過工作聯(lián)絡(luò)單及時告知下游天然氣凈化廠做好應(yīng)對操作;下游天然氣凈化裝置發(fā)現(xiàn)氣質(zhì)異常、緊急停產(chǎn)等情況,及時告知上游作業(yè)區(qū)積極排查和響應(yīng)配合。樹立大開發(fā)理念,全面推行上下游一體化管理。

“他們?nèi)齻€大仙兒，”克里斯蒂娜依次指了指皮特、德魯和莫莉，“實(shí)際上，白娘胎里爬出來就整天湊在一起。我特別討厭他們。”

2.2 技術(shù)革新,科技創(chuàng)效

2.2.1 兩劑研發(fā)

一是新型脫硫溶劑,應(yīng)用空間位阻胺脫硫配方溶劑[19](如CT8-26)和高效有機(jī)硫脫除溶劑(如CT8-24B),降低CO2共吸率，提高有機(jī)硫脫除,提高天然氣商品氣率與質(zhì)量；二是新型催化劑,應(yīng)用尾氣低溫加氫催化劑[20](如CT6-11),降低反應(yīng)器入口溫度要求,促進(jìn)加氫水解。尾氣低溫加氫催化劑見圖7。

圖7 尾氣低溫加氫催化劑照片F(xiàn)ig.7 The low temperature and hydrogenation of tail gas catalyst

2.2.2 涂層應(yīng)用

應(yīng)用高分子陶瓷金屬涂層,內(nèi)涂換熱設(shè)備花板、內(nèi)浮頭蓋,液硫儲罐上部氣相空間等,降低脫硫溶液、循環(huán)水水質(zhì)、酸性環(huán)境等引起的腐蝕和沖蝕,提高設(shè)備抗腐蝕能力,確保設(shè)備本質(zhì)安全。高分子陶瓷金屬涂層見圖8。

圖8 高分子陶瓷金屬涂層照片F(xiàn)ig.8 The coating of polymer ceramic metal

2.2.3 新材料應(yīng)用

一是超級不銹鋼,適用于強(qiáng)酸性介質(zhì)接觸的設(shè)備及管線,已應(yīng)用于康索夫尾氣處理裝置的電除霧器、文丘里組合塔和中和儲罐等部位；二是“316+碳鋼”復(fù)合鋼板,適用于高H2S、高CO2腐蝕環(huán)境的設(shè)備及管線,已應(yīng)用于部分天然氣凈化廠再生塔。

2.2.4 檢測技術(shù)

圖9 低頻導(dǎo)波照片F(xiàn)ig.9 Low frequency guided wave

2.3 兩化融合,管理提升

以“裝置安全高效運(yùn)行、產(chǎn)品氣質(zhì)量合格、三廢排放達(dá)標(biāo)”為準(zhǔn)則,實(shí)施兩化融合,建設(shè)“全面感知、自動操控、智能預(yù)測、輔助決策”的智能工廠。

2.3.1 物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化管理平臺建設(shè)

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),數(shù)據(jù)實(shí)時采集和存儲,推行智能巡檢平臺、機(jī)器人巡檢,實(shí)現(xiàn)辦公無紙化、數(shù)字化。

2.3.2 應(yīng)用系統(tǒng)拓展與整合

應(yīng)用設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng),推行關(guān)鍵設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理,確保設(shè)備本質(zhì)安全;應(yīng)用三維數(shù)字化模擬與智能定位技術(shù),模擬事故推演,提升應(yīng)急救援能力;應(yīng)用 AR/VR 虛擬培訓(xùn),實(shí)現(xiàn)操作在線智能輔助,前后方遠(yuǎn)程協(xié)作;應(yīng)用大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù),建立智能預(yù)警模式,實(shí)現(xiàn)安全管理關(guān)口前移等。

2.3.3 大數(shù)據(jù)管理平臺

整合信息化系統(tǒng),推進(jìn)系統(tǒng)融合、信息共享,實(shí)現(xiàn)智能工廠。

2.4 油公司模式，轉(zhuǎn)型升級

深化油公司改革,對標(biāo)國際一流油公司,以質(zhì)量效益為目標(biāo),堅持“業(yè)務(wù)歸核化、管理扁平化、職能精干化”改革方向,全面推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

2.4.1 業(yè)務(wù)歸核化

剝離非主營業(yè)務(wù)和低端低效業(yè)務(wù),對天然氣凈化裝置關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的維護(hù)維修和生產(chǎn)輔助設(shè)施運(yùn)維管理實(shí)行業(yè)務(wù)外包;對后勤服務(wù)、生產(chǎn)輔助服務(wù)等實(shí)行第三方用工機(jī)制。

2.4.2 管理扁平化

精簡管理層級,取消工段級,實(shí)現(xiàn)廠—班組兩級管理模式,落實(shí)靠前指揮,提高工作效率,管理重心前移。

2.4.3 職能精干化

推行“大崗位、大工種”管理模式,打破操作崗位工種多樣化限制,倡導(dǎo)一崗多能,強(qiáng)化員工技能培訓(xùn)和素質(zhì)提升,培養(yǎng)核心技能崗位的人才隊伍。

3 結(jié)論

為確保天然氣凈化裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注依法合規(guī)、原料氣氣質(zhì)、供水供電、兩劑質(zhì)量、系統(tǒng)水質(zhì)控制、儀表系統(tǒng)穩(wěn)定、腐蝕預(yù)防等關(guān)鍵因素,充分應(yīng)用四新技術(shù)、信息化技術(shù),建立配套完善的管理措施和長效機(jī)制,全面提升人員素質(zhì)能力,通過設(shè)計、制造、施工、運(yùn)行、維護(hù)、管理、操作等方面的適應(yīng)性改造與優(yōu)化提升,全面實(shí)現(xiàn)凈化裝置長周期運(yùn)行目標(biāo),扎實(shí)推進(jìn)提質(zhì)增效專項行動,貫徹落實(shí)低成本高質(zhì)量發(fā)展要求。