天然气工程设计中存在的问题分析

1、26 第 19卷 第 3期 石 油 规 划 设 计 2008年 5月* 李士富,男,1938年生,教授级高级工程师。1964年毕业于东北石油学院炼制系油气加工专业,退休前为滇黔桂石油勘探局总工程师。2000年受聘 于西安长庆科技工程有限责任公司任高级顾问至今。通信地址:陕西西安市长庆兴隆园小区设计院,710021天然气工程设计中存在的问题分析李士富* 蔺亚梅李 强西安长庆科技工程有限责任公司中国石油天然气股份有限公司规划总院李 士 富 等. 天 然 气 工 程 设 计 中 存 在 的 问 题 分 析. 石 油 规 划 设 计 , 2008, 19(3 :2628摘要 通过对油田天然气工程设计中

2、存在的问题进行分析,提出了改进的要点:一是针对甲 方提供的工程设计基础资料不准而造成的设计失误,在设计中要加强对基础资料的核实;二是针 对工艺流程选择错误而造成的设计失误, 强调在设计中必须进行多方案比选, 最后确定最优方案。 文章特别对设计人员不计算就设计所造成的危害进行了分析,同时明确提出要先计算后设计。关键词 油气田 天然气 地面工程 设计 基础资料 工艺选择 参数计算 问题分析随着我国天然气工业的迅速发展, 天然气工程 设计越来越多,对设计质量的要求也越来越高。对 天然气工程设计中出现的问题进行分析, 以避免同 样错误的出现,对提高设计质量是十分必要的。现 就天然气工程设计中出现的问题

3、,谈一谈笔者的 看法。1 对基础资料存在问题的分析基础资料是设计的依据,一定要引起重视。由 于资料不准造成质量事故的例子不少,如在设计长 庆油田靖边天然气第一净化厂时,提供的资料中, H 2S 为 0.033%(mol ,CO 2为 3.025%(mol ,根据 此数据设计的溶剂循环量为 25t/h。在投入运行后, 由于 CO 2含量平均约为 4.60%,造成 5套 200×104m 3/d装置生产的产品 CO 2含量不合格。因此,被迫另建一套 400×104m 3/d深度脱出 CO 2的装置,使 投资成本大幅上升。因此,在设计中要加强对基础 资料的核实。2 对工艺流程选择

4、存在问题的分析工艺流程设计最重要的是选择工艺方案。先进合理的工艺流程不仅可以提高设计质量,展示设计 水平, 而且可以创造好的经济效益。 如果选择错误, 结果必然相反。如长庆油田西一联合站轻烃回收装置设计是在 福山油田轻烃回收装置投产以后设计的,应该采用 先进的冷油吸收工艺,但在设计时却选择了压缩浅 冷流程,C 3收率只有 60%70%。如果选用冷油吸 收流程,C 3收率可达 90%以上,不仅液化气产量可 以大幅度提高,而且放空气量也会大大减少,既可 节约能源,又可提高经济效益。因此,在选择工艺 流程时一定要慎重,要进行多方案比选,最后确定 最佳方案。3 对工艺计算存在问题的分析工艺计算是工程设

5、计的灵魂。设计人员必须充 分利用设计软件,做到不计算不设计。计算机技术 为我们提供了非常方便的工具,但部分设计人员未 经计算,用计算机将过去的设计参数照抄照搬,造 成错误百出。现举几个由于不计算或计算错误造成 或险些造成重大设计错误的例子。第 19卷 第 3期 石 油 规 划 设 计 273.1 长庆油田靖边第二天然气净化厂设计靖边第二天然气净化厂是由西安长庆科技工程有限责任公司总承包,2006年被评为国家优质工程铜质奖的项目。设计规模为 2套 400×104m 3/d天然气脱硫、脱碳、脱水装置。为了保证工程质量,西安长庆科技工程有限责任公司组成设计监理小组,对设计进行监理,结果发现

6、一些重大设计错误。这些错误都是由于没有计算造成的,险些造成不可挽回的恶果。3.1.1 对脱硫装置脱硫塔塔径设计问题分析 吸 收 塔 原 设 计 尺 寸 为 2400mm/3000mm ×20500mm×70/90mm,共 18层浮阀塔盘,塔盘间距 为 600mm,塔盘为单溢流。为了满足 MDEA 在塔底 停留时间在 4min 以上的要求,塔的下部设计成 3000mm、壁厚达 90mm。由于塔径存在变化,导 致加工制造困难, 造价提高。 监理方经计算后提出, 保证富液在塔内停留时间 4min 以上, 仅需适当增加 2400mm 部分的塔高即可,只是增加了液面管长 度,可大幅节

7、约投资。设计方经研究,同意将塔底 3000mm 改为 2400mm。3.1.2 对脱水装置脱水塔塔径设计问题设 计 方 提 供 的 脱 水 塔 尺 寸 为 2400mm ×14200mm×55mm,共 10层泡罩塔盘,塔盘间距为 600mm。根据监理方计算,塔径取 2200mm 已绰绰有 余。 按 天然气脱水设计规范 (SY/Y007693 表 C.0.2-2吸 收 塔 最 大 气 体 流 率 推 荐 值 计 算 , 塔 径 2200mm 时最大气体流率可达 418×104m 3/d,故塔 径降为 2200mm 是有充分根据的。按板式塔设计规定,液体在降液管中的停

8、留时 间35s即可满足要求,而初步设计的液体在 降液管停留时间多达 230s。按照气田天然气净化 厂设计规范 (SY/T001196第 5.1.4条“依照计 算结果,按设备系列中相应的规格选取,不再增加 裕 量 。 ” 本 设 计 计 算 塔 径 为 2020mm , 也 应 选 2200mm 为合适,选 2400mm 显然偏大。塔径增 大部分的面积都被降液管占去,毫无意义。3.1.3 降液板与下层塔盘的间距 50mm 太小压力为 5.5MPa 的 2400mm×25070mm MDEA 吸收塔, 设计的溶剂循环量 135m 3/h, 而降液板与下 层塔盘的间距 =oh 50mm 太

9、小(见图 1 。如果按=oh 50mm 设计,尽管塔直径 2400mm,但实际处 理能力也还达不到 200×104m 3/d。按设计规模 400×104m 3/d运行时,因为溶液通过量太小,CO 2吸收 量不足,造成产品质量不合格。此外,压力为 0.27MPa 的 2200mm/3000mm ×27454mm MDEA再生塔也犯了同样错误,富液进 料口以下的降液板与下层塔盘间距 =oh 50mm 太小。 MDEA 再生塔液相负荷达 152m 3/h, 比脱硫塔负荷还大,而塔径却比脱硫塔小,因此, =oh 50mm 远远 不能满足需要,监理方要求修改设计。经核算后,

10、 MDEA 吸收塔降液板与下层塔盘距离由 50mm 改为 100mm,MDEA 再生塔由 50mm 改为 125mm。当时 设计图纸经三级签署后,已发给施工单位。由于监 理方事先做了塔盘工艺计算, 因此能及时发现问题。 其原因是设计人员根本没有计算,只是照搬第一净 化厂的设计参数 50mm。第一净化厂溶剂循环量是 25m 3/h, 而 第 二 净 化 厂 溶 剂 循 环 量 高 达 135 152m 3/h,单套装置处理量为 400×104m 3/d负荷比第 一净化厂大 1倍,溶剂循环量比第一净化厂大 67倍。第一净化厂的设计除了工艺流程之外,对第二 净化厂的设计无任何参考价值。所以

11、,在设计上不 能照抄照搬, 一定要自己计算, 否则就要出大问题。 如果监理方也不计算,当装置建成投产时处理量只 能达到设计的一半,将给国家造成重大的损失。其 后果是:2个吸收塔、 2个再生塔的塔盘要全部更换, 支撑圈、降液板,也要重新更换,2具吸收塔还要 重新进行整体热处理,整个工程投产至少影响 2个 月,除浪费巨额投资外,还要少生产天然气 4.8×108m 3。此外, 对 MEDA 闪蒸塔的闪蒸汽量只有 79kg/h, 而设计的溶剂循环量达 10m 3/h, 塔径达 500mm 都太 大,监理方也提出了意见。设计方在施工图设计时 将塔径改为 377mm。3.2 对福山油田轻烃回收装

12、置设计问题分析福山油田轻烃回收装置设计,首次采用以装置 自产稳定轻油为吸收剂的冷油吸收工艺,开创了轻 油回收新工艺,但也还存在一些问题。如加热炉对 流室过热气炉管设计加热面积不够,开工后温度达 不到要求,设计出口 350,实际只能达到 200。 出口堰降液管受液盘塔盘图 1 塔盘结构简图28李士富等:天然气工程设计中存在的问题分析 2008年 5月又如容-2到分子筛脱水器的管线口径设计小了, 造 成蹩压,给操作带来不便。这里必须注意,在设计 中,管道设计往往被忽略,不进行管径计算也会出 问题。3.3 对杏河轻烃回收装置设计问题分析吸收剂泵流量不好,影响正常运转,其原因:一是泵的选型有问题;二是

13、回流罐安装太低。经调 查,设计失误也是由于设计人员没有计算。对容易 气化的轻烃在用泵抽吸时,回流罐一定要架高,使 泵有足够的压头。另外,管径也要适当放大,避免 产生气蚀。4 对设备选型中存在问题的分析如果设备是工程的心脏,那么管道就是血管。 设备选型不仅牵涉能耗问题, 而且影响生产。 因此, 设备选型一定要十分小心。如榆林天然气处理厂的 丙烷压缩机选型过大,在标定时,处理量提到设计 值 600×104m 3/d,实际运转负荷只有 19%22%, 不仅投资增加,又由于低负荷运转,给操作也带来 一定的困难。因此,设备选型留有一定的余地是必 要的,但不能过大。5 对工艺安装存在问题的分析工

14、艺安装不仅要美观,还要操作方便、安全, 因此对管道安装要精心设计。对压缩机出口管道的 安装设计要特别注意,否则会引起震动。如王南轻 烃回收装置的压缩机出口管道,设计时未作应力分 析,支撑也不合格,基础设计偏小(一般基础质量 为设备质量的 35倍 ,结果震动十分厉害。由于 管道和基础共振,不得不停产整改。另外,导热油 炉烟囱太低, 又与导热油的平衡罐很近, 存在危险。 导热油设备是成套供应的,一般烟囱很低。由于导 热油的闪点很高,如果不加分析会认为没有问题。 导热油加热的是塔底的轻烃,而塔的压力比导热油 的压力高得多,一旦加热盘管泄漏,轻烃就会随导 热油跑到平衡罐去。烟囱过近,很容易引起火灾。

15、导热油的应用越来越多,设计时对此要引起足够的 重视。另外对支架设计也要重视,特别是压缩机出口 易震动的管道,一定要做好固定。6 对气体置换存在问题的分析天然气设计中气体置换很重要,因为不认真置 换造成的事故很多。例如,马岭油田中区集中处理 站原油稳定及气体处理装置,在投产几年后,因原 料气罐腐蚀严重更换成新罐。由于在新罐投产时未 认真进行气体置换,加之管道中有氧化亚铁,在开 工时引起爆炸,将原料气罐炸得粉碎,整个装置停 产报废。特别需要强调的是,石油天然气工程设计防火 规范(GB501832004是进行石油天然工程设计 的法律性文件,必须严格遵守,要一丝不苟!收稿日期:2007-11-08 编辑 :马三佳(上接第 23页在马坊插输站设插输泵,同时启动油房庄输油 站的输油泵可以在不降低