天然气净化厂检修管理与技术浅析

2018-02-09张春阳刘文祝

设备管理与维修 2018年2期

张春阳，刘蔷，吴宇，曾强，刘文祝，范锐

（1.中国石油西南油气田公司天然气研究院，四川成都 610213；2.中国石油西南油气田公司天然气净化总厂，重庆 401220；3.中国石油西南油气田公司川中油气矿，四川遂宁 629000；4.中国石油西南油气田公司，四川成都 610051）

0 引言

天然气净化厂是含硫含碳天然气开发过程中的关键环节，具有高温、高压、易燃、易爆、有毒、腐蚀等风险。其设备在生产过程中会逐渐磨损、腐蚀，并有可能出现设备堵塞、控制失灵、溶液污染等问题，导致装置工艺性能、处理能力下降，故需开展检修工作，消除隐患，确保装置安、稳、长、满、优运行。

目前，中国石油天然气股份有限公司（简称股份公司）各大油田企业在保证装置本质安全的基础上，从延长检修周期、减少检修时间、降低检修成本、QHSE管理等方面都出台了各自的天然气净化厂检修规定，在检修过程中逐步探索形成了一些经验做法，管理日趋规范，但也还存在一些问题。因此有必要对现有的检修管理要求和技术指标进行对比研究，规范作法。

1 检修管理要求

1.1 管理机构的设置

分析了各油气田检修管理机构的组成，与顶层管理层、各油气田检修管理部门充分讨论总结，遵循“统一领导、业务主导、分级管理、分工负责、协同配合”的原则，形成了从股份公司→油气田公司→各厂矿（处）→净化厂的四级管理机构，实现了组织机构设置的科学化和规范化。

1.2 管理职责的划分

（1）股份公司负责组织制订、修订所属天然气净化厂的检修标准规范、管理制度，并监督实施。

（2）各油气田公司负责建立健全检修管理体系，明确本公司各相关部门、单位在检修管理方面的职责和权限。编制下达天然气净化厂检修计划和检修期间气量调配，并指导、监督各下属单位实施检修工作。

（3）各厂矿（处）级单位负责组织审查、监督、指导、上报所辖天然气净化厂检修项目。

（4）各天然气净化厂负责本单位检修项目的具体实施。

2 检修技术要求

2.1 检修周期的确定

天然气净化厂的计划检修周期受设备新度系数、压力容器和特种设备检验、技术状况、安全与环保要求的影响。一般为12～24个月。具体由以下要求确定。

2.1.1 标准规范要求

动设备、特种设备（包括压力容器、压力管道、锅炉、安全阀等）、电气设备的检修周期应遵循国家和行业的相关法律、法规和标准规范[1-6]的要求。

2.1.2 专业工具评价

状态监测、故障诊断、RCM（以可靠性为中心的维修）、RBI（基于风险的检测）、HAZOP分析（危险与可操作性分析）等专业工具[7-9]可以有效评价设备状态和系统的可靠性，为净化厂检修周期提供决策支持。

2.1.3 组织专家评估

天然气净化厂结合装置的实际运行状况，从生产运行、工艺技术、设备设施、电气仪表、HSE等方面对装置的运行情况进行评价，同时开展产品气气质、尾气气质、溶液性能、外排水水质等分析，编写评估报告。

厂（处）级在收到天然气净化厂编制的评估报告后，组织专家现场评估，重点对监控措施、装置隐患进行评价，天然气净化厂根据审核后的评估报告，指导下一次检修周期确定。超出检验周期的的特种设备等需要经地方监督管理部门备案许可。

受天然气产供销平衡、装置运行突发状况以及其他外界因素的影响，检修周期可进行一定程度的调整。

2.2 分列装置检修的管理

分列生产装置检修时，部分工艺装置和公用工程及辅助生产设施处于运行状态，变电站、配电间和生产中的用电设备处于运转中。为避免有害物料或危险能量意外释放，应采取隔离措施对其有效隔离。

2.2.1 能量隔离

（1）危险物质的隔离。在检修过程中，如果有阀门内漏或误操作而打开界区阀，则会导致介质通过已打开的设备或管道窜流到作业面或空气中，引起燃烧、爆炸、中毒、烫伤等而造成设备损害、职业伤害和环境破坏等生产事故。为了避免介质泄漏而引发危险能量或有害物料意外释放而采取盲板隔离或上锁挂牌等有效措施进行能量隔离[10-11]。

（2）电气隔离。净化厂用电设备种类和数量多，在检修过程中受设备或人为因素的影响，直接或间接触电可能引发电击事故。在刚切断的电路中，检修设备上残存的静电未完全消除，储能设备上储存的电荷还会保留一定的时间，人若接触，就会产生电击现象；检修时的误送电操作也会导致用电设备损坏或人员伤亡。

分列装置停产后，应对用电设施进行电气隔离，即确保一旦设备关闭能源，设备即处于安全状态，预防人员不慎启动设备造成伤害或死亡。

（3）能量隔离流程。对检修流程和能量隔离的影响因素进行分析，为确保检修过程安全，结合企业标准《上锁挂牌管理规范》（Q/SY 1421—2011）、油气田公司相关规定和净化厂能量隔离实际作法，按照流程（图1）对能量进行有效隔离。

2.2.2 场地隔离

开展分列装置检修时，生产与检修作业同时进行，检修难度增大，为了保证检修安全，必须使用围栏整体或间断隔离的方法将检修场所与生产装置隔离形成警戒线，并划定检修区域、通道区域和格栅区域。在检修现场明显位置放置安全标识及检修工艺牌，并粘贴相关内容。

图1 能量隔离流程

严格准入管理，设专职人员监护，防止无关人员误入，使检修与生产互不影响。并做好应急和疏散预案，从本质上保证检修安全。

2.3 溶液和催化剂更换的立项依据

溶液和催化剂是天然气净化厂生产的必需品。包括：脱硫脱碳溶液、脱水溶剂、分子筛、催化剂等。

溶液和催化剂更换作为非常规检修项目，应明确其检修立项审查依据，实现非常规检修项目化管理。根据文献、标准、制造商产品说明书并结合净化厂实际情况调研，对溶液和催化剂的更换进行了研究和规范。

2.3.1 醇胺类脱硫脱碳溶液

原料气带入的油田化学添加剂、凝析油、腐蚀产物，溶液对系统的腐蚀产物，活性炭粉末，阻泡剂，在一定条件下会形成胶状堵塞物。溶液热降解、化学降解和氧化降解过程中会形成热稳定性盐。这些产物会造成脱硫脱碳溶液失效，引发溶液发泡、损失，再生贫液不合格，产品气和/或尾气不达标，系统腐蚀。

为了保证脱硫脱碳装置的平稳运行和更换溶液的客观性及经济性，应委托专门的脱硫脱碳溶液评价机构在溶液体系波动和检修时对溶液取样，当检测值超过表1控制指标时建议对溶液复活或者更换[12-14]。

表1 溶液检测项目控制指标

2.3.2 三甘醇脱水剂

三甘醇作为天然气脱水剂，在生产中长期使用后各种污染物、腐蚀产物及降解产物都会累积到三甘醇溶液中，会引起三甘醇有效浓度降低、加快设备腐蚀，发泡严重时引起雾沫夹带并导致三甘醇大量损失，脱水性能恶化，导致产品气不达标。

因此，在检修项目编制前委托资质单位对三甘醇脱水剂取样分析，当水露点不合格（且/或）检测项目高于表2控制指标时建议对脱水剂复活或者更换[15-17]。

2.3.3 催化剂和分子筛

（1）催化剂。目前，天然气脱硫过程中产生的酸气，工业上大多采用克劳斯工艺进行硫磺回收。随着全球对环境保护的重视程度越来越高，各个国家对硫磺回收装置尾气污染物排放的控制要求也越来越严格。因此，为满足环保要求，国内外开发出了一系列先进的硫磺回收和尾气处理工艺和技术，并在此基础上进行了配套硫磺回收催化剂的开发研究，形成了一系列硫磺回收催化剂[18-19]。现阶段用于硫磺回收和尾气处理的催化剂主要包括：常规活性氧化铝催化剂、助剂型硫磺回收催化剂、钛基硫磺回收催化剂，以及低温克劳斯催化剂、直接氧化催化剂和加氢水解催化剂等。

表2 三甘醇检测项目控制指标

表3 催化剂和分子筛检测项目

催化剂的使用寿命一般为（3～5）a。引起催化剂效率衰减而缩短其寿命的原因很多，主要有：原料中杂质的毒化作用；高温时的热作用导致比表面积减少或者引起催化剂变质；反应原料中的尘埃或反应过程中生成的碳沉积物覆盖了催化剂表面；催化剂中的有效成分在反应过程中流失；强烈的热冲击或压力起伏使催化剂颗粒破碎；反应物流体的冲刷使催化剂粉化吹失等。催化剂的寿命不仅取决于制造厂家所提出的正常操作条件范围内的保证使用期，也和净化厂实际的操作条件、使用方法有关。当硫转化率降低或尾气排放指标超过环保规定值时，就要对催化剂过筛、加装或更换。

（2）分子筛。天然气脱水分子筛一般选用3A或4A分子筛。分子筛的使用寿命一般为（5～8）a。分子筛失效的原因主要有：操作不当，脱硫脱碳溶液、重烃带入吸附塔中堵塞分子筛孔道；在开、停工过程中或操作时切换、均压、排压时天然气流速过快或压力波动引起分子筛粉化、破碎等都会造成其寿命降低。

为了保证催化剂和分子筛的使用效率并提供更换基础信息，净化厂在生产期间应对催化剂及分子筛的生产信息及工艺特性（装置处理负荷，取样位置，累计运行时间，酸气或过程气温升值及转化率，分子筛床层压降及水露点等）进行采集，形成性能考核报告，作为催化剂及分子筛性能评价的基础数据。

在停产检修期间宜委托资质单位对催化剂及分子筛进行取样分析评价[20-21]并出具评价报告，为装置的运行管理和决策提供依据。催化剂和分子筛的检测项目见表3。