天然气净化装置进出站关断应急处置分析

折红艳 白明 白杨

摘 要：为了提高装置的运行效率，提高设备利用率，对净化厂进出站阀门异常关断和打开、放空泄压现状及对上游管道的影响进行分析研究。利用理想气体方程，计算了进出站关断情况下的应急处置时间，对放空系统进行分析研究，有效解决了装置放空存在的问题。这样员工在事故状态下能及时、准确的应急处置，提高了职工应急处置能力。

关键词：天然气;应急处置;时间问题

1 概述

天然气具有易燃易爆等危险，天然气净化装置安装有ESD系统，当所检测的过程变量超过其安全限定值时，ESD系统立即对生产设备进行操作，也就是对生产设备实施自动关断，力争将生产过程设置成安全的状态，使发生恶性事故的可能性降到最低[1]。为了保障天然气的安全运输，巡线大队承担着天然气管道的巡检工作，净化厂的进出站、放空阀门异常关断、打开，同时气井不能及时关井，若不及时、有效的处置，将造成严重后果;阀门关断后压力会迅速上涨，放空量过大会造成放空设备超负荷，造成上游管道压力过大。

2 进出站关断分析

2.1 天然气压缩因子Z

在高压、低温下，任何气体理想状态方程都会出现明显的偏差，而且压力越高，温度越低，这种偏差就越大，因而需要引入一个压缩校正因子Z来修正气体的状态方程，如式（1）所示[4]。而天然气偏差因子（Z）是油气藏工程、天然气化工等领域常用的重要参数，它表征了某一温度、压力条件下相同数量真实气体与理想气体体积的比值，通常又称压缩因子或偏差系数[2]。确定偏差因子的方法主要有3类，即：实验测量法、图版法（查表法）和计算法，本次计算应用Standing-Katz的Z系数图法：通过对比温度值Tr和对比压力值Pr，即查得偏差系数Z。

应用Standing-Katz的Z系数图法：通过对比温度值Tr和对比压力值Pr，即可查得，偏差系数Z;对比温度Tr是绝对温度T与拟临界温度Tpc之比，Pr对比压力是绝对压力P与拟临界压力Ppc之比[3]。按照15℃计算，对比温度Tr=1.511可查得到，在5Mpa下，对比压力Pr=1.086，Z=0.86;在5.5Mpa下，对比压力Pr=1.194，Z=0.84。

2.2 应急处置时间

进站阀门突然关断采气大队管网压力上涨，出站阀门突然关断，采气大队和净化厂管网压力同时上涨。阀门切断后，装置从正常运行压力上涨至压力高报，所用的时间即为应急处置时间[1]，如式（2）所示。

利用公式（2），按照净化厂管容量和集气干线管容量（采气大队），可得到天然气总容量V，Q为按装置正常运行流量，V1为5.5Mpa下天然气容量，V2为5Mpa下天然气容量，可计算得到压力上涨时间。

利用公式（1），按照在常压0.1Mpa下，估算出净化厂装置容量为231.04m3，可计算得到：在压力为5Mpa下，净化厂装置天然气容量為1.3430×104m3;在压力为5.5Mpa下，净化厂装置天然气容量为1.5125×104m3。

按照在常压0.1Mpa下，估算出集气干线管容量为65328m3，在5Mpa下，集气干线天然气管容量为37.9813×104m3;在55Mpa下，集气干线天然气管容量为42.7742×104m3。

根据公式（2），进站阀门关断的情况下，可计算得到天然气瞬时流量从6×104m3/h至12×104m3/h的情况下，压力从5Mpa涨至5.5Mpa变化的应急处置时间，可得到应急处置时间曲线见图1。

出站阀门关断的情况下，可计算得到天然气瞬时流量从6×104m3/h至12×104m3/h的情况下，压力从5Mpa涨至55Mpa变化的应急处置时间，可得到应急处置时间曲线见图2。

从图1和图2，可以看出在进出站关断的情况下，应急处置时间随着瞬时流量的增大而逐渐变小。在进出站关断的情况下，该段时间内如何进行应急处置，首先要进行ESD复位、现场复位、DCS重新打开，若果还是不能打开就切换成手动模式打开。

3 放空泄压分析

净化厂高架火炬设计最大放空量为150×104m3/d，放空系统主要有以下四种放空工况：安全阀超压放空、手动放空、ESD紧急放空、调压放空。

3.1 安全阀超压放空

情况说明：根据规范GB-150要求，为防止压力容器和管道因操作故障等造成设备内气体压力超过设计压力而发生爆炸事故，设置安全阀，超压自动起跳放空，都满足放空要求。

3.2 手动放空

情况说明：集气管道需要泄压时，进站紧急切断阀关闭，手动开启FJ20101进行管道泄压，根据需要控制操作阀开度，满足放空要求。

3.3 ESD紧急放空

情况说明：当遇到停电、停风、火灾等事故时若触发一级联锁，出站阀门ESDV20401自动关闭，BDV20402将自动打开放空。其后有两块限流孔板，设计最大放空量235×104m3/d，不满足放空要求，所以重新核算放空量，更换该阀门后限流孔板。

3.4 调压放空

情况说明：外输天然气出口压力（PIT20401）调节，设定压力值为5.15Mpa，当压力开高至5.4Mpa时，PIT20401控制打开调节阀PV20402泄放，也可手动调节阀门开度泄放。管道规格DN200其后无限流孔板，全开后设计最大放空量为336×104m3/d;且放空调节阀PV20402为风关阀，停风时自动打开，DCS系统故障、UPS失电也会导致该阀门自动打开放空泄压，不能满足需要。

净化厂天然气净化装置，放空量过大可能造成下游放空分液罐人孔、法兰连接处泄露，火炬塔架、管线承压不足等情况发生安全事故。所以，经过分析研究，形成两种解决措施：一是关小前闸阀，将放空调节阀PV-20402前闸阀开度关闭85%～90%，需要放空时根据实际压力上涨情况缓慢打开PV-20402放空，每次开度不大于2%，防止放空量过大发生事故。若系统压力过高，视情况缓慢打开PV-20402前闸阀进行泄压放空。当压力恢复正常后，在将PV-20402前闸阀开度关闭85%-90%。二是更换放空调压阀PV-20402，改变该阀门故障状态，更改为风开阀。重新选型，将该阀门更换为保位阀。

4 结论

通过对进出站异常关断的情况下，计算得到在5Mpa下，集气干线天然气管容量：37.9813×104m3，净化厂装置天然气容量1.3430×104m3;在5.5Mpa下，集气干线天然气管容量：42.7742×104m3，净化厂装置天然气容量1.5125×104m3。应急处置时间随着瞬时流量的增大而逐渐变小，在9×104m3/h的情况下，进站阀门关断的情况下，估算出应急处置时间大约为32分钟，出站阀门关断的情况下，估算出应急处置时间大约为33.1分钟。

通过对放空泄压现状及对上游管道的影响进行分析研究，解决了装置放空存在的问题，这样员工在事故状态下能及时、准确地应急处置，提高了职工应急处置能力。

参考文献：

[1]天然气净化操作[M].北京：石油工业出版社，2011：435-439.

[2]张立侠，郭春秋.天然气偏差因子计算新方法[J].石油与天然气化工，2018，08.

[3]谢莉莉，刘劲松.天然气压缩因子的分析及其计算[J].上海计量测试，2011，05.

[4]周斯雅.天然气净化厂超压自动放空系统优化[J].石油化工自动化，2017，08.

作者简介：折红艳（1989— ），女，汉族，陕西子长人，硕士，工程师，研究方向：天然气净化。