天然气净化厂火炬及放空系统设计的探讨

随着石油天然气行业对环境和安全的要求越来越高，火炬及放空系统也从附属设施成为净化厂的重要组成部分，火炬及放空系统的设计就显得尤为重要。总结了净化厂火炬及放空系统的一些重要注意事项，供设计人员参考。     

特大型高含硫天然气净化厂安全放空与火炬系统设计解析

四川盆地普光气田天然气净化厂具有120×10⁸ m³/a的高含硫天然气（H₂S体积分数为14.14%,CO₂体积分数为8.6%,有机硫含量为340 mg/m³）处理能力。为了保证事故工况时其大排量高含硫天然气的安全泄放和高效燃烧,优化了高低压放空管网及火炬系统的设计,突破一般天然气净化厂 “全量放空”的常规设计思路,合理确定了放空规模为75×10⁴ m³/h,研发出放空抗低温、防火雨、高低压火炬密封、大排量放空防回火、三重保障点火、流体密封等技术,同时引进高效高低压酸性气火炬燃烧器,保证了火炬的安全平稳运行。放空与火炬系统投产后运行平稳,燃烧效率高于99.9%,为新建或改扩建大型天然气净化厂提供了参考。     

天然气净化厂闪蒸气利用节能措施探讨

天然气净化厂净化装置在冬季运行中,闪蒸气因带液影响燃料气系统运行而直接放空至火炬燃烧,浪费了大量可燃气体。本文主要讨论闪蒸气的利用问题,通过适当的工艺技术改造,解决天然气净化厂净化装置闪蒸气带液问题,确保闪蒸气在冬季正常利用。     

天然气掺氢对站场放空系统的影响规律分析

为了掌握天然气掺氢后对站场放空系统的影响规律,利用ASPEN HYSYS流程模拟软件,分析天然气掺氢后放空系统的适应性。结果表明：天然气掺氢后安全阀额定泄放量始终大于所需泄放量,原安全阀能满足泄放要求;天然气掺氢不会导致放空系统运行温度超出设计范围,反而对放空管道的低温工况有明显的抑制作用;天然气掺氢会使安全阀背压轻微减小,不会导致安全阀背压及放空系统运行压力超压;天然气掺氢后放空系统管径均满足泄放要求;随着掺氢比例的提高,放空火炬的辐射热距离逐渐减小。     

低温低应力工况在低温放空管道选材中的应用

在石油、化工、制冷等领域的设计中,经常会遇到温度很低、压力也很低的放空管道系统,超出了普通碳素钢管道的最低使用温度下限值,需选用耐低温不锈钢管道的情况。根据某天然气液化厂放空管道系统的工作参数件,对该管道系统进行了应力核算和分析,判定该低温放空管道系统处于低温低应力工况,可以选用碳素钢管道材料,验证了低温低应力工况在低温放空管道设计中的实用性。     

天然气处理厂放空系统运行安全分析及对策

榆林天然气处理厂接收榆林南区、子洲-米脂气田、第二净化厂来气共60亿立方米/年,原有的天然气放空系统一直未做改变,已不能满足目前的放空要求,通过分析榆林天然气处理厂天然气放空系统工艺存在的问题,核算目前火炬放空系统的放空能力,提出放空系统完善方案,对于提高处理厂的安全运行具有重要意义。     

同步倒装新工艺吊装高低压放空火炬筒体

龙岗天然气净化厂工程设计有高低压放空火炬各1座,因现场地形不具备火炬塔架及火炬整体扳吊或双机抬吊的条件,故编制了三种吊装方案。通过与大型履带吊车正装、卷扬机牵引单体倒装两种传统吊装工艺的对比分析,决定采用同步倒装法吊装高低压放空火炬筒体,并剖析了吊装中的关键控制环节。同步倒装法在该工程高低压放空火炬筒体吊装中成功运用。实践证明,该吊装工艺经济、安全、工期短,为以后大型厂站双筒体乃至多筒体的吊装施工奠定了基础。     

天然气压气站放空系统设计

放空系统是天然气管输系统的重要部分,放空管的设计也直接关系着天然气管道及其处理装置是否能够安全平稳的运行。为保障天然气集输管网安全平稳运行,利用Aspen HYSYS、Flare Net计算软件按照API 521规范要求,以哈国压气站为例,对天然气压气站的放空系统进行了设计。全厂触动ESD放空及紧急停车放空时,首先关闭两端的ESD阀,放空气体通过BDV阀门放空,通过Aspen HYSYS软件计算了每段管线的瞬时放空量,为了降低放空初期巨大的放空量采用分段放空原则,通过计算确定了每段管线合理的延迟放空时间;放空管的放空量确定后,在设定合理的压降和背压等条件下,借助Flare Net软件确定了合理的放空管径;最后,在满足热辐射值的要求下,按照API 521规范确定了放空管距离压气站合理的位置。     

天然气净化厂超压自动放空系统设置

从天然气净化厂工艺过程特点及安全生产的要求出发，着重对紧急事故情况下高压天然气放空方案的确定和相关仪表的选择进行阐述，尤其对天然气净化厂设置三套高压放空系统的可行性和安全性进行分析，对合理选择放空系统的执行机构提出建议。     

站场放空火炬系统优化及改造

通过对某站场放空火炬系统的现状分析,指出高含硫天然气放空应引入火炬系统燃烧后排放,放空系统应具有可靠的全自动电点火设施。提出了为确保放空火炬系统安全可靠运行涉及的相关问题;结合相关标准规范就放空火炬系统功能设置、阻火设施、点火设施、系统安全运行等方面进行了探讨。同时针对具体工程实例,提出利用放空天然气作为点火气源,增设全自动高空电点火系统的优化实施方案,确保站场含硫放空天然气的安全排放。     

大口径、高压力输气管道放空系统泄放后果分析及改进建议

大口径、高压力输气管道在提高天然气管输能力的同时,也对管道放空系统的设计、建设和应用提出了更高的要求。为了探究大口径、高压力输气管道放空后果与管道直径和压力的关系,以长距离输气管道放空系统的设计和建设标准规范为基础,采用TGNET、PHAST、FLARENET等多种仿真软件,对不同直径和压力等级的输气管道进行了放空量、泄放速率、马赫数和安全热辐射半径等放空参数的仿真分析。结果表明：①随着输气管道直径和压力等级的提高,现有规范下截断阀室分割的管段容积显著增加,管段内需要放空的天然气量呈指数级增加;②随着管道规格的升级,放空系统的泄放速率和放空管口流速也呈指数级增加,对应的马赫数、噪声、热辐射安全半径等放空参数均显著提高,天然气安全扩散半径也受到影响,对放空过程人员和环境的威胁显著增加。为了应对大口径、高压力输气管道放空造成的威胁,降低放空系统对人员和环境的不利影响,提出了以下建议：①缩短高规格管道在各类地区的阀室间距以减少放空总量;②增加阀室放空管数量;③延长允许放空时间,减小放空立管的泄放速率。     

西气东输工程新技术应用

西气东输管道工程是中国目前距离最长、管径最大、输气量最大、压力最高、施工条件最复杂、投资最高的天然气管道,工程以其宏大的建设规模而举世瞩目。文章从线路选择、管道材质、输送工艺设计、压缩机增压系统、大型穿跨越施工技术、自动焊接及检测技术、试压及干燥技术、计量系统及分析检测系统、调峰方案、数据监控及信息管理系统等十个方面,归纳总结了西气东输管道工程中所采用的先进技术。这一系列先进技术和手段的应用,使我国大型输气管道的设计、施工和管理水平有了质的飞跃,也为管道工程的设计、施工和建设积累了宝贵而丰富的经验。     

国内天然气管道强度设计系数的评估研究

采用管道单一强度设计系数方法无法科学地反映管材性能、管道施工和管道运行维护水平。为了克服上述方法的不足并评估和改进现行《输气管道工程设计规范》(GB 50251—2015)中规定的天然气管道强度设计系数,采用基于可靠性的天然气管道设计方法,针对国内近4×10~4 km已建天然气管道,根据管道压力、管径、管材钢级等划分了258种计算工况;在满足天然气管道目标可靠度的前提下,应用国内的管材、焊接情况、腐蚀情况和运行维护情况等统计数据,经过大量迭代计算得到了天然气管道的临界壁厚,并反推得到了不同工况下的天然气管道等效设计系数。研究结果表明:①从一级地区到四级地区,由可靠性方法反推得到的天然气管道强度设计系数均随管道管径的增大而逐渐增大;②小管径工况的天然气管道强度设计系数一般小于国家标准规定值;③大管径工况的天然气管道强度设计系数则大于国家标准规定值。进而分别对不同地区等级的小管径管道(管径不大于508 mm)、中等管径管道(管径介于508~711 mm)和大管径管道(管径介于711~1 219 mm)的强度设计系数进行了细化和调整,增强了其合理性。     

N08825镍基合金复合管件加工技术及耐蚀性研究

为了避免高H2S/CO2油气田用管道的电化学腐蚀损伤和应力腐蚀开裂问题,以某天然气净化厂原料气管线拟使用的N08825镍基合金复合管为例,研究了其加工技术及耐蚀性能。研究结果显示,N08825镍基合金复合管力学性能及SCC性能均满足中石化普光气田净化厂原料气管线安全隐患治理工程SEI《焊制复合钢管、管件规格书》要求。结果表明,通过控制大直径镍基合金管件加工工艺并在复合管内表面涂刷防护剂,可确保复合管件成型质量及高H2S/CO2环境下的抗应力腐蚀开裂性能。     

提高我国天然气商品率的主要技术与措施

天然气的商品率是衡量天然气开发利用水平的重要指标之一,其反映了天然气产量和商品量之间的关系。注重提高天然气的商品率,对我国天然气产业的发展具有重要的意义。为此,阐述了天然气商品率的计算方式,分析了影响天然气商品量的主要因素,包括气井试气试采井口放空、伴生气井口放空、输气管网泄漏、管道气放空、计量误差、生产过程中自用、地下储气库垫气等多个方面。针对我国气田开发的现有条件和技术水平,提出了提高天然气商品率的具体措施:(1)加强天然气集输管理,建立完整性管理技术体系,预防和减少管道事故的发生,经济合理地保证管道安全运行;(2)提高天然气利用率,推广节气技术,降低自用气量;(3)重视井口气回收,减少放空量;(4)降低油气自用量与损耗量,节约费用、资源利用与保护环境并行,实现零散气的综合利用。     

天然气管道放空系统失效的故障树分析

天然气在管道输送过程中往往存在超压问题,容易造成管道破裂,导致天然气泄漏、爆炸等事件,因此需要在天然气管道上设置放空系统。本文对引起天然气管道放空失效的各个因素进行系统分析,建立以天然气管道放空失效为顶事件的天然气管道放空失效故障树。通过利用故障树方法进行分析,计算基础事件导致管道放空失效的概率,寻找影响放空失效的根本原因,并提出了有效措施提高放空系统的可靠性。     

基于改进的遗传算法的天然气管网系统运行优化

在天然气管网系统安全稳定运行的基础上,为了实现节能减排,充分合理地利用管道的输配能力,将目标函数定义为天然气的最大流量,同时考虑管道内天然气稳定流动、各节点流量平衡、节点及管段压力等约束条件,建立了天然气管网系统优化数学模型。采用整数编码来进行管径编码,用模拟退火罚函数转化约束条件,并合理地将遗传算法的全局寻优能力和模拟退火的局部搜索能力互补融合起来,实现算法的改进和优化。将改进的遗传算法应用到某大型天然气管网优化设计的实例中,计算结果表明,改进的遗传算法在解的质量上和收敛的速度上都优于基本遗传算法,验证了所建立的优化模型是高效可行的。     

FAST Piper集输软件在气田管网分析计算中的应用

天然气集输管网运行状况分析和预测可为气井生产、气量调配、管网调整等提供依据。文章介绍了加拿大Fekete 公司的FAST Piper集输系统分析优化软件的功能、特点以及在气田集输管网分析中的应用步骤及过程。以靖边气田为例，利用该软件对气田生产中的集输系统节点压力预测、多方案计算优化、异常情况下管网运行状况瞬时模拟、环形管网以及配气管网等进行了分析。该软件界面直观，计算准确，基本可以处理天然气集输管网分析中的各类问题，并可有效提高工作效率。     

中俄东线大口径输气管道的投产气体运移规律及注氮量优化

中俄东线天然气管道是外径1 422 mm超大口径天然气管道在国内的首次应用，投产采用氮气作隔离、后续天然气置换的方式。为了进一步明确中俄东线天然气管道在投产过程中各气体的运移规律以及确定合理的注氮量，采用计算数值模拟的方法，建立了基于外径1 422 mm管道的组分输运模型，进行了基于投产实测数据的模型可靠性验证，分析了不同管径、不同初始氮气封存管容比、不同置换速度条件下的气体运移规律，得到了理论最优注氮管容比值。研究结果表明：①天然气置换时，重力因素不可忽略，与小口径管道天然气沿着管道中心线“锥进”不同，中俄东线天然气沿着管段的顶部突进；②天然气置换速度是影响气体运移规律的主要因素，置换速度越快，纯氮气管容比值越大，最终将趋于一个极大值，投产时应适当提高天然气置换速度；③在氮气封存压力为0.02 MPa的条件下，5 m/s、7 m/s、9 m/s、15 m/s、30 m/s的天然气置换速度对应的理论最优注氮管容比值分别为7.60%、5.00%、4.50%、4.00%、4.00%。结论认为，该研究成果可为大口径天然气管道的安全、经济投产提供借鉴。     

高压输送天然气管线用钢和焊接钢管

介绍了现代国际上高压输送天然气管道，管线钢及焊管的使用情况。就管线钢的技术标准和技术发展，高压输送天然气管道的腐蚀破坏形式作了分析，对国外高夺输送天然气管线用钢的技术条件，管线用焊管的生产工艺和生产特点作了论述，指出建设输送气管线应用输气管道钢，输气管线钢应具有抗硫化氢腐蚀性能，输气管线需要考虑应力腐蚀问题，输气管线钢和钢管的研制是一项困难的工作，现在应着手开展这项工作。