摘要?四川盆地普光氣田天然氣凈化廠具有l(wèi)20×10⁸ m³/a的高含硫天然氣(H₂S體積分?jǐn)?shù)為14.14%，C0₂體積分?jǐn)?shù)為8.6%，有機(jī)硫含量為340 mg/m3)處理能力。為了保證事故工況時(shí)其大排量高含硫天然氣的安全泄放和高效燃燒，優(yōu)化了高低壓放空管網(wǎng)及火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，突破一般天然氣凈化廠“全量放空”的常規(guī)設(shè)計(jì)思路，合理確定了放空規(guī)模為75×10⁴ m³/h，研發(fā)出空抗低溫、防火雨、高低壓火炬密封、大排量放空防回火、三重保障點(diǎn)火、流體密封等技術(shù)，同時(shí)引進(jìn)高效高低壓酸性氣火炬燃燒器，保證了火炬的安全平穩(wěn)運(yùn)行。放空與火炬系統(tǒng)投產(chǎn)后運(yùn)行平穩(wěn)，燃燒效率高于99.9%，為新建或改擴(kuò)建大型天然氣凈化廠提供了參考。

關(guān)鍵詞?普光氣田?高含硫天然氣?大排量?放空系統(tǒng)?火炬系統(tǒng)?設(shè)計(jì)?安全?解析

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??? 四川盆地普光氣田天然氣凈化廠(下稱普光凈化廠)是“川氣東送”工程的核心組成部分，建設(shè)有6聯(lián)合12系列的300×10⁴ m³/d天然氣凈化裝置、集氣總站及趙家壩污水站，具有l(wèi)20×10⁸ m³/a的高含硫天然氣(H₂S體積分?jǐn)?shù)為14.14%，C0₂體積分?jǐn)?shù)為8.6%，有機(jī)硫含量為340 mg/m³)處理能力，為目前亞洲最大規(guī)模高含硫天然氣處理裝置(圖1)。天然氣凈化裝置內(nèi)的高壓、高含硫天然氣介質(zhì)存量巨大、劇毒有害、易燃易爆，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)、大面積泄漏等極端事故工況時(shí)，必須保障生產(chǎn)裝置與周邊人員的安全^[1-4]，大排量的高含硫天然氣需要安全泄放、高效燃燒，這就對(duì)天然氣凈化裝置的放空及火炬系統(tǒng)提出了更高的要求^[5-6]。

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1 特大型高含硫天然氣凈化裝置的放空系統(tǒng)

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1.1?放空系統(tǒng)簡(jiǎn)介

??? 普光凈化廠6聯(lián)合l2系列的天然氣凈化裝置分別布置于廠內(nèi)東西兩個(gè)區(qū)域，其間間隔設(shè)置循環(huán)水場(chǎng)、變電站等公共工程設(shè)施，單系列天然氣凈化裝置均包含脫硫、脫水、硫磺回收、尾氣處理與酸水汽提5個(gè)工藝單元，其中每個(gè)系列裝置脫硫單元每小時(shí)處理8.0MPa高壓高含硫天然氣l2.5×10⁴ m³，脫水單元每小時(shí)處理8.0 MPa高壓不含硫濕凈化氣20.8×10⁴ m³，Claus硫磺回收單元每小時(shí)處理硫化氫體積分?jǐn)?shù)為60%的低壓再生酸性氣3.2×10⁴ m^3[7]。根據(jù)天然氣凈化裝置整體布局與生產(chǎn)單元的工況特點(diǎn)，考慮到事故工況下不同系列天然氣凈化裝置高壓和低壓氣體同時(shí)泄放的可能性，為防止高壓放空天然氣影響低壓酸性氣的安全有效泄放，天然氣凈化裝置防空系統(tǒng)設(shè)有DN900mm的高壓、低壓并行2套放空管網(wǎng)，形成了“高低壓分離、東西區(qū)互聯(lián)”的放空管網(wǎng)系統(tǒng)（見(jiàn)圖2，其中紅色所示為高壓管網(wǎng)，黑色所示為低壓管網(wǎng)）。

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??? 放空管網(wǎng)系統(tǒng)包括從各系列天然氣凈化裝置內(nèi)的放空閥后至高低壓放空分液罐的部分。每系列裝置管廊上的高低壓放空總管經(jīng)位于裝置界區(qū)的高低壓分液罐分離泄放氣中攜帶的脫硫、脫水溶劑后，匯入東西區(qū)高低壓放空管網(wǎng)。東區(qū)高低壓放空管網(wǎng)主要負(fù)責(zé)第一、二、三聯(lián)合天然氣凈化裝置、趙家壩污水站及集氣總站的放空需要，西區(qū)高低壓火炬放空管網(wǎng)主要負(fù)責(zé)第四、五、六聯(lián)合天然氣凈化裝置的放空需要。東西區(qū)高壓放空管網(wǎng)并行進(jìn)入高壓放空分液系統(tǒng)，東西區(qū)低壓放空管網(wǎng)匯合成低壓放空總管后進(jìn)入低壓放空分液系統(tǒng)。

??? 高低壓放空管網(wǎng)系統(tǒng)于管網(wǎng)起始端設(shè)置多點(diǎn)凈化天然氣吹掃點(diǎn)，使用凈化氣對(duì)高低壓放空管線進(jìn)行不間斷全網(wǎng)吹掃，保持管網(wǎng)內(nèi)氣體的流動(dòng)性，防止高含硫的放空氣在管網(wǎng)內(nèi)滯留而造成對(duì)管網(wǎng)的腐蝕；在低壓放空匯管設(shè)置低壓酸性氣放空伴燒系統(tǒng)，根據(jù)低壓放空氣的流量和組分，合理調(diào)整凈化天然氣伴燒配比系數(shù)，提高低壓酸性放空氣的可燃燒性與熱值，保證酸性放空氣燃燒的充分性。

1.2?特大型天然氣凈化裝置放空控制技術(shù)

??? 普光凈化廠12系列天然氣凈化裝置處理高含硫天然氣的能力高達(dá)l50x 10⁴ m³/h，東西區(qū)裝置各處理75×10⁴ m³/h，國(guó)內(nèi)天然氣凈化廠一般按照“全量放空”思路來(lái)考慮設(shè)置放空系統(tǒng)，但普光凈化廠卻不宜按照常規(guī)“全量放空”思路來(lái)設(shè)計(jì)放空系統(tǒng)。通過(guò)研究特大型天然氣凈化裝置放空控制技術(shù)，合理確定普光凈化廠的放空規(guī)模為75×10⁴ m³/h，相比常規(guī)全量放空設(shè)計(jì)，減少了40%的系統(tǒng)投資。

??? 針對(duì)火災(zāi)、泄漏等不同的事故工況，開(kāi)發(fā)了特大型天然氣凈化裝置“保壓”與“放空”2種模式及4個(gè)級(jí)別的放空控制技術(shù)：保壓、0.5 MPa/min放空、1.0 MPa/min放空和1.5 MPa/min放空。在天然氣凈化廠發(fā)生不可控天然氣泄漏事故時(shí)，根據(jù)具體情況觸發(fā)啟動(dòng)相應(yīng)等級(jí)的“放空”，其他事故工況按“保壓”方式處理，在安全生產(chǎn)的原則下盡量少放空，以保障裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性。

1.3大排量高壓放空抗低溫技術(shù)

??? 高壓大排量酸性氣放空的Joule—Thomson效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生低溫工況，由于目前國(guó)內(nèi)天然氣凈化廠規(guī)模較小，放空管網(wǎng)管徑小，可直接采用低溫碳鋼材料。天然氣凈化裝置特大型化之后若仍然使用之前的設(shè)計(jì)方法，則管線材料的投資將大增。普光凈化廠火炬放空管線采用合理設(shè)置管網(wǎng)壁厚來(lái)克服低溫低應(yīng)力效應(yīng)，并合理設(shè)置補(bǔ)償器來(lái)解決壁厚增加帶來(lái)的應(yīng)力問(wèn)題^[8]，全廠放空管網(wǎng)投資減少了數(shù)百萬(wàn)元。

??? 同時(shí)，低壓放空酸性氣高含硫化氫與飽和水蒸氣，可對(duì)高低壓放空網(wǎng)管進(jìn)行全流程伴熱，防止高壓放空管網(wǎng)中出現(xiàn)節(jié)流凍堵事故，同時(shí)防止低壓放空管網(wǎng)出現(xiàn)強(qiáng)腐蝕性液體而危害放空管網(wǎng)安全。