CO2在天然气处理厂的扩散分析

扈 滨，李明悦

（胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司，山东东营 257026）

CO2在天然气处理厂的扩散分析

扈 滨，李明悦

（胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司，山东东营 257026）

随着环保和职业卫生要求的逐渐加强，针对天然气处理厂CO2气体放空的情况，结合CO2在天然气处理厂的泄放实例，介绍了CO2气体扩散的危害。利用挪威船级社技术公司研发的PHAST 5.22专业软件对CO2气体的扩散过程进行了分析计算。指出：天然气处理厂应重视CO2气体的危害，若长期连续放空，势必会对环境造成严重危害，各类天然气处理厂应考虑推广CO2回收利用的技术，以减少温室气体的排放。

天然气处理厂；脱碳；CO2气体放空；分析计算

在高含碳 （CO2）天然气田的开发过程中，为得到合格的商品气，天然气需要进入处理厂进行脱碳、脱水处理。无论是否对CO2气体进行回收，在处理厂内通常都设有现场放空的流程。近年来，随着环保和职业卫生要求的逐渐加强，CO2作为一种窒息性气体，要求工程设计人员对CO2的扩散进行深入研究。

1 天然气处理厂CO2现场放空实例

印度尼西亚PBA天然气处理厂 （隶属于中海油）设计规模为425万m3/d，主要功能是脱除天然气中的CO2和水，并给天然气增压。海上气田生产的天然气含CO219% （摩尔分数）左右，要求处理后的天然气CO2含量小于5% （摩尔分数）。天然气脱碳装置采用甲基二乙醇胺 （MDEA）脱碳工艺。CO2在再生塔顶放空，排放高度为40 m。

松南气田集气处理站 （隶属于中石化东北局）设计规模为300万m3/d，主要功能是脱除天然气中的CO2和水以及CO2回收液化，气田生产的天然气含CO223.5% （摩尔分数）左右，要求处理后的天然气CO2含量小于3% （摩尔分数）。与印尼项目类似，天然气脱碳装置同样采用甲基二乙醇胺（MDEA）脱碳工艺。CO2在再生塔顶放空，排放高度为38 m，并设有消音器以减小泄放时的噪音。

2 CO2扩散的危害

CO2作为一种比空气重的窒息性气体，扩散到地面可能对人员造成很大危害。高浓度的CO2容易导致人急性中毒，人进入高浓度CO2环境，在几秒钟内迅速昏迷倒下，更严重者出现呼吸停止及休克，甚至死亡。CO2的毒性危险体积分数为4×10-2（大气中CO2在12%以上可引起人昏迷或死亡）。一些国家对CO2的接触限值为：中国和原苏联对于最高允许浓度 （MAC）均未制订标准。美国时量平均浓度 （TWA）：职业安全与卫生署规定为5×10-3（体积分数）；政府及工业卫生协会规定为5×10-3（体积分数）。 美国短期接触限值（STEL）：美国政府及工业卫生协会规定为3×10-2（体积分数）。

3 CO2扩散分析

为研究扩散可能造成的危害，需对CO2气体的扩散过程进行分析。本文以印尼项目为例进行介绍。该项目委托中石化工程建设公司 （SEI）利用挪威船级社 （DNV）技术公司研发的PHAST 5.22专业软件进行CO2扩散计算。因国内未对CO2接触限值作出要求，故计算中依据了美国标准要求。

根据Pabelokan岛 （印尼PBA天然气处理厂所在地）的气象条件，最大风频风速在4～8 m/s。采用当地最不利的气象条件进行计算，各项输入参数分别为参考高度处风速：5 m/s；表面起伏参数：0.09；参考高度处气温：20℃；相对湿度：0.95；地表温度：25℃；地表类型：混凝土；平均时间：1 800 s。浓度随时间变化而变化，现在假定放空于30 min后达到稳定状态。

软件计算需要输入的各种放空初始参数有：排放压力：0.039 MPa；排放温度：50℃；排放量：29.3 t/h；组分：91%CO2和9%水 （摩尔分数）；泄放直径：DN500 mm；泄放高度：40 m；水平泄放角度：0°；CO2选取体积分数5×10-3。此外，操作高度设置为距地面2 m。经过计算，在上述泄放条件下，CO2体积分数会在距放空点顺风侧107 m处达到5×10-3。详细计算结果见表1。

表1 CO2浓度随距离和高度的变化情况

表1为PHAST软件输出的CO2浓度随距离和高度变化的情况，两个浓度在计算结果中为输出项。其中的羽流一词，是指CO2放空气在大气中扩散形成的烟雾，可表示放空气在大气中所呈现的几何形态。此外，该计算软件还可以生成如图1所示的曲线，可明显地看出CO2浓度随距离变化的情况。

从表1可以看出，随着距离的增加，羽流的高度在下降，且羽流中心的CO2浓度也随之降低。在距放空口水平距离207 m处，羽流降至地面，其摩尔分数也从排放口处的91.1%降到了0.12%；此后羽流还会沿着地面继续扩散，在245 m处，CO2的摩尔分数已经降至0.1%以下。而对于距地面2 m高处，CO2的摩尔分数在水平距离为170 m处达到最高值0.15%，其后再随着距离的增加，CO2的摩尔分数不断降低，直至降为0。

图2为CO2扩散侧视图。

从图2显示的结果还可以看出，在高于地面22 m且距离小于107 m的区域内 （也就是图中显示的灰色区域内），CO2的摩尔分数大于0.50%，超过了规定的接触限值，依然存在着窒息危险。在正常运行期间，不会有人涉足这些区域。但是依据ALARP（安全风险处在最低合理可行状态）原则，仍然推荐在这些区域提供警示标志。

4 结束语

在工程实施的过程中，一些设计和生产运行人员对CO2气体的危害认识不足，对CO2的扩散不以为然。麻痹大意会带来安全隐患，为确保人员的健康安全，对CO2的扩散分析还是非常有必要的。然而，CO2的扩散计算是以设定的气象条件为前提，随着气象条件的变化，计算结果肯定有所不同。所以在实际运行过程中，还需要考虑各种恶劣天气情况，采取相应的防护措施。

此外，CO2作为一种对环境有严重影响的温室气体，它的连续放空对天然气处理厂来说，也是一个很大的压力。为保护环境，各类天然气处理厂也应考虑推广CO2回收利用技术，以减少温室气体的排放。

[1]张德义.石油化工危险化学品实用手册[M].北京：中国石化出版社，2006.

CO2Diffusion Analysis at Natural Gas Processing Plant

HU Bin（Shengli Engineering&Consulting Co.,Ltd.,Dongying 257026,China），LI Ming-yue

With more strict requirements for environment and occupational health,the hazard of CO2emission and diffusion from natural gas processing plants is indicated combined with some CO2emission cases.The software PHAST 5.22 developed by DNV is applied to analyze the course of CO2diffusion，and the results show that long-term CO2emission will seriously harm the environment,so various kinds of natural gas processing plants should adopt CO2reutilization technology to reduce greenhouse gas emission.

natural gas processing plant;decarbonization;CO2gas emission;analysis and calculation

TE644

A

1001－2206（2011）02－0009－03

扈 滨 （1983-），女，山东利津人，助理工程师，2006年毕业于南京师范大学景观设计专业，现从事文档控制工作。

2010-08-09；

2011-02-22