高含硫天然气集输管网的技术经济研究

* 065000, 河北省廊坊市金光道 51 号 ; 电话 : ( 0316) 2175964。
气干线均需采用伴热保温输送, 施工难度较大, 集气 干线沿线要设置注醇或加热泵站; 站址选择受地理 条件制约, 难度较大; 集输管网内存在气水混输的两 相流态, 沿 程阻力增加; 站场和管道的 设计压力增 加 , 使管材和设备费用相对增加 ; 气田开发后期需增 压输送 , 压缩机只能设在井场对每口井单独增压 , 不 能集中使用。 2、 干气与湿气输送工艺的比较 干气输送工艺的优点是, 不需采用伴热保温输 送 , 管外径较小 , 埋深也无特殊要求, 线路施工难度 较小; 线路压损较小 , 在地形起伏地区, 压损远小于 两相流动所引起的压损 ; 无集气支线阀室 ; 不需考虑 管材腐蚀裕量, 管材重量轻 ; 清管频率及其操作费用 低 ; 集气干 线不需加注缓蚀剂 和醇, 不 设中间加热 站 , 气田的经营费用少 ; 高含硫气就地脱水提高了输 气系统的安全性。干气输送工艺的缺点是 , 部分集 气支线的管材和安装费用增加; 集气站、 脱水站的投 资增加 ; 对于高含硫气田, 为处理污水, 要在集气站 就地打气田水回注井, 投资较高 ; 增加了废水、 废气 的排放点, 不利于环保。 湿气输送工艺的优点是, 可节省部分集气支线 的 管材和安装费用; 节约集气站、 脱水站的投资 ; 沿
六、 结
论
高含硫气集输与低含硫气集输在工艺流程上没 有明显差别 , 为保证安全和环保 , 对设备、 管材的选 择以及施工质量提出了更高的要求。为降低高含硫 天然气集输风险, 集输工艺流程应尽可能简化, 集气
第 22 卷第 11 期
潘红丽 等 : 高含硫天然气集输管网的技术经济研究
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途无废水废气排放, 有利于环保; 减少因脱水而消耗 的压力损失。湿气输送工艺的缺点是, 对于高含硫 气的远距离湿气输送而言, 输气系统的安全风险较 大; 集气支线和集气干线均需采用伴热保温输送, 施 工难度较大 , 集气干线沿线要设置注醇、 加热泵站 , 站址选择受地理条件制约 , 难度较大; 对于地形起伏 较大的地区, 气水混输的两相流压力损失较大 , 增大 了井口回压, 使系统的设计压力提高, 导致管材和设 备费用增加; 集气干线需考虑腐蚀裕量 , 长距离输送 管道的投资增加较大 ; 沿线需加注缓蚀剂、 醇并增设 中间加热站, 长期经营费用较高。 气田管网的布置无论是枝状还是放射状, 无论 采用干气输送工艺还是湿气输送工艺, 都是根据气 田构造形状、 地面地形地貌、 集气干线相对关系和投 资额来决定。一般情况下, 湿气输送减少了气田脱 水站的建设投资和操作费用, 经济性较好。但是湿 气输送使得气液两相输送的复杂性增加, 湿硫化氢 和二氧化碳的腐蚀概率上升, 在输送距离长、 地形起 伏大、 人口密度较大的情况下 , 湿气输送的复杂性和 安全风险性均较大, 故不宜采用。反之 , 若管道输送 距离短, 地形起伏小 , 虽然枝状管网的布置也存在这 些问题, 但因每条干线的输气量小 , 管径较小且距离 短, 管道起伏小 , 因而湿气输送 产生的问题相 对较 少, 风险性也相应较小。另外, 脱硫厂距离 气田很 近, 省去了气田脱水装置的投资和操作费用, 在这种 情况下宜采用湿气输送工艺。
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油气储运
2003 年
工程经济
高含硫天然气集输管网的技术经济研究
潘 红丽*
( 中国 石油管道分公司管道科技研究中心 )
杨
强
( 中国石油集团工程设 计有限责任公司西南分公司 )
宋
飞
李建和
( 中国石油天然 气管道科学研究院 )
( 中国石油管道分公司管道科技研究中心 )
潘红丽 杨
强等: 高含硫天然气集输管网的技术经济研究 , 油气储运 , 2003, 22( 11) 32~ 35。
摘 要 针对高酸性气田集输过程中存在的腐蚀、 水合物堵塞等问题, 从集气站站场选址 、 集 气管网的设置形式、 干湿气的输送工艺、 紧急截断阀室的设置及清管等方面 , 分析了集输系统的工 艺要点及防止水合物形成的措施, 提出了一套切实可行的集输工艺方案与防腐技术 , 可为气田的开 发与安全生产提供参考。 主题词 酸性天然气 集输工艺 技术 研究
三、 防止水合物形成的措施
防止天然气形成水合物一般常用抑制剂注入、
二、 紧急截断阀室的设置及清管要求
1、 紧急截断阀室的设置 在集气系统中 , 紧急截断阀室的作用是在管道 爆破或泄漏后自动关闭 事故管段 , 防止事故扩大。 设置截断阀室数量的前提是, 既要将整个系统的风 险降到最低, 又要尽可能地节约投资。 目前 , 国内对紧急截断阀室设置的规定主要是 针对输气干线Байду номын сангаас , 对于高含硫气田集气系统尚无相 应的规定。加拿大高含硫气田紧急截断阀室的设置 距离是根据管道的地 区类别及管内 H 2 S 的 体积来 确定的 , 紧急截断阀室的距离最小不能小于 1 km, 一般都在 1~ 4 km 范围内, 其选择依据见表 1。 加拿大与我国的国情有很大不同 , 例如地广人 稀, 酸气管道可以很容易地避开人口密集区和城镇 ,
管内 H 2S 体积 ( m3 ) > 6 000 2 000~ 6 000 300~ 2 000 < 300
2、 清
管
集气管道由于存在凝析液和腐蚀产物, 因此必 须定期清管。对于集气支线 , 应设置清管阀; 对于集 气干线, 应安装清管收发装置。天然气集气管道系 统必须能通过智能检测仪器。集气干线在投入使用 前通常进行一次智能检测清管, 以便记录管道的基 础数据资料。这种做法能清楚地了解管道的腐蚀、 管道内外壁的异常缺陷等状况, 有助于进行针对性 的整改。除智能检测清管外 , 在湿气输送管道的例 行清管作业中 , 还常在两个清管器之间携带一定量 的缓蚀剂, 可有效保证集输管道和设备的安全运行。 在高含硫气田的开发中 , 应采用这种清管方式。
而我国特别是四川省要这样做就很困难 , 因而在四 川高含硫气田的开发中 , 应根据实际情况设置紧急 截断阀室。
表1 加拿大高含硫气田紧急截断阀室的设置依据 人口密度 ( 人/ m ) 10 10~ 46 > 46 4 层以上楼房
2
地区类别 1类 2类 3类 4类
设计安全系数 0. 72 0. 60 0. 50 0. 40
四、 高含硫气田新技术和设备的应用
( 1) 高含硫气田的自控部分宜采 用 SCADA 系 统, 即采用 由调度管 理中心、 站控系 统、 井口 RT U 及净化厂 DCS 系统组成的多组控制、 多级管理水平 的设计。 ( 2) 在集气站及个别单井站实现有效的气液分 离, 并使集气管道的气体流速控制在 3 m / s 以上, 并 定期清管 , 以消除积液, 减少管道内腐蚀。 ( 3) 根据 H 2 S 的排放量 , 在集气干线上分段设 置紧急截断阀室 , 以保证事故状态下将 H 2S 排放量 控制在规定的安全范围以内。 ( 4) 为防止含硫天然气泄漏引起人员中毒 , 除选 用密封性能较好的阀门外, 还应在井场及集气站关 键部位设置固定的有毒气体监测报警装置, 并配备 便携式硫化氢监测仪和正压式空气呼吸器, 以保证 操作人员的人身安全。 ( 5) 采气井口应设置高低压安全截断阀及其自 动控制系统, 以保证事故发生时迅速关闭井口 , 确保
五、 环境保护措施
1、 气田水回注 由于集气站远离净化厂, 通过就近打回注井的 方式将气田水进行回注。回注的深度不能小于 300 m, 一般回注层深度在 1 000~ 2 000 m 范围内。 2、 废气排放 生产过程和站场、 管道检修时有少量含硫天然 气放空, 放 空气应点火烧掉 , 放空天然 气中的硫化 氢 , 一次排放量应控制在 2 000 m 3 以内 , 放空区应 远离居民住房, 放空管高度不得低于 20 m 。 3、 人身保护 由于目前国内尚无高含硫气管道与人口居住区 的安全距离的规范, 因此只能按四川气田的实际情 况进行考虑。严禁高含硫气管道从建 ( 构 ) 筑物下方 穿过, 其两侧各 10 m 范围内严禁修建任何建( 构 ) 筑 物。高含硫气管道距离学校、 加油站等人口密集区 或危险区的距离不应小于 1 000 m, 以防止管道泄 漏所造成的危害。在可能的情况下, 高含硫气管道 应避免从四类地区经过。
提高气体的流动温度和天然气脱水三种方法。脱水 是消除天然气高压下形成水合物的基本条件 , 但要 在井场设置脱水装置, 工艺较复杂, 投资较大。对于 单井, 抑制剂注入和加热是比较常用的方法。 1、 抑制剂注入法 抑制剂分为有机抑制剂和无机抑制剂两类 , 前 者为甲醇和甘醇类化合物, 后者为氯化钠、 氯化钙及 氯化镁等。天然气集输站场主要采用有机抑制剂, 其中又以甲醇和三甘醇最为常用。三甘醇具有抑制 效果较好、 回收方便、 可回收等优点, 但需另建回收 装置, 投资较大且增加了新的污水、 污物排放点, 对 安全生产和环保不利。甲醇虽然存在沸点低、 损耗 量大、 不易回收的缺点, 但它具有抑制效果好、 价格 低等优势 , 也不需另建回收装置和增加回收处理费 用 , 目前使用较为广泛。由于四川常年气温较高 , 水
安全。 ( 6) 水套加热炉实现温度调节、 熄火保护及自动 点火, 以保证气井的安全生产。 ( 7) 采用电动高压调节阀, 根据系统管网的平衡 和生产运行情况 , 通过 SCADA 系统指挥电动高压 调节阀进行流量调节。 ( 8) 对于容易发生泄漏的放空、 排污管道 , 应采 用双阀控制来减少高含硫天然气的漏失 , 确保人身 安全。 ( 9) 采用优质抗硫管材及抗硫设备。 ( 10) 对站内原料气管道进行在线腐蚀监测, 以 便及时了解管输天然气腐蚀性的变化, 确定最佳的 缓蚀剂加注方案和综合防腐方案。
一、集输系统的工艺特点
1、 集气方式 根据气田井位分布、 产量、 环境的不同, 气田集 输管网通常采用树枝状、 放射状、 环状三种结构 , 集 气方式有单井集气和多井集气。对于气田内部集输 流程, 一般采用枝状单井集气流程和放射状多井集 气流程。对于狭长气田, 一般采用枝状集气系统, 在 狭长气田沿长轴方向建设集气干线 , 单井分别通过 支线接入干线。对于气田较集中、 井距小、 大面积成 片开发的气田, 通常采用放射状管网流程, 以便于集 中控制和管理。 放射状管网集气流程的优点有, 在枝状管网集 气流程远距离控制未实现前, 其生产管理人员相对 较少; 气田开发后期可集中增压; 无集气支线阀室 ; 不需采用伴热保温输送 , 线路施工难度较小。缺点 有, 部分集气支线的管材和安装费用增加; 集气站及 其排污放空设施的投资较高。 枝状管网集气流程的优点有, 部分集气支线的 管材和安装费用低; 集气站的投资少; 沿途无废水废 气产生, 有利于环保、 安全。缺点有, 集气支线和集