一種新型海上平臺(tái)凝析油自動(dòng)回收系統(tǒng)

尤英萃，秦曉光，柯蘭茜

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司南海工程分公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

根據(jù)國(guó)際上先進(jìn)的深海和遠(yuǎn)海油氣田的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)來看，為了提高系統(tǒng)設(shè)備的安全性、可靠性、環(huán)保性以及盡量降低工程投資，系統(tǒng)設(shè)備以及大型油氣處理系統(tǒng)工藝包及模塊化將成為必然，并且需求量將大幅度提升[1]。新型凝析油自動(dòng)回收系統(tǒng)與傳統(tǒng)海上平臺(tái)凝析油回收直接進(jìn)閉排系統(tǒng)相比，具有不干擾下游工況，無機(jī)械旋轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，安全可靠等優(yōu)勢(shì)。全自動(dòng)控制，減少人力投入和誤操作風(fēng)險(xiǎn)，全回收過程周期自動(dòng)檢測(cè)，避免設(shè)備故障、人員操作失誤導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，而且投資低，不僅解決了眼前的問題，而且將會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，然而新型凝析油自動(dòng)回收的推廣應(yīng)用還存在困難，有一點(diǎn)就是在不同的壓力等級(jí)進(jìn)行切換時(shí)，存在操作失誤、閥門內(nèi)漏風(fēng)險(xiǎn)，造成高壓系統(tǒng)壓力竄到低壓設(shè)備，發(fā)生設(shè)備關(guān)?；蛉萜鞒瑝菏录?，需要采取相應(yīng)改造去防止超壓?jiǎn)栴}[2-3]。

1 當(dāng)前海上平臺(tái)凝析油回收現(xiàn)狀

目前南海海域某海上油田開發(fā)平臺(tái)原油處理中心平臺(tái)的凝析油回收系統(tǒng)主要是進(jìn)入壓縮機(jī)組的滌氣罐進(jìn)行三相分離后，氣相部分進(jìn)入火炬系統(tǒng)的火炬分液罐進(jìn)行放空燃燒，則液相部分按照不同壓力等級(jí)進(jìn)入閉排系統(tǒng)或者原油緩沖罐或者下海管，進(jìn)入閉排系統(tǒng)的經(jīng)過三相分離后，經(jīng)閉排泵增壓到海管，通過海管輸送到下游某終端接受系統(tǒng)。而這類閉排系統(tǒng)和原油緩沖罐等具有低壓，溫度高的特點(diǎn)，一般來說是閉排系統(tǒng)處于50 kPaG，70 ℃的工作環(huán)境下，原油緩沖罐處于350 kPaG，70 ℃的工作環(huán)境下，由于所處的環(huán)境溫度較高，大量的凝析油就會(huì)蒸發(fā)進(jìn)入火炬系統(tǒng)的火炬分液罐后再放空燃燒，此外由于低壓凝析油的高碳組分較多，在火炬放空量有所減小情況下，其氣相空間的氣流就無法充分?jǐn)噭?dòng)燃燒，就會(huì)產(chǎn)生大量的黑煙現(xiàn)象，此外對(duì)于下游某終端接受系統(tǒng)來說，1300 kPaG 級(jí)的凝析油需要通過凝析油泵增壓輸送至海管，其設(shè)計(jì)排量為5 方/時(shí)，排量較大，在啟泵輸送對(duì)終端工藝流程會(huì)造成較大波動(dòng)，為解決波動(dòng)問題，如果該等級(jí)凝析油排至閉排罐，壓力就會(huì)迅速降低加上閉排罐的高溫，這部分的凝析油就會(huì)迅速重新蒸發(fā)進(jìn)入火炬系統(tǒng)放空燃燒，和以上低壓系統(tǒng)的凝析油回收情況一樣[4-5]。

2 新型凝析油自動(dòng)回收系統(tǒng)

通過對(duì)新型海上平臺(tái)凝析油系統(tǒng)自動(dòng)回收系統(tǒng)的研究，可以設(shè)計(jì)一種凝析油自動(dòng)回收系統(tǒng)和設(shè)備，特別適合用于海上平臺(tái)存在多級(jí)壓力的凝析油回收系統(tǒng)，如圖1 的新增凝析油自動(dòng)回收系統(tǒng)的工藝流程為按順序接受50 kPaG 壓力等級(jí)，350 kPaG 壓力等級(jí)，1300 kPaG 壓力等級(jí)的凝析油，當(dāng)接受50 kPaG壓力等級(jí)的凝析油時(shí)，關(guān)閉原凝析油排放流程，打開控制閥，50 kPaG 壓力等級(jí)的凝析油通過通過調(diào)節(jié)凝析油自動(dòng)回收管匯上與大氣相連的PV 閥來控制壓差，使得凝析油能進(jìn)入新增的凝析油自動(dòng)回收管匯，接受完凝析油后，上游分液罐的液位計(jì)的低液位信號(hào)傳至控制閥，關(guān)閉50 kPaG 壓力等級(jí)的控制閥，開啟350 kPaG 壓力等級(jí)的凝析油回收流程，通過調(diào)節(jié)凝析油自動(dòng)回收管匯上與大氣相連的PV 閥來控制壓差，使得凝析油能進(jìn)入新增的凝析油自動(dòng)回收管匯，待接受完后，關(guān)閉350 kPaG 壓力等級(jí)的控制閥，同理，開啟1300 kPaG 壓力等級(jí)的凝析油回收流程。接受完后，開啟新一輪的回收流程，此間，當(dāng)新型凝析油自動(dòng)回收管匯接受滿后，管匯上設(shè)置液位計(jì)，觸發(fā)相關(guān)信號(hào)后，關(guān)閉凝析油接受流程的控制閥，打開燃料氣動(dòng)力外輸流程，將凝析油通過海管輸送至下游終端處理接受系統(tǒng)，當(dāng)凝析油自動(dòng)回收管匯的液位計(jì)觸發(fā)低低液位信號(hào)的時(shí)候，關(guān)閉外輸流程，開啟新的凝析油回收流程。

圖1 新增凝析油自動(dòng)回收系統(tǒng)流程

3 風(fēng)險(xiǎn)分析及解決措施

在海上油田開發(fā)平臺(tái)里面，空間受限是一個(gè)很關(guān)鍵的問題，這套新型不同壓力等級(jí)凝析油自動(dòng)回收系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于只是需新增一根16 寸300lb 的凝析油自動(dòng)回收管匯，就可以通過調(diào)整回收管匯的操作壓力，通過壓差實(shí)現(xiàn)對(duì)不同壓力等級(jí)的凝析油進(jìn)行有效回收，同時(shí)利用平臺(tái)現(xiàn)在的燃料氣作為動(dòng)力源，通過改造部分流程，實(shí)現(xiàn)將回收管匯凝析油通過海底管道外輸至下游終端接受系統(tǒng)進(jìn)行處理。但是由于不同的壓力等級(jí)的物流最終匯合在一起，可能會(huì)存在不同壓力等級(jí)的物流互竄等運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 無法連續(xù)接收的風(fēng)險(xiǎn)

凝析油自動(dòng)回收管匯需要在50 kPaG、350 kPaG、1300 kPaG 級(jí)別的凝析油回收流程之間進(jìn)行智能切換，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)來液的連續(xù)接收，尤其是50 kPaG 級(jí)別的凝析油無預(yù)收集罐，比較容易造成原流程的低壓壓縮機(jī)、放空氣回收管匯的液位高等風(fēng)險(xiǎn)。

解決措施：按要求保留原流程低壓壓縮機(jī)、放空氣收集管匯至閉排排液流程，當(dāng)新型凝析油自動(dòng)回收管匯無法進(jìn)行收集時(shí)，可通過原排放流程泄放至閉排系統(tǒng)，從而降低分液罐出現(xiàn)液位高高的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 發(fā)生不同壓力等級(jí)竄壓的風(fēng)險(xiǎn)

凝析油自動(dòng)回收管匯在不同的壓力等級(jí)回收流程進(jìn)行切換的時(shí)候，需要海上平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行手動(dòng)頻繁的操作，如果相關(guān)操作人員存在人為失誤，就極易造成高壓系統(tǒng)壓力的物流竄到低壓系統(tǒng)的設(shè)備上，可能會(huì)造成低壓設(shè)備關(guān)停甚至損壞等一些嚴(yán)重安全事故的發(fā)生。解決措施：1）進(jìn)一步完善可視話操的規(guī)程，加強(qiáng)相關(guān)操作人員的技能培訓(xùn)，提高相關(guān)操作人員的作業(yè)安全素養(yǎng)；2）在各路不同壓力等級(jí)的凝析油自動(dòng)回收流程進(jìn)入道新增的16 寸凝析油回收管匯前的管線上設(shè)置一個(gè)SDV 緊急關(guān)斷閥，并在中控系統(tǒng)中設(shè)置其相應(yīng)的邏輯，當(dāng)凝析油自動(dòng)回收管匯的操作壓力超過本路凝析油回收管線上的操作壓力時(shí)，管線上設(shè)置的SDV 緊急關(guān)斷閥就會(huì)觸發(fā)相關(guān)關(guān)斷邏輯而自動(dòng)進(jìn)行關(guān)閉動(dòng)作。

3.3 系統(tǒng)流程中的控制閥發(fā)生冰堵的風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)每次凝析油自動(dòng)回收管匯中儲(chǔ)存的凝析油通過海底管道進(jìn)行外輸至下游終端接受處理系統(tǒng)的流程結(jié)束后，需要將凝析油自動(dòng)回收管匯的操作壓力從2800 kPaG 泄放到50 kPaG 的壓力，這中間的壓降過大，很容易使的自動(dòng)回收管匯上的壓力控制閥出現(xiàn)冰堵的現(xiàn)象。

解決措施：冰堵現(xiàn)象，即形成了天然氣水合物堵塞了管道，可以通過控制壓力泄放的速度，避免瞬間壓降過大導(dǎo)致出現(xiàn)冰堵現(xiàn)象。

3.4 海底管道的輸送量過大，超出下游處理終端系統(tǒng)處理能力的風(fēng)險(xiǎn)

風(fēng)險(xiǎn)：凝析油回收滿后再通過海底管道外輸至下游終端接受系統(tǒng)處理時(shí)，瞬間的輸送量過大，或者由于存在大量天然氣進(jìn)入海底管道，造成海底管道壓力高，出現(xiàn)終端無法接受外輸物流等風(fēng)險(xiǎn)。

解決措施：當(dāng)回收滿的凝析油在海底管道進(jìn)入外輸前，與下游的終端設(shè)施這邊先進(jìn)行聯(lián)系，得到終端的允許后，再按照原計(jì)劃進(jìn)行凝析油外輸。另外在凝析油外輸管線上設(shè)置一個(gè)SDV 緊急關(guān)斷閥，當(dāng)海底管道的操作壓力高于設(shè)定值時(shí)觸發(fā)相關(guān)信號(hào)關(guān)閉該SDV，以保證安全外輸。

3.5 溫度變化大，管線變形、損壞等

風(fēng)險(xiǎn)：凝析油回收的管匯跨度大，凝析油外輸結(jié)束后，壓力泄放時(shí)，出現(xiàn)收集管匯溫度下降明顯，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，容易造成管線、法蘭應(yīng)力過大而變形甚至破壞等風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

解決措施：控制壓力泄放速度；項(xiàng)目建造時(shí)，應(yīng)充分考慮溫度應(yīng)力的存在，同時(shí)保證安全的余量。

4 新型凝析油自動(dòng)回收系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)

本設(shè)備是針對(duì)現(xiàn)有海上平臺(tái)凝析油回收多處于高溫低壓環(huán)境，大量凝析油閃蒸到放空系統(tǒng)燃燒，因本身特性燃燒不充分而造成環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失等不足，從而發(fā)明的一種適用于海上平臺(tái)凝析油回收系統(tǒng)的設(shè)備，具有自動(dòng)控制的功能，降低減少人力投入和誤操作風(fēng)險(xiǎn)，全回收過程周期自動(dòng)檢測(cè)，避免設(shè)備故障、人員操作失誤導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。

如圖2 所示，裝置由凝析油回收管匯1，直徑16寸，高度16 米；1 號(hào)開關(guān)閥3，閥體是球閥，具有關(guān)斷功能；1 號(hào)壓力控制器7，連接壓力傳感器；1 號(hào)壓力控制閥8，閥體是球閥，具有關(guān)斷功能；1 號(hào)液位計(jì)10，具有傳感功能，2 號(hào)液位計(jì)13，具有傳感功能等部件組成。

圖2 新型凝析油自動(dòng)回收裝置設(shè)計(jì)圖

5 應(yīng)用場(chǎng)景

目前在我國(guó)南海西部某海域上某中心處理平臺(tái)油田天然氣處理分為50 kPaG 級(jí)、350 kPaG 級(jí)，1300 kPaG 級(jí)、2800 kPaG 級(jí)，每一級(jí)都會(huì)析出凝析油，需要回收。油田此前只回收了1300 kPaG 級(jí)和2800 kPaG 級(jí)的凝析油，50 kPaG 級(jí)凝析油回收到閉排系統(tǒng)，350 kPaG 凝析油排放到原油緩存罐，由于存在明顯的壓降，因此50 kPaG、350 kPaG 級(jí)凝析油最終閃蒸到放空系統(tǒng)，通過火炬燃燒，不僅僅造成極大的浪費(fèi)，同時(shí)也導(dǎo)致火炬燃燒不充分，產(chǎn)生很濃烈的黑煙現(xiàn)象?，F(xiàn)在平臺(tái)已設(shè)計(jì)安裝該套新型海上平臺(tái)凝析油自動(dòng)回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)將各個(gè)等級(jí)的凝析油全部回收。

6 結(jié)語

凝析油回收在我國(guó)的海上油田平臺(tái)開發(fā)過程是不可浪費(fèi)的一部分能量。目前南海海域某海上油田開發(fā)平臺(tái)原油處理中心平臺(tái)有壓力等級(jí)為50 kPa，350 kPa，1300 kPa 的凝析油，在平時(shí)的回收工藝過程中，由于其低壓力等級(jí)的凝析油進(jìn)入閉排罐和緩沖罐后，易蒸發(fā)進(jìn)入火炬系統(tǒng)，回收率低且燃燒不充分影響環(huán)境，因此設(shè)計(jì)這套一套新型不同壓力等級(jí)的凝析油的自動(dòng)回收系統(tǒng)，分級(jí)回收匯總后統(tǒng)一外輸?shù)脑O(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性和可靠性，有效解決了海上凝析油回收時(shí)的閃蒸問題，火炬燃燒產(chǎn)生黑煙問題等環(huán)境問題，還能產(chǎn)生比較大的經(jīng)濟(jì)效益，在未來通過實(shí)際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)分析研究，還可以進(jìn)一步優(yōu)化和提升其回收效率，減少風(fēng)險(xiǎn)措施。