天然氣工程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題分析

1、26 第 19卷 第 3期 石 油 規(guī) 劃 設(shè) 計(jì) 2008年 5月* 李士富,男,1938年生,教授級(jí)高級(jí)工程師。1964年畢業(yè)于東北石油學(xué)院煉制系油氣加工專業(yè),退休前為滇黔桂石油勘探局總工程師。2000年受聘 于西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司任高級(jí)顧問(wèn)至今。通信地址:陜西西安市長(zhǎng)慶興隆園小區(qū)設(shè)計(jì)院,710021天然氣工程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題分析李士富* 藺亞梅李 強(qiáng)西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院李 士 富 等. 天 然 氣 工 程 設(shè) 計(jì) 中 存 在 的 問(wèn) 題 分 析. 石 油 規(guī) 劃 設(shè) 計(jì) , 2008, 19(3 :2628摘要 通過(guò)對(duì)油田天然氣工程設(shè)計(jì)中

2、存在的問(wèn)題進(jìn)行分析,提出了改進(jìn)的要點(diǎn):一是針對(duì)甲 方提供的工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料不準(zhǔn)而造成的設(shè)計(jì)失誤,在設(shè)計(jì)中要加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)資料的核實(shí);二是針 對(duì)工藝流程選擇錯(cuò)誤而造成的設(shè)計(jì)失誤, 強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行多方案比選, 最后確定最優(yōu)方案。 文章特別對(duì)設(shè)計(jì)人員不計(jì)算就設(shè)計(jì)所造成的危害進(jìn)行了分析,同時(shí)明確提出要先計(jì)算后設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞 油氣田 天然氣 地面工程 設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)資料 工藝選擇 參數(shù)計(jì)算 問(wèn)題分析隨著我國(guó)天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展, 天然氣工程 設(shè)計(jì)越來(lái)越多,對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。對(duì) 天然氣工程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析, 以避免同 樣錯(cuò)誤的出現(xiàn),對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量是十分必要的?，F(xiàn) 就天然氣工程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題

3、,談一談筆者的 看法。1 對(duì)基礎(chǔ)資料存在問(wèn)題的分析基礎(chǔ)資料是設(shè)計(jì)的依據(jù),一定要引起重視。由 于資料不準(zhǔn)造成質(zhì)量事故的例子不少,如在設(shè)計(jì)長(zhǎng) 慶油田靖邊天然氣第一凈化廠時(shí),提供的資料中, H 2S 為 0.033%(mol ,CO 2為 3.025%(mol ,根據(jù) 此數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的溶劑循環(huán)量為 25t/h。在投入運(yùn)行后, 由于 CO 2含量平均約為 4.60%,造成 5套 200×104m 3/d裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品 CO 2含量不合格。因此,被迫另建一套 400×104m 3/d深度脫出 CO 2的裝置,使 投資成本大幅上升。因此,在設(shè)計(jì)中要加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ) 資料的核實(shí)。2 對(duì)工藝流程選擇

4、存在問(wèn)題的分析工藝流程設(shè)計(jì)最重要的是選擇工藝方案。先進(jìn)合理的工藝流程不僅可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,展示設(shè)計(jì) 水平, 而且可以創(chuàng)造好的經(jīng)濟(jì)效益。 如果選擇錯(cuò)誤, 結(jié)果必然相反。如長(zhǎng)慶油田西一聯(lián)合站輕烴回收裝置設(shè)計(jì)是在 福山油田輕烴回收裝置投產(chǎn)以后設(shè)計(jì)的,應(yīng)該采用 先進(jìn)的冷油吸收工藝,但在設(shè)計(jì)時(shí)卻選擇了壓縮淺 冷流程,C 3收率只有 60%70%。如果選用冷油吸 收流程,C 3收率可達(dá) 90%以上,不僅液化氣產(chǎn)量可 以大幅度提高,而且放空氣量也會(huì)大大減少,既可 節(jié)約能源,又可提高經(jīng)濟(jì)效益。因此,在選擇工藝 流程時(shí)一定要慎重,要進(jìn)行多方案比選,最后確定 最佳方案。3 對(duì)工藝計(jì)算存在問(wèn)題的分析工藝計(jì)算是工程設(shè)

5、計(jì)的靈魂。設(shè)計(jì)人員必須充 分利用設(shè)計(jì)軟件,做到不計(jì)算不設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)技術(shù) 為我們提供了非常方便的工具,但部分設(shè)計(jì)人員未 經(jīng)計(jì)算,用計(jì)算機(jī)將過(guò)去的設(shè)計(jì)參數(shù)照抄照搬,造 成錯(cuò)誤百出?，F(xiàn)舉幾個(gè)由于不計(jì)算或計(jì)算錯(cuò)誤造成 或險(xiǎn)些造成重大設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的例子。第 19卷 第 3期 石 油 規(guī) 劃 設(shè) 計(jì) 273.1 長(zhǎng)慶油田靖邊第二天然氣凈化廠設(shè)計(jì)靖邊第二天然氣凈化廠是由西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司總承包,2006年被評(píng)為國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程銅質(zhì)獎(jiǎng)的項(xiàng)目。設(shè)計(jì)規(guī)模為 2套 400×104m 3/d天然氣脫硫、脫碳、脫水裝置。為了保證工程質(zhì)量,西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司組成設(shè)計(jì)監(jiān)理小組,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行監(jiān)理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)

6、一些重大設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤都是由于沒有計(jì)算造成的,險(xiǎn)些造成不可挽回的惡果。3.1.1 對(duì)脫硫裝置脫硫塔塔徑設(shè)計(jì)問(wèn)題分析 吸 收 塔 原 設(shè) 計(jì) 尺 寸 為 2400mm/3000mm ×20500mm×70/90mm,共 18層浮閥塔盤,塔盤間距 為 600mm,塔盤為單溢流。為了滿足 MDEA 在塔底 停留時(shí)間在 4min 以上的要求,塔的下部設(shè)計(jì)成 3000mm、壁厚達(dá) 90mm。由于塔徑存在變化,導(dǎo) 致加工制造困難, 造價(jià)提高。 監(jiān)理方經(jīng)計(jì)算后提出, 保證富液在塔內(nèi)停留時(shí)間 4min 以上, 僅需適當(dāng)增加 2400mm 部分的塔高即可,只是增加了液面管長(zhǎng) 度,可大幅節(jié)

7、約投資。設(shè)計(jì)方經(jīng)研究,同意將塔底 3000mm 改為 2400mm。3.1.2 對(duì)脫水裝置脫水塔塔徑設(shè)計(jì)問(wèn)題設(shè) 計(jì) 方 提 供 的 脫 水 塔 尺 寸 為 2400mm ×14200mm×55mm,共 10層泡罩塔盤,塔盤間距為 600mm。根據(jù)監(jiān)理方計(jì)算,塔徑取 2200mm 已綽綽有 余。 按 天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范 (SY/Y007693 表 C.0.2-2吸 收 塔 最 大 氣 體 流 率 推 薦 值 計(jì) 算 , 塔 徑 2200mm 時(shí)最大氣體流率可達(dá) 418×104m 3/d,故塔 徑降為 2200mm 是有充分根據(jù)的。按板式塔設(shè)計(jì)規(guī)定,液體在降液管中的停

8、留時(shí) 間35s即可滿足要求,而初步設(shè)計(jì)的液體在 降液管停留時(shí)間多達(dá) 230s。按照氣田天然氣凈化 廠設(shè)計(jì)規(guī)范 (SY/T001196第 5.1.4條“依照計(jì) 算結(jié)果,按設(shè)備系列中相應(yīng)的規(guī)格選取,不再增加 裕 量 。 ” 本 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 塔 徑 為 2020mm , 也 應(yīng) 選 2200mm 為合適,選 2400mm 顯然偏大。塔徑增 大部分的面積都被降液管占去,毫無(wú)意義。3.1.3 降液板與下層塔盤的間距 50mm 太小壓力為 5.5MPa 的 2400mm×25070mm MDEA 吸收塔, 設(shè)計(jì)的溶劑循環(huán)量 135m 3/h, 而降液板與下 層塔盤的間距 =oh 50mm 太

9、小(見圖 1 。如果按=oh 50mm 設(shè)計(jì),盡管塔直徑 2400mm,但實(shí)際處 理能力也還達(dá)不到 200×104m 3/d。按設(shè)計(jì)規(guī)模 400×104m 3/d運(yùn)行時(shí),因?yàn)槿芤和ㄟ^(guò)量太小,CO 2吸收 量不足,造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格。此外,壓力為 0.27MPa 的 2200mm/3000mm ×27454mm MDEA再生塔也犯了同樣錯(cuò)誤,富液進(jìn) 料口以下的降液板與下層塔盤間距 =oh 50mm 太小。 MDEA 再生塔液相負(fù)荷達(dá) 152m 3/h, 比脫硫塔負(fù)荷還大,而塔徑卻比脫硫塔小,因此, =oh 50mm 遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不能滿足需要,監(jiān)理方要求修改設(shè)計(jì)。經(jīng)核算后,

10、 MDEA 吸收塔降液板與下層塔盤距離由 50mm 改為 100mm,MDEA 再生塔由 50mm 改為 125mm。當(dāng)時(shí) 設(shè)計(jì)圖紙經(jīng)三級(jí)簽署后,已發(fā)給施工單位。由于監(jiān) 理方事先做了塔盤工藝計(jì)算, 因此能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。 其原因是設(shè)計(jì)人員根本沒有計(jì)算,只是照搬第一凈 化廠的設(shè)計(jì)參數(shù) 50mm。第一凈化廠溶劑循環(huán)量是 25m 3/h, 而 第 二 凈 化 廠 溶 劑 循 環(huán) 量 高 達(dá) 135 152m 3/h,單套裝置處理量為 400×104m 3/d負(fù)荷比第 一凈化廠大 1倍,溶劑循環(huán)量比第一凈化廠大 67倍。第一凈化廠的設(shè)計(jì)除了工藝流程之外,對(duì)第二 凈化廠的設(shè)計(jì)無(wú)任何參考價(jià)值。所以

11、,在設(shè)計(jì)上不 能照抄照搬, 一定要自己計(jì)算, 否則就要出大問(wèn)題。 如果監(jiān)理方也不計(jì)算,當(dāng)裝置建成投產(chǎn)時(shí)處理量只 能達(dá)到設(shè)計(jì)的一半,將給國(guó)家造成重大的損失。其 后果是:2個(gè)吸收塔、 2個(gè)再生塔的塔盤要全部更換, 支撐圈、降液板,也要重新更換,2具吸收塔還要 重新進(jìn)行整體熱處理,整個(gè)工程投產(chǎn)至少影響 2個(gè) 月,除浪費(fèi)巨額投資外,還要少生產(chǎn)天然氣 4.8×108m 3。此外, 對(duì) MEDA 閃蒸塔的閃蒸汽量只有 79kg/h, 而設(shè)計(jì)的溶劑循環(huán)量達(dá) 10m 3/h, 塔徑達(dá) 500mm 都太 大,監(jiān)理方也提出了意見。設(shè)計(jì)方在施工圖設(shè)計(jì)時(shí) 將塔徑改為 377mm。3.2 對(duì)福山油田輕烴回收裝

12、置設(shè)計(jì)問(wèn)題分析福山油田輕烴回收裝置設(shè)計(jì),首次采用以裝置 自產(chǎn)穩(wěn)定輕油為吸收劑的冷油吸收工藝,開創(chuàng)了輕 油回收新工藝,但也還存在一些問(wèn)題。如加熱爐對(duì) 流室過(guò)熱氣爐管設(shè)計(jì)加熱面積不夠,開工后溫度達(dá) 不到要求,設(shè)計(jì)出口 350,實(shí)際只能達(dá)到 200。 出口堰降液管受液盤塔盤圖 1 塔盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖28李士富等:天然氣工程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題分析 2008年 5月又如容-2到分子篩脫水器的管線口徑設(shè)計(jì)小了, 造 成蹩壓,給操作帶來(lái)不便。這里必須注意,在設(shè)計(jì) 中,管道設(shè)計(jì)往往被忽略,不進(jìn)行管徑計(jì)算也會(huì)出 問(wèn)題。3.3 對(duì)杏河輕烴回收裝置設(shè)計(jì)問(wèn)題分析吸收劑泵流量不好,影響正常運(yùn)轉(zhuǎn),其原因:一是泵的選型有問(wèn)題;二是

13、回流罐安裝太低。經(jīng)調(diào) 查,設(shè)計(jì)失誤也是由于設(shè)計(jì)人員沒有計(jì)算。對(duì)容易 氣化的輕烴在用泵抽吸時(shí),回流罐一定要架高,使 泵有足夠的壓頭。另外,管徑也要適當(dāng)放大,避免 產(chǎn)生氣蝕。4 對(duì)設(shè)備選型中存在問(wèn)題的分析如果設(shè)備是工程的心臟,那么管道就是血管。 設(shè)備選型不僅牽涉能耗問(wèn)題, 而且影響生產(chǎn)。 因此, 設(shè)備選型一定要十分小心。如榆林天然氣處理廠的 丙烷壓縮機(jī)選型過(guò)大,在標(biāo)定時(shí),處理量提到設(shè)計(jì) 值 600×104m 3/d,實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷只有 19%22%, 不僅投資增加,又由于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),給操作也帶來(lái) 一定的困難。因此,設(shè)備選型留有一定的余地是必 要的,但不能過(guò)大。5 對(duì)工藝安裝存在問(wèn)題的分析工

14、藝安裝不僅要美觀,還要操作方便、安全, 因此對(duì)管道安裝要精心設(shè)計(jì)。對(duì)壓縮機(jī)出口管道的 安裝設(shè)計(jì)要特別注意,否則會(huì)引起震動(dòng)。如王南輕 烴回收裝置的壓縮機(jī)出口管道,設(shè)計(jì)時(shí)未作應(yīng)力分 析,支撐也不合格,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)偏小(一般基礎(chǔ)質(zhì)量 為設(shè)備質(zhì)量的 35倍 ,結(jié)果震動(dòng)十分厲害。由于 管道和基礎(chǔ)共振,不得不停產(chǎn)整改。另外,導(dǎo)熱油 爐煙囪太低, 又與導(dǎo)熱油的平衡罐很近, 存在危險(xiǎn)。 導(dǎo)熱油設(shè)備是成套供應(yīng)的,一般煙囪很低。由于導(dǎo) 熱油的閃點(diǎn)很高,如果不加分析會(huì)認(rèn)為沒有問(wèn)題。 導(dǎo)熱油加熱的是塔底的輕烴,而塔的壓力比導(dǎo)熱油 的壓力高得多,一旦加熱盤管泄漏,輕烴就會(huì)隨導(dǎo) 熱油跑到平衡罐去。煙囪過(guò)近,很容易引起火災(zāi)。

15、導(dǎo)熱油的應(yīng)用越來(lái)越多,設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)此要引起足夠的 重視。另外對(duì)支架設(shè)計(jì)也要重視,特別是壓縮機(jī)出口 易震動(dòng)的管道,一定要做好固定。6 對(duì)氣體置換存在問(wèn)題的分析天然氣設(shè)計(jì)中氣體置換很重要,因?yàn)椴徽J(rèn)真置 換造成的事故很多。例如,馬嶺油田中區(qū)集中處理 站原油穩(wěn)定及氣體處理裝置,在投產(chǎn)幾年后,因原 料氣罐腐蝕嚴(yán)重更換成新罐。由于在新罐投產(chǎn)時(shí)未 認(rèn)真進(jìn)行氣體置換,加之管道中有氧化亞鐵,在開 工時(shí)引起爆炸,將原料氣罐炸得粉碎,整個(gè)裝置停 產(chǎn)報(bào)廢。特別需要強(qiáng)調(diào)的是,石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火 規(guī)范(GB501832004是進(jìn)行石油天然工程設(shè)計(jì) 的法律性文件,必須嚴(yán)格遵守,要一絲不茍!收稿日期:2007-11-08 編輯 :馬三佳(上接第 23頁(yè)在馬坊插輸站設(shè)插輸泵,同時(shí)啟動(dòng)油房莊輸油 站的輸油泵可以在不降低