蘇里格氣田天然氣儲罐氮封改造方案

蘇里格氣田天然氣儲罐氮封改造方案

1凝析油儲罐火炬蘇里格氣田天然氣中含有約0.7萬噸冷凝析油。由天然氣處理廠低溫油脫水裝置分離出的凝液中,C4以下易揮發(fā)的凝析油的不穩(wěn)定組分含量約12%,詳見表1。《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》(GB50183-2004)將從天然氣分離出的烴類凝液(未穩(wěn)定凝析油)等同于液化石油氣,要求使用壓力儲罐儲存。因此,在蘇里格天然氣田已建三座處理廠的設(shè)計中,將天然氣凝液經(jīng)過穩(wěn)定處理裝置處理后,由凝液泵送入穩(wěn)定凝析油儲罐儲存。2008年冬季,蘇里格氣田第二天然氣處理廠一座500m3穩(wěn)定凝析油儲罐發(fā)生了爆炸起火事故。經(jīng)分析確認,爆炸事故是未穩(wěn)定凝析油進入了內(nèi)浮頂罐,浮盤下大量的易揮發(fā)組分導致浮盤晃動,與罐壁不斷摩擦產(chǎn)生靜電并聚集,最終閃爆。采用HYSYS計算軟件(在40℃,壓力88kPa)模擬該組分可知,進入常壓儲罐的凝析油在儲存工況下,揮發(fā)組分極易達到爆炸濃度極限(爆炸體積濃度為5%～15%),從而形成閃爆事故的發(fā)生條件。呼出的揮發(fā)氣中還含有大量重烴組分,它會沉積在罐體周圍,影響整個罐區(qū)的安全。因此,經(jīng)多方討論確定對凝析油罐實施氮封改造,在確保常壓浮頂儲罐儲存穩(wěn)定凝析油安全的同時,減少油品揮發(fā)損失,有效地保護環(huán)境。2自力式氮封減壓閥及阻壓閥原設(shè)計的內(nèi)浮頂罐在罐壁設(shè)有四個通氣窗,在罐頂中央安裝有一個DN300通氣罩,本次改造首先將罐壁四個通氣窗封堵,變成為“內(nèi)浮頂拱頂罐”,再利用罐頂通氣口完成氮封系統(tǒng)改造,系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。此改造方案儲罐不需動火,罐頂配管在安全區(qū)預制,現(xiàn)場組配,免去了清罐作業(yè),從而降低了罐區(qū)作業(yè)的安全風險,節(jié)省施工費用。儲罐原設(shè)計壓力:負壓為-0.49kPa、正壓為2.0kPa。儲罐在運行期間,因大、小呼吸會產(chǎn)生罐內(nèi)壓力變化,因此,氮封的關(guān)鍵工藝是通過儲罐呼、吸氣閥隨儲罐氣相壓力的變化,自動開啟和關(guān)閉來控制儲罐氣相空間氮封氣壓力,使之穩(wěn)定在安全設(shè)定壓力范圍內(nèi),達到隔氧保護儲罐的目的。儲罐氮封工作機理已有多篇文章報道,這里不再重述。為確保儲罐安全和對氮封工況下儲罐運行壓力的監(jiān)視,設(shè)置了壓力在線顯示和變送報警儀表。在自力式氮封減壓閥前安裝壓力表顯示氮氣源壓力,在氮封閥后和儲罐頂安裝微壓壓力表顯示儲罐運行壓力,微壓壓力表量程為-1kPa～2kPa。在罐頂設(shè)置儲罐壓力變送器,將儲罐壓力遠傳至中控室,設(shè)置高低壓報警:低報值-0.30kPa,高報值1.0kPa,高高報值1.20kPa。3獨立閥的選擇3.1吸氣閥自助式減壓壓力閥選用美國KIMRAY自力式調(diào)壓閥,通過一級調(diào)壓閥整定閥后大罐壓力穩(wěn)定在0.5kPa±10%(50±10%mmH20)。3.2固定罐和壓力閥組成的轉(zhuǎn)變國內(nèi)見諸報道的氮封工程實例均使用呼吸閥作為氮封儲罐出氣設(shè)備,但呼吸閥為機械結(jié)構(gòu),存在失靈而損壞儲罐的風險。如:1984年某石化公司長征化工廠二甲苯儲罐因呼吸閥凍結(jié)罐底爆裂;1989年揚子石化12000m3歧化進料罐(拱頂罐)爆裂,查明原因為呼吸閥卡死。因此,現(xiàn)在的通行做法是“固定頂罐”在安裝呼吸閥的同時要安裝液壓安全閥。鑒于此,本方案推薦用美國KIMRAY基地式散放閥作為儲罐呼氣閥,設(shè)定閥前壓力(即儲罐壓力)1kPa±10%,(100±10%mmH20)。該閥的運行動力儀表風源取自氮氣來氣管路,經(jīng)專用儀表風減壓閥減壓到70kPa～100kPa。由于動力氣源壓力遠大于普通呼吸閥壓力(不足2kPa),克服了呼吸閥冬季結(jié)霜凍死的問題,大大提高了可靠性。3.3事故泄壓設(shè)備設(shè)計規(guī)范要求,“采用氣體密封的固定頂罐,還應(yīng)設(shè)置事故泄壓設(shè)備”,多個資料介紹用全天候呼吸閥作為罐頂呼氣裝置。但是通過前述事實知道呼吸閥并不安全。因此,本方案選擇液壓安全閥作為事故泄壓設(shè)備,開啟壓力設(shè)為負壓-0.30kPa、正壓1.20kPa。液壓安全閥下部安裝阻火器。液壓安全閥除應(yīng)滿足《石油儲罐液壓安全閥》(SY/T0525.1-93)要求外,液封高度建議按所選油密度按資料“儲罐液壓安全閥液封高度計算”所給出的計算式校核。4小呼吸及內(nèi)浮頂罐設(shè)計規(guī)范給出了“固定頂罐”呼吸閥通氣量的計算方法,但沒有說明有“內(nèi)浮頂”或采取氮封儲罐通氣量要如何考慮。在制定方案的過程中多人認為,該條文不適用于改造后的氮封“內(nèi)浮頂拱頂罐”,認為內(nèi)浮頂罐的油氣損耗遠小于“固定頂罐”,那么改造后的“內(nèi)浮頂拱頂罐”吸氣量就不能等同于規(guī)范所述的“固定頂罐”。但是,通過以下論述可知,出于儲罐保護目的而考慮的小呼吸氣量,差別不大。最終確認通氣量應(yīng)當按規(guī)范執(zhí)行。大呼吸,指因進、出液引起的呼吸,呼吸氣量與儲罐形式無關(guān);小呼吸,指由于環(huán)境溫度的變化,引起的充滿儲罐氣相空間的油品(或甲醇)蒸汽溫升膨脹(呼氣),或遇冷凝結(jié)(吸氣)?！肮潭敼蕖迸c改造后的“內(nèi)浮頂拱頂罐”的區(qū)別在于與氣相接觸的液體蒸發(fā)面積不同,前者是后者的幾百倍,影響的是形成飽和氣相分壓的時間長短。顯然在同樣的時間段內(nèi),在相同的環(huán)境溫度變化的情況下,設(shè)有內(nèi)浮頂?shù)膬拗杏推?或甲醇)的蒸發(fā)損失總量要小很多;而在同樣達到飽和分壓的情況下,外界條件同樣時,一次呼、吸氣量是一樣的。因此,雖然是兩種形式的儲罐,但出于儲罐保護目的的小呼吸量應(yīng)當同樣對待。采取氮封與沒氮封的鋼制拱頂罐其差別主要在安全方面。由于空氣密度(1.29kg/m3)比氮氣密度(1.25kg/m3)大,油品(或甲醇)在氮封罐內(nèi)飽和分壓略高于沒氮封的罐約3%,可以忽略。因此,出于儲罐保