撬装式CNG卸气装置在放空气回收中的应用

杨进荣 张跃 吴斌强 宋煜 朱海明

（中国石油天然气股份有限公司浙江油田分公司）

1 背景介绍

随着我国能源结构的变化和环保力度的不断加大，对清洁能源的需求量越来越大，天然气资源开发和利用得到迅速发展。在天然气勘探开发中，探井评价井相对较分散距离较远，并且受地形限制，输气管道短期内无法铺设到位，在探井评价井试气和产能评估过程中天然气点火放空，造成天然气能源资源浪费，小型撬装式装置可以发挥其便于运输、安装施工简单、灵活机动等特点，在开发页岩气探井、边远零散井、石油伴生气及煤层气等气源回收中得到广泛应用，油气田放空气回收利用技术[1-4]需要根据现场实际进行不断改进和完善。王航等分析了压缩天然气（CNG）撬装减压站在偏远乡镇供气的典型应用[5]，CNG撬装减压站不仅可以较好地解决中小城镇和中小城市的主要气源问题，而且兼顾工业用户的安全供气需求。CNG回收和减压工艺相对成熟，撬装设备造价低、建设快、经济效益明显[6-10]。

撬装式CNG卸气装置是为配合该区块页岩气放空气回收，配天然气CNG装置和槽车使用，主要解决了当地CNG下游用户少、销售困难的问题，有效的提升了放空气回收量，减少了资源浪费。CNG装置将井口页岩气放空气净化、压缩后进入槽车存储，运输至就近的天然气外输集气站或液化天然气（LNG）站后，接入撬装式CNG卸气装置，经过多级换热、调压后进入输气管网外输，或者进入LNG工厂生产流程。

2 撬装式CNG卸气装置工艺流程与设计

2.1 工艺流程设计

1）该装置气源由CNG槽车供气，两台CNG槽车交替供气，供气压力1～20MPa，最大供气量2000m3/h，通过软管与装置连接。用户侧需求供气压力4.5MPa，瞬时流量200～2000m3/h(标况)，供气温度常温20℃左右，气源质量满足国标一类天然气质量技术指标要求，如表1所示。

表1 天然气质量技术指标

2）该装置设计实现的基本功能为天然气减压功能、天然气加热功能、天然气紧急切断、天然气泄露报警、超压放散、超压切断、天然气计量。

3）该撬装式CNG卸气装置设计由过滤器、减压阀、电加热复热器、紧急截断阀及超压放空保护设备等构成。自CNG槽车输送来的高压天然气经过高压球阀控制，首先进入过滤器过滤，之后经过ESD紧急切断阀进入电加热复热器加热至40～60℃，通过自力式调压阀减压到工作压力4.5MPa左右，经过计量流量计后进入LNG生产流程。CNG减压撬工艺流程图如图1所示。

图1 CNG减压撬工艺流程

2.2 减压阀选择与设计

1）天然气减压阀是该撬装装置核心设备，原则上采用两路配置，一用一备。根据用户压力需求，选择采用一级或两级调压方式。该装置采用自力式调压阀，一级减压方式。该阀由气动薄膜阀、指挥器、压力调节器等部分组成，进口压力可达28MPa，出口压力0.86～10MPa范围内可调。自力式减压阀结构如图2所示。

图2 自力式减压阀结构

2）该系列调压阀为整体机械式结构，尽量避免中间环节，以防由于电控部分的不稳定造成调节阀工作失灵。调节阀的工作是由指挥器的压力控制，随着上游压力的不断降低，调节阀后的压力也随之变化，当调节阀后的压力降低时，指挥器工作使调节阀的开启度响应的开大，以保证有足够量的天然气通过，反之，则调节阀开启度自动减小，确保调压后的天然气压力在设定范围之内。

2.3 复热器选择与设计

井口采集的天然气中含水量较大，一般情况下CNG脱水深度不够或未经过脱水处理，会携带一定量水份。高压压缩天然气经过减压阀节流降压后，天然气温度会下降到零度以下，天然气中的水在一定压力、温度条件下，会形成天然气水合物，从而阻塞输气管道、阀门和加工处理设备等，因此必须给天然气加热升温以防止冻堵。

该方案中采用电加热复热器，结构包括箱体、气路组件、发热元件、控制组件，以水或防冻液为热传媒，配套先进水温自动控制系统，对高压天然气进行加热。

1）技术参数。工作压力：0.8～40MPa；汽化量：5～2000m3/h；工作温度：55～75℃。

2）技术特点。可连续长时间工作，汽化量稳定；出口温度为常温或按照用户要求设定；采用优质低温专用不锈钢换热管，优化设计，结构紧凑，使用寿命长；能量损耗低，热交换效率高，节能环保。

2.4 超压保护单元设计

为防止高压天然气进入后续生产流程，造成安全事故。该方案设计超压保护单元，主要由超压紧急切断和安全放散安全阀构成。

超压紧急切断部分由压力变送器、压力控制器和ESD紧急切断阀组成。根据用户要求对压力控制器压力进行设置，当出口压力大于设定压力时，ESD紧急切断阀切断高压气源。当现场出现其他异常情况时，也可以通过控制柜上手动急停按钮，控制ESD切断阀切断高压气源。当出口压力高于安全阀设定压力时，安全阀开启放散泄压。

1）紧急切断阀。为保护下游设备和管道，在压缩天然气进口设置ESD紧急切断阀。紧急切断阀选用国内名牌产品，控制气源采用压缩空气或氮气。紧急切断阀可联锁调压后压力超限、天然气出口超压、循环水出水超温、燃气泄露报警等信号。

2）放散安全阀。安全阀采用全启式，安全阀由主阀和外部的导阀组成，当主阀开启时，不允许有气体流经导阀。安全阀有设定值调节装置，使安全阀的设定值可以调节。当安全阀达到设定值时应能迅速起跳泄放压力，安全阀起跳压力和设定值之间的误差不超过3%，当管线压力回落至最大操作压力，安全阀自动关闭。

3 现场应用效果

该案例撬装式CNG卸气装置自2021年4月投产至今，设备基本保持正常运行，未发生故障，并能达到设计气量满负荷运行。装置持续为一座LNG工厂供气，平均每天可卸气CNG7～8车，供气压力可以稳定在4.0～5.0MPa，供气温度5～20℃，回收气量3.5～4.0m3/d，每天直接经济效益4～5万元/套。

现场应用注意事项如下：

1）每次使用前，应检查控制保护单元各仪表和指示灯显示正常，复热器温度、仪表空气压力等参数正常，工艺流程及阀门位置正常。

2）检查正常后，打开卸气阀门，CNG减压撬设备投入使用。

3）卸气过程中，需定时巡检设备运行情况，观察记录压力、温度、流量等仪表参数，以及设备噪声、动静结合点密封情况等，判断设备时候运行正常。

4）当出现异常工况时，当出现系统超压、燃气泄露的等情况时，会自动触发报警或联锁，紧急切断阀动作切断进气。

5）正常停机时，关闭卸气阀、进气阀，以及工艺要求相关辅助设备。

6）定期开闭阀门，加注润滑油脂，检查阀门开合灵活性。

7）定期对仪表、可燃气体监测器和联锁保护系统进行检定和试验，确保数据准确，保护动作可靠。

4 结论

该CNG卸气装置采用撬装化设计，具备撬装式装置集成度高、投资少、建设周期短的优势，可有效解决当地偏远井较多，放空气回收CNG产能过剩的问题，减少天然气勘探开发试采过程中的天然气资源放空浪费，也可安装于集气站流程，将放空气回收后经过减压后进入集气站并入输气管网。在减少碳排放、促进实现“双碳”目标的同时，该套CNG卸气装置创造了较大的经济效益和较好的社会效益，下步将继续加大在偏远井零散气回收及天然气外输方式转化中推广应用。