高含硫氣田集氣總站工藝優(yōu)化改造及效果分析

上海自動化儀表廠為解決集氣總站生產(chǎn)分離器分液能力不足導(dǎo)致原料氣攜帶含氯液體進(jìn)入凈化裝置污染胺液系統(tǒng)，排污、放空管線腐蝕穿孔安全風(fēng)險(xiǎn)高，高級孔板流量計(jì)維護(hù)成本高，產(chǎn)出水水型發(fā)生變化，氯離子含量超標(biāo)導(dǎo)致凈化廠原料氣管線存在氯離子誘導(dǎo)硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險(xiǎn)等問題，采取了增加段塞流捕集裝置進(jìn)行氣液一次分離，緩解生產(chǎn)分離器分離壓力，排污、放空管線材質(zhì)升級為耐腐蝕鎳基合金材質(zhì)，引進(jìn)低維護(hù)成本的超聲波流量計(jì)代替高級孔板流量計(jì)，增加水洗脫氯裝置降低氯離子含量，優(yōu)化自控系統(tǒng)等措施，確保了普光氣田jia級要害部位集氣站總站的安全、高效運(yùn)行。

普光氣田是我國迄今為止已投入開發(fā)的規(guī)模非常大、豐度非常高的特大型整裝海相氣田，普光主體探明儲量2782.95×108m3，H2S含量為12.31%～17.05%（體積分?jǐn)?shù)，下同），CO2含量為7.89%～10.53%[1]。集輸系統(tǒng)采用全濕氣加熱保溫混輸工藝，集氣站場具有加熱、節(jié)流、計(jì)量與外輸功能[2]。集氣總站為集輸系統(tǒng)的終點(diǎn)站與普光天然氣凈化廠合建，是連接集氣站和凈化廠的紐帶和橋梁，是普光氣田的關(guān)鍵裝置、jia級要害部位。集氣總站建于2008年7月，站場設(shè)計(jì)非常大氣液分離能力5600×104m3/d。集氣總站站場具有接收、分離、計(jì)量和輸送上游24座集氣站產(chǎn)出的高含硫化氫氣體，以及反向輸送24座集氣站需要的凈化燃料氣和接收清管器等功能。自2009年10月投產(chǎn)至今，已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行了10年，實(shí)際生產(chǎn)中暴露出諸多問題，存在很大的安全隱患，處理工藝流程亟需優(yōu)化改造。通過集輸流程改造使集輸工藝更加切合普光氣田目前的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際，進(jìn)一步降低管線腐蝕穿孔風(fēng)險(xiǎn)和日常生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)普光氣田“安穩(wěn)長滿優(yōu)”的運(yùn)行目標(biāo)。

1工藝現(xiàn)狀及存在的問題

1.1工藝流程

普光氣田集氣站井口產(chǎn)出高含硫化氫天然氣，經(jīng)加熱、節(jié)流、計(jì)量后外輸，經(jīng)集氣支線進(jìn)入4條集氣干線，然后輸送至集氣總站。進(jìn)入集氣總站后的天然氣，進(jìn)入4臺生產(chǎn)分離器氣液分離后，高含硫化氫天然氣經(jīng)孔板流量計(jì)計(jì)量后輸送至凈化廠進(jìn)行脫硫處理。氣液分離器后的高含硫污水通過排污系統(tǒng)進(jìn)入污水氣提塔進(jìn)行氮?dú)鈿馓幔摮鬯写蟛糠至蚧瘹錃怏w，氣提后的污水輸送至氣田1#水處理站做進(jìn)一步處理。氣提分離出的混合氣先進(jìn)入火炬分液罐，再進(jìn)入尾氣回收裝置進(jìn)行處理。

1.2存在的問題

（1）生產(chǎn)分離器分液能力不足，存在向凈化廠攜液風(fēng)險(xiǎn)。在正常生產(chǎn)期間，原料氣中攜帶的部分液體，在集氣總站進(jìn)行分離后進(jìn)入凈化裝置。隨著氣田開發(fā)氣井產(chǎn)液量增加，由于普光氣田地處山區(qū)，在起伏的集輸管道低點(diǎn)產(chǎn)生積液，當(dāng)定期開展清管涂膜批處理作業(yè)時(shí)，集氣總站生產(chǎn)分離器出現(xiàn)分液能力不足、分離效率下降等問題，導(dǎo)致原料氣攜帶一定量成分復(fù)雜的含氯液體進(jìn)入凈化裝置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出裝置內(nèi)原料氣過濾器過濾聚結(jié)能力，污染了胺液系統(tǒng)。其中，位于原料氣管網(wǎng)末端的聯(lián)合裝置，尤其是第四聯(lián)合裝置帶液問題尤其突出，甚至出現(xiàn)胺液快速發(fā)泡、沖塔停機(jī)等異常工況。

（2）排污、放空管線腐蝕。普光氣田累計(jì)發(fā)現(xiàn)腐蝕穿孔75個(gè)，分酸分離器排污管線腐蝕穿孔40個(gè)，計(jì)量分離器排污管線腐蝕穿孔16個(gè)，放空管線腐蝕穿孔4個(gè)，排污管線、放空管線腐蝕穿孔占80%，排污、放空管線材質(zhì)為A333[3]。通過集氣站檢維修發(fā)現(xiàn)腐蝕點(diǎn)數(shù)量呈逐年上升趨勢，主要發(fā)生在排污、放空管線底部、彎頭處。解剖發(fā)現(xiàn)放空管線頂部腐蝕很小，而底部出現(xiàn)明顯的腐蝕坑，EDS測試發(fā)現(xiàn)底部垢物中的礦化度顯著高于頂部，主要是由于凝析水積液造成放空管線腐蝕。排污管線檢修發(fā)現(xiàn)腐蝕主要發(fā)生在2013年以后，排污分支管底部、彎頭、排污匯管等容易產(chǎn)生積液的部位。排污系統(tǒng)垢樣分布在管線、設(shè)備底部，主要成分為S單質(zhì)，含有部分腐蝕產(chǎn)物Fe和有機(jī)物，排污系統(tǒng)積液加速了排污管線底部腐蝕。綜合考慮安全及投資，管線材質(zhì)由A333提升至INCOLOY825。

（3）高級孔板流量計(jì)維護(hù)成本高。集氣總站4條集氣干線輸送的高含硫天然氣經(jīng)氣液分離后采用高級孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，為確保計(jì)量準(zhǔn)確，高級孔板流量計(jì)需要定期進(jìn)行清洗、校驗(yàn)、更換孔板等維護(hù)作業(yè)。作業(yè)施工過程中需要對高級孔板流量計(jì)上、下游截?cái)喾趴眨@樣不但影響計(jì)量而且安全風(fēng)險(xiǎn)高，孔板和密封圈等材料價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高。

（4）氣井產(chǎn)出地層水，氯離子含量超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。隨著氣田開發(fā)的進(jìn)行邊水逐步推進(jìn)，氣井產(chǎn)水量逐年增加，而且部分氣井產(chǎn)出水型發(fā)生變化。在凈化廠投產(chǎn)前，氣田試采的天然氣樣本中不含有氯離子，因此設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中原料氣氣體組成不考慮氯離子，凈化廠裝置原料氣管線選材為316L。但實(shí)際運(yùn)行后，根據(jù)集氣總站生產(chǎn)分離器液樣化驗(yàn)分析，生產(chǎn)分離器出口液滴中氯離子質(zhì)量濃度在7000~10000mg/L，平均為8500mg/L。根據(jù)NACE標(biāo)準(zhǔn)，316L奧氏體不銹鋼材料對氯離子濃度要求如下：溫度＜60℃、H2S分壓＜350kPa時(shí)，氯離子質(zhì)量濃度不得超過50mg/L，所以凈化廠原料氣攜帶氯離子濃度已遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求，存在氯離子誘導(dǎo)的硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的風(fēng)險(xiǎn)。原料氣管線輸送介質(zhì)壓力高（8.4MPa）、硫化氫含量高（15%~18%），一旦發(fā)生氯離子誘導(dǎo)的硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂，原料氣泄漏量大、速度快，波及范圍廣，存在人員中毒、火災(zāi)爆炸、環(huán)境污染等風(fēng)險(xiǎn)。

（5）東西區(qū)無法隔離，不能實(shí)現(xiàn)分區(qū)停產(chǎn)檢修。集氣總站上游4條管線來氣氣液分離后，匯合成兩路，分別進(jìn)入凈化廠的東區(qū)和西區(qū)酸氣處理單元。站內(nèi)流程統(tǒng)籌考慮，共用一套控制系統(tǒng)。目前凈化廠分東西區(qū)系列，可分區(qū)獨(dú)立停產(chǎn)檢修。集氣總站僅一套控制系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)分區(qū)停產(chǎn)檢維修，集輸流程也無法實(shí)現(xiàn)徹底機(jī)械隔離。

2工藝流程優(yōu)化改造

2.1增設(shè)段塞流捕集裝置

集氣總站增加段塞流捕集裝置與生產(chǎn)分離器串聯(lián)，形成氣液二次分離系統(tǒng)。管線中氣液混合物先經(jīng)過段塞流捕集裝置進(jìn)行一次氣液分離再進(jìn)入生產(chǎn)分離器進(jìn)行二次氣液分離。段塞流捕集器由4臺氣液旋流分離器、1臺臥式儲液罐組成，每套設(shè)備單獨(dú)成橇[4]。段塞流捕集裝置的氣液旋流分離器和臥式儲液罐分開，4條干線（1#、2#、3#、4#）分別串聯(lián)1套氣液旋流分

優(yōu)化后的工藝流程解決了集氣總站因生產(chǎn)分離器分液能力不足而導(dǎo)致的氯離子含量超標(biāo)、管線腐蝕穿孔和硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂等風(fēng)險(xiǎn)問題，避免了向凈化廠攜液導(dǎo)致凈化裝置胺液污染，具有重要的安全效益和社會效益。同時(shí)引進(jìn)低維護(hù)成本的超聲波流量計(jì)代替高級孔板流量計(jì)，降低了日常運(yùn)行維護(hù)成本，確保了普光氣田jia級要害部位集氣站總站的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

4結(jié)論

通過對集氣總站進(jìn)行工藝流程優(yōu)化改造，成功解決了集氣總站目前存在的問題，普光氣田集輸系統(tǒng)的安全性、適應(yīng)性和流程切換的靈活性明顯提升，并取得以下認(rèn)識：

（1）安裝段塞流捕集裝置與生產(chǎn)分離器串聯(lián)構(gòu)成氣液二次分離系統(tǒng)，可以解決集氣總站生產(chǎn)分離器分液能力不足、分離效率下降的問題。

（2）放空、排污管線（A333材質(zhì)）積液是導(dǎo)致管線腐蝕加快的主要原因，鎳基合金管材抗腐蝕能力很強(qiáng)、價(jià)格高，集氣站設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮安全和投資成本。

（3）超聲波流量計(jì)在大管道、原料氣氣質(zhì)較穩(wěn)定的場所計(jì)量精度能夠達(dá)到計(jì)量要求。

（4）上海自動化儀表廠高含硫天然氣經(jīng)水洗脫氯后，原料氣液滴中氯離子質(zhì)量濃度可以控制在50mg/L以下。