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大牛地氣田天然氣回收利用現(xiàn)狀與對策

1集氣站和氣井生產(chǎn)過程中放空根據(jù)牛的氣田氣藏特征和多年滾動開發(fā)經(jīng)驗,形成了“無井流、高壓站”的標準化單井開采過程。取消了氣井井場處理設施,集中在集氣站統(tǒng)一處理,因此氣井生產(chǎn)過程中的放空也集中在集氣站發(fā)生。集氣站放空的天然氣不同于油田伴生氣回收,它具體有以下特點:①瞬時流量大。最大瞬時流量達到2000Nm②氣體含液量大,且攜帶有凝析油、甲醇等物質(zhì),需要完全回收,流程中需多級氣液分離。集氣站放空氣由于流程和壓力等級不同,分為高、中、低三級放空,放空管道均刷紅色漆。目前高壓壓力集中在4.5MPa及以上,中壓集中在3.72MPa,低壓集中在0.3MPa及以下。2火炬點火及燃燒回輸回站集氣站高中壓放空氣在站內(nèi)匯總后,由DN80放空管道,進入站外的放空火炬區(qū)。經(jīng)雙筒式分液罐分離后,氣體在火炬處點火燃燒;液體返輸回站內(nèi)經(jīng)油水計量罐后存放在油水緩沖罐。低壓放空氣經(jīng)DN25放空匯管直接進入放空火炬點火燃燒。2.1回收氣體的目集氣站放空氣回收后的用途有兩種:一是直接增壓后輸送到站內(nèi);二是加工成CNG、LNG后外銷。本文重點探討直接輸送站內(nèi)。2.2回收系統(tǒng)壓力等級高中壓放空氣經(jīng)分液罐后進入火炬,由于罐體的設計壓力為0.3MPa,因此出口處的壓力不大于0.3MPa。低壓放空氣來自于儲罐等設備,壓力均為0.3MPa。因此,放空區(qū)氣體的最高壓力為0.3MPa,即為回收系統(tǒng)工藝氣的起點壓力??紤]到回收的放空氣回注集氣站內(nèi),因此選取站內(nèi)的壓力為回收系統(tǒng)工藝氣的終點壓力。集氣站共有三個壓力等級系統(tǒng),分為進站高壓區(qū)、中壓分離外輸區(qū)和低壓儲罐區(qū)。其中,氣田集氣站進站壓力平均為7.68MPa,出站壓力分布在3.56~4.05MPa;低壓儲罐區(qū)的壓力全部為0.3MPa。結(jié)合集氣站站內(nèi)工藝流程,目前僅在外輸系統(tǒng)有一處預留閥門DN150。因此,最合理的選擇是外輸區(qū),將終點壓力選擇為3.8MPa。2.3回收系統(tǒng)的工藝設計2.3.1回收放空氣工藝選擇目前國內(nèi)天然氣回收技術共有7類,考慮到集氣站遠離城市配備有外輸系統(tǒng)且沒有低壓氣用戶,同時配備的變壓器負荷小供電能力有限,經(jīng)過比選,選擇耗電小、壓縮比高、流程簡單的壓縮機增壓工藝回收放空氣。該流程所需的分液系統(tǒng)利用集氣站放空流程工藝。2.3.2放空火炬回收技術考慮到放空氣需增壓,因此需要將氣體進行預處理,結(jié)合現(xiàn)有的工藝流程,選取在分液罐后回收放空氣為較理想的點。原因主要有:①雙筒式閃蒸分液罐可減少放空過程中天然氣攜帶游離水情況,消除氣體流速控制不當導致游離水進入放空火炬帶來的安全隱患②分液罐的設計尺寸為Φ1400×5770,滿足分離氣體中液滴直徑大于300μm的工藝設計條件③分液罐和放空火炬間安裝有阻火器,可實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的隨時切換,保證集氣站放空系統(tǒng)正常運行。④高中壓放空氣均經(jīng)分液罐進入火炬,在該點接入回收系統(tǒng)可最大程度地回收。世界上早有在火炬系統(tǒng)回收的技術。1998年Umoe工藝技術公司(UPT)開發(fā)的火炬放空氣回收技術在北海挪威海區(qū)迅速興起。Gull-faksA是第一座安裝該系統(tǒng)的平臺,每年節(jié)資近2000萬挪威克朗,平均每年可外輸0.23×108m2.3.3回注點設備的選擇高壓系統(tǒng):主要是進站閥組區(qū),壓力多在8MPa以上,且影響到全部進站生產(chǎn)單井,因此不宜設置為回注點。低壓系統(tǒng):集氣站內(nèi)低壓系統(tǒng)允許收集氣體的設備是分水包。該設備公稱直徑為600mm、高度為2930mm,最大工作壓力為0.3MPa??紤]到集氣站瞬間放空量較大,對分氣包容積要求較大,因此不宜選擇為回注點。中壓系統(tǒng):主要分布著各類生產(chǎn)與計量分離器,是集氣站生產(chǎn)的核心區(qū)域,任何一臺設備、環(huán)節(jié)停產(chǎn)都將影響全站生產(chǎn)。其中,計量分離器設計時考慮接入8口氣井,若仍有未使用的流程可作為備選方案;外輸管道上設置有預留閥門,可作為回注點。結(jié)合多數(shù)集氣站現(xiàn)場情況和大牛地氣田滾動開發(fā)模式,在外輸管道上選取預留閥門為回注點最佳。2.3.4回收中心設備的選擇放空氣含有少量的液體,壓縮比達到12.6,排氣范圍為1~5×102.4外輸流程保留回收系統(tǒng)具體工藝路線為:①放空氣體經(jīng)分離罐上部管路進入回收設備即三級往復式壓縮機;②放空氣體進入增壓機后,依次一級、二級和三級壓縮,壓力增至4.0MPa。壓縮后的氣體含液量很小,滿足外輸要求可直接輸入站內(nèi)的外輸管線;③壓縮過程中分離出的液體通過泵自動打入分離罐下部液箱內(nèi);④原火炬流程保留,僅在分液罐上部管路安裝一個截斷閥和破裂膜片作為備用。若放空氣體量較大,回收裝置來不及處理,或設備維護檢修期間,氣體通過原流程放空;⑤回收設備的啟停、各級溫度和壓力、瞬時流量、總流量、電壓電流、總功率等參數(shù)可在站內(nèi)監(jiān)控室進行監(jiān)管,可遠程操作。2.5燃燒天然氣階段天然氣是一種易燃易爆氣體,和空氣混合后,溫度達到550℃即可燃燒。天然氣爆炸范圍也很小,當濃度達到5%~15%就會爆炸。因此,回收系統(tǒng)重點需要防控三方面的風險。2.5.1回收系統(tǒng)設備選型一是根據(jù)放空量選擇合適排量的設備。理論上電機功率足夠大,便可及時抽走放空的天然氣,但會帶來設備負荷大、能耗高的問題。需要準確測算放空氣量選用合適的機型。二是回收系統(tǒng)工作時,與分離罐相連的火炬管線關閉,回收系統(tǒng)的放空氣體通常設置正常值。若超過設計值,回收系統(tǒng)關閉,火炬管線上的閥門自動或人工打開。三是選用的電器設備全部為防爆產(chǎn)品。四是電控箱與設備安裝符合防爆距離要求,并在站內(nèi)監(jiān)控室遠程監(jiān)控設備運行狀態(tài),設備有故障會及時報警,出現(xiàn)險情可及時自?;蛉斯ねC。2.5.2預防天然氣泄漏一是做好設備的安裝和防震等工作。三是安裝氣體監(jiān)測傳感器,一旦泄露及時報警。2.5.3分液罐出口管道增設破裂片一是保留系統(tǒng)中原有的阻火器。為防止在回收作業(yè)的同時低壓系統(tǒng)放空,由于放空火炬安裝自動點火裝置,因此需要保留原有的阻火器防止回火。二是在分液罐出口管道上安裝破裂膜片。一方面可阻擋回火,另一方面防止回收系統(tǒng)超壓時無法放空,作為備用。3氣站回波效果預測3.1回收能力測試方案2方案1:選擇燃氣驅(qū)往復式壓縮機組(排量1000~2000Nm方案2:選擇9K機型(排量375Nm結(jié)論:每座集氣站實現(xiàn)回收能力2000Nm3.2經(jīng)濟分析大牛地氣田目前共投產(chǎn)62座集氣站,如果能安全將放空氣回收,將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。3.2.1集氣站直接產(chǎn)量為2.14%10%以2014年統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例,平均每天的放空氣量為23.55×104m3.2.2回收放空氣的經(jīng)濟效益以2015年總放空量0.9×108m結(jié)論:每年回收50%的放空氣,在31座集氣站開展回收,可獲得經(jīng)濟效益為8346.06萬元。3.3氣田清潔生產(chǎn)效益分析①減少集氣站周邊環(huán)境和土地的污染。放空系統(tǒng)設有分液罐,但在放空過程中仍有少量的液體被帶到火炬中噴灑到周邊的土壤中。由于液體中含有甲醇(易燃有毒)、少量的凝析油(易燃)、地層水等,給周邊環(huán)境帶來影響。②減少了天然氣的燃燒

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