天然气处理厂投产条件研究

刘 蔷 高晓根 雷 英 张春阳 温冬云 刘 伟

（1．中国石油西南油气田公司天然气研究院

2．中国石油西南油气田公司川中油气矿磨溪天然气净化厂）

（3．中国石油西南油气田公司川西北气矿天然气净化厂）

天然气是一种极具发展潜力的新兴能源，近年来，随着对其需求量的大幅度增加，国内外天然气处理厂的处理规模日渐加大，新处理厂投运数量亦日益增多。

天然气处理过程具有高温（或低温）、高压、易燃、易爆、有毒、腐蚀等特点。在天然气处理厂投产初期，工艺、设备、电气及仪表自控等系统存在较多不确定因素，若对前期的投产准备工作重视程度不够、投产准备目标不明确或采用的方法不科学，可能导致员工操作失误，严重时甚至可能引发重大或恶性事故。因此，在完成天然气处理厂新厂建设或老厂改造并进入投产过程时需开展相关的投产条件评价，以消除装置投运时存在的安全隐患，保障装置的顺利试运投产。

由于天然气处理厂投产程序多、涉及面广、过程复杂，而国内目前尚缺乏适用于天然气处理厂的系统性投产方法，如何将庞大的投产条件系统进行整合优化，使其规范化，具有系统性、实用性和可操作性，是当前天然气处理厂投运前面临的重要难题。

1 天然气处理厂简介

天然气处理厂是指对原料天然气进行脱硫／脱碳、脱水脱烃、凝析油稳定、凝液回收、硫磺回收、尾气处理、CO2回收的全部（或部分）工厂。

天然气处理厂含主体工艺装置、辅助生产设施及公用工程。其中，主体工艺装置包括脱硫／脱碳装置、脱水脱烃装置、凝析油稳定装置、凝液回收及储存装置、硫磺回收装置、尾气处理装置等［1］。辅助生产设施包括硫磺成型及储存设施、火炬及放空系统、油品储存设施、分析化验室和维修设施等。公用工程包括供配电、通信、新鲜水系统、消防系统、循环水系统、空氮系统、燃料气系统、污水处理装置、供热、采暖与通风等。

2 天然气处理厂主要投产阶段

根据相关标准、规范和文献的规定，同时，参考国内各天然气处理厂投产程序的惯用作法［2－6］，天然气处理厂投产过程按投产时间可以划分为以下5个阶段：

2．1 投产准备阶段

投产准备阶段是天然气处理厂建设过程中为试运和试生产所做的准备工作阶段，是实现合理工期和顺利试运，达到设计文件规定的各项技术经济指标的保证。

投产准备包括组织准备、人员准备、技术准备、物资准备、资金准备、外部条件准备等6方面。投产准备是基本建设的重要组成部分，为投产创造必要的条件，进而为生产奠定基础。

2．2 单机试运及工程中间交接阶段

单机试运指现场安装的驱动装置空负荷运转或单台机器、机组以水、空气等为介质进行的试运，是为了检验其除受介质影响外的机械性能和制造、安装质量的过程。单机试运是对机电设备制造、安装质量的初次检验，通过检验设备单机运转时的实际运行状况，按照相关标准和规范进行验收。

工程中间交接是指单项工程或单位工程按设计文件所规定的范围全部完成，并经管道系统和设备的检查、电气和仪表自控系统调试及单机试运并初步验收合格后，承包单位（和／或施工单位）向建设单位（和／或生产单位）所进行的交接工作。工程中间交接是承包单位（和／或施工单位）向建设单位（和／或生产单位）办理工程交接的一个必要程序，标志着工程施工安装结束，由单机试运行转入联动试运行。

2．3 联动试运阶段

天然气处理厂在系统试运行正常并完成单机试运和工程中间交接之后进行联动试运。

联动试运指对规定范围内的机器、设备、管道、电气、仪表自控系统等，在各自达到试运标准后，以水、空气、N2等为介质所进行的试运行，其中包括气密、干燥、置换［7］、三剂装填、水运、气运、工业炉煮炉、烘炉（器）等，以检验其除受介质影响外的全部性能和制造安装质量。

联动试运一般应先从单系统开始，然后扩大到几个系统或全装置的联运。公用工程和辅助生产设施的平稳运行是主体装置联动试运的保障，在主体装置投运前应先投运公用工程和辅助生产设施。

2．4 投料试运阶段

联动试运完成并消除缺陷后，由建设单位负责向上级主管部门申请工程完工交接和装置投料试运，对天然气处理厂的全部生产装置按照设计文件规定的介质打通生产流程，进行各装置之间首尾衔接的试运行，以检验其除经济指标之外的全部性能，并生产出合格产品。

一些天然气处理厂重大建设项目在完工交接结束并通过建设单位自检后，由上级主管部门组织专家对建设项目进行工艺技术、工程质量、投产组织、生产准备情况、投产方案及应急预案的编制和实施情况6大方面进行一次最终检查和确认。

2．5 投料试运检查及试运总结阶段

在投料试运结束后，进行投料试运检查并完成包括各项投产准备工作、试运实际步骤与进度、试运实际网络与原计划网络的对比图、开停车事故统计分析、试运过程中遇到的难点与对策、试运成本分析、试运的经验与教训等主要内容在内的试运总结。

天然气处理厂的投产过程如图1所示。

3 天然气处理厂投产条件评价方法推荐

在天然气处理厂投运前，需对投产各个阶段的投运条件进行逐步确认，直至各项条件均满足投运要求，即达到天然气处理厂的投产条件。根据天然气处理厂的工艺特点和投运要求，对天然气处理厂投产条件的评价较为合适、有效的方法包括制定投产统筹网络计划、安全工作法以及检查表法。

3．1 制定投产统筹网络计划

统筹法，又称网络计划法，是指用于工程项目的计划与控制的1项管理技术。它是以网络图的形式反映、表达计划安排，据此选择最优工作方案，组织协调和控制生产（项目）的进度（时间）和费用（成本），使其达到预定目标，获得更佳经济效益的一种优化决策方法。统筹法适用于大规模工程项目，工程越大，人们的经验越难以胜任，采用以往的某些管理方法（例如反映进度与产量的线条图等方法）进行计划控制也愈加困难。因此，在项目繁琐复杂的情况下，网络计划具有较大的优势。

网络计划技术既是一种科学的计划方法，又是一种有效的生产管理手段。网络计划最大的特点在于它能够提供施工管理所需要的多种信息，有利于加强工程管理，有助于管理人员合理地组织生产。在工程管理中提高应用网络计划技术的水平，必能进一步提高工程管理的水平。

天然气处理厂投产条件评价中制定投产统筹网络计划，确定各控制时间节点，可使试运投产顺序更清晰，使投产时间更有保障。投产各阶段的统筹网络图如图2所示。

3．2 安全工作法

随着安全理念和安全管理水平的进步，建议将针对投产前装置的过程危险分析（Pr ocess Harzar d Analysis，简称PHA）和启动前安全检查（Pre－Startup Safety Review，简称PSSR）作为投产试车的准备工作之一。

PHA通常针对熟悉的对象系统，对事故过程进行模拟分析，也就是在一系列的假设前提下按理想的情况建立模型，将复杂的问题或现象采用数学模型描述分析危险、有害因素和触发事件，推测可能导致的事故类型和危险危害程度，确定危险、有害因素的危险等级，从而制定相应的安全措施。PHA主要用于分析泄漏、火灾、爆炸、中毒等常见的重大事故所造成的热辐射、爆炸波、中毒等不同的化学危害。目前，许多天然气处理厂都制定了基于PHA的工艺生产过程危险、有害因素统计表，将PHA应用于投产试车准备工作有利于保证投产试车工作的平稳、安全进行。

启动前的安全检查是指装置、设备、设施启动前对所有过程的安全要素进行核查确认，并对所有必改项进行整改后批准启动的过程。主要应用于所有新建、改建、扩建项目和工艺设备变更、停车检修后重新投产的装置。PSSR小组针对生产作业性质、工艺设备特点等编制PSSR清单，清单包括工艺技术、人员、设备、事故调查及应急响应、环境保护等方面的内容。将PSSR分析应用于投产试车准备工作，有利于加强工艺、设备启动前安全管理，影响工艺、设备安全运行的因素在启动前都得到有效控制，确保设备安装规范、操作维护准备就绪、人员培训到位、安全信息及时更新、改进措施落到实处，为天然气处理厂安全顺利投产提供保障。

3．3 检查表法

检查表是以简单的数据，用容易理解的方式，制成图形或表格，必要时记上检查记号，并加以统计整理，作为进一步分析或核对检查之用的表格形式。检查表是质量控制（Quality Contr ol，简称QC）7大手法中最简单也是使用得最多的手法，它可以系统地收集资料、积累信息、确认事实。

为了评价投产准备工作的准备情况及各项工作实施的效果，可以采用的检查表有：物资准备检查表、三查四定检查表、管道系统（资料）检查表、静设备（资料）检查表、动设备（资料）检查表、炉类设备（资料）检查表、仪表电气设备（资料）检查表、单机试运必要条件检查表、工程中间交接检查表、工程完工交接检查表、投料试运必要条件检查表等，涉及天然气处理厂投产从物资准备、安全准备、工艺设备准备到试运、交接和投运的各个方面和环节。

检查表法是工厂投产前检查所采用的传统方法。天然气处理厂投产条件评价可在传统检查表法的基础上进行以下方面的扩展。首先，针对不同级别的检查人员编制不同层次的检查表，上级检查人员使用检查总表，而工厂或车间检查人员则使用不同类型的检查分表，使检查工作分层次完成。下层分表完成检查后在上层分表上打勾，所有分表检查完成后在总表上打勾，总表检查完成后则说明该厂已具备投产条件。此外，根据投产时间进程和投产对象的不同编制了多张检查表，覆盖天然气处理厂的各个投产过程，从而实现了检查表的系列化，条理清晰，可操作性强。典型的天然气处理厂投产检查表示例见表1和表2。

检查人员首先按照表2检查分表（工程质量验收表）中所列检查内容，依据现行标准、规范对天然气处理厂所包括的单位（子单位）工程（包括脱硫／脱碳装置、甘醇法／分子筛吸附法脱水装置、硫磺回收装置、硫磺成型装置、尾气处理装置、轻烃回收装置（丙烷制冷系统）、凝析油装置、酸水汽提装置、火炬系统、全厂系统及热力管网、供热系统、循环水系统、厂区给排水及消防管网、污水处理系统、空氮站、供水站、污水排放（回注）、消防站、总图、变电所（站）、厂区电气、厂区通信、厂区自动化仪表、厂区道路、中控室、化验室、增压站、维修工房、办公楼、自备电站、库房）的全部或部分逐项进行检查，待分表检查完成后再返回表1检查总表进行下一项检查。

表1 天然气处理厂投产典型检查表－检查总表Table 1 Typical checking list（total checking list）used in the commissioning process of natural gas processing plant

表2 天然气处理厂投产典型检查表－检查分表（工程质量验收表）Table 2 Typical checking list（branch checking list）used in the commissioning process of natural gas processing plant

此类细化到装置的多层次、系列化检查表主要具有以下优点：

（1） 可总结和分析国内天然气处理厂投产过程需要检查的项目和频率，从而确定检查对象和检查时间，保证了各检查项目的可操作性和必要性。

（2） 制定检查总表和检查分表，采用总表和分表相结合的方式逐级完善检查项目，检查项目和检查结果清晰直观，避免单一检查表的内容繁杂混乱。

（3） 各个检查表中有明确的责任人或责任单位，以便及时发现存在的问题，并进行有效的落实和整改。

（4） 检查表中记录了检查项目的时间，方便检查人员对问题项进行复查，并可了解在规定的整改时间内对问题的改善效果。

采用检查表法进行投产条件评价可使天然气处理厂投产准备工作全面、细致、准确，为形成标准化手册以及避免由于人为因素导致投产准备工作缺失构建了有利的平台。

4 结语

天然气处理厂投产条件评价是投产前的一项重要工作，是确保合理工期和顺利试运，达到设计文件规定的各项技术经济指标的保证。选择适合天然气处理厂的投产条件评价方法有利于规范天然气处理厂投产试运行工作，使新建、改建或扩建的大、中型天然气处理厂建设项目投产后实现“安、稳、长、满、优”运行，充分发挥投资效益。针对天然气处理厂的特点进行综合分析发现，制定投产统筹网络计划、安全工作法以及检查表法较为适合在天然气处理厂投产工作开展和投产条件评价中进行推广应用。

［1］ 王开岳．天然气净化工艺——脱硫脱碳、脱水、硫磺回收及尾气处理［M］．北京：石油工业出版社，2005．

［2］ 王剑，喻泽汉，罗斌，等．阿姆河第一天然气处理厂投产运行评价［J］．石油与天然气化工，2011，40（S1）：18－21．

［3］ 韩文光．化工装置实用操作技术指南［M］．北京：化学工业出版社，2001．

［4］ 中国石油天然气集团公司职业技能鉴定指导中心．天然气净化操作工［M］．北京：石油工业出版社，2008．

［5］ 中国化学工程总公司．HGJ 232－92化学工业大、中型装置生产准备工作规范［S］．北京：化工部工程建设标准编辑中心，1992．

［6］ 化工部基建司．HGJ 231－91化学工业大、中型装置试车工作规范［S］．北京：化工部工程建设标准编辑中心，1991．

［7］ 赵孟卿，李灿荣，陈川，等．天然气管道投产氮气置换混气规律研究［J］．石油与天然气化工，2012，41（5）：533－536．