摘要?四川盆地普光氣田天然氣凈化廠具有l(wèi)20×10⁸ m³/a的高含硫天然氣(H₂S體積分數(shù)為14.14%，C0₂體積分數(shù)為8.6%，有機硫含量為340 mg/m3)處理能力。為了保證事故工況時其大排量高含硫天然氣的安全泄放和高效燃燒，優(yōu)化了高低壓放空管網(wǎng)及火炬系統(tǒng)的設計，突破一般天然氣凈化廠“全量放空”的常規(guī)設計思路，合理確定了放空規(guī)模為75×10⁴ m³/h，研發(fā)出空抗低溫、防火雨、高低壓火炬密封、大排量放空防回火、三重保障點火、流體密封等技術，同時引進高效高低壓酸性氣火炬燃燒器，保證了火炬的安全平穩(wěn)運行。放空與火炬系統(tǒng)投產(chǎn)后運行平穩(wěn)，燃燒效率高于99.9%，為新建或改擴建大型天然氣凈化廠提供了參考。

關鍵詞?普光氣田?高含硫天然氣?大排量?放空系統(tǒng)?火炬系統(tǒng)?設計?安全?解析

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??? 四川盆地普光氣田天然氣凈化廠(下稱普光凈化廠)是“川氣東送”工程的核心組成部分，建設有6聯(lián)合12系列的300×10⁴ m³/d天然氣凈化裝置、集氣總站及趙家壩污水站，具有l(wèi)20×10⁸ m³/a的高含硫天然氣(H₂S體積分數(shù)為14.14%，C0₂體積分數(shù)為8.6%，有機硫含量為340 mg/m³)處理能力，為目前亞洲最大規(guī)模高含硫天然氣處理裝置(圖1)。天然氣凈化裝置內(nèi)的高壓、高含硫天然氣介質(zhì)存量巨大、劇毒有害、易燃易爆，當出現(xiàn)火災、大面積泄漏等極端事故工況時，必須保障生產(chǎn)裝置與周邊人員的安全^[1-4]，大排量的高含硫天然氣需要安全泄放、高效燃燒，這就對天然氣凈化裝置的放空及火炬系統(tǒng)提出了更高的要求^[5-6]。

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1 特大型高含硫天然氣凈化裝置的放空系統(tǒng)

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1.1?放空系統(tǒng)簡介

??? 普光凈化廠6聯(lián)合l2系列的天然氣凈化裝置分別布置于廠內(nèi)東西兩個區(qū)域，其間間隔設置循環(huán)水場、變電站等公共工程設施，單系列天然氣凈化裝置均包含脫硫、脫水、硫磺回收、尾氣處理與酸水汽提5個工藝單元，其中每個系列裝置脫硫單元每小時處理8.0MPa高壓高含硫天然氣l2.5×10⁴ m³，脫水單元每小時處理8.0 MPa高壓不含硫濕凈化氣20.8×10⁴ m³，Claus硫磺回收單元每小時處理硫化氫體積分數(shù)為60%的低壓再生酸性氣3.2×10⁴ m^3[7]。根據(jù)天然氣凈化裝置整體布局與生產(chǎn)單元的工況特點，考慮到事故工況下不同系列天然氣凈化裝置高壓和低壓氣體同時泄放的可能性，為防止高壓放空天然氣影響低壓酸性氣的安全有效泄放，天然氣凈化裝置防空系統(tǒng)設有DN900mm的高壓、低壓并行2套放空管網(wǎng)，形成了“高低壓分離、東西區(qū)互聯(lián)”的放空管網(wǎng)系統(tǒng)（見圖2，其中紅色所示為高壓管網(wǎng)，黑色所示為低壓管網(wǎng)）。

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??? 放空管網(wǎng)系統(tǒng)包括從各系列天然氣凈化裝置內(nèi)的放空閥后至高低壓放空分液罐的部分。每系列裝置管廊上的高低壓放空總管經(jīng)位于裝置界區(qū)的高低壓分液罐分離泄放氣中攜帶的脫硫、脫水溶劑后，匯入東西區(qū)高低壓放空管網(wǎng)。東區(qū)高低壓放空管網(wǎng)主要負責第一、二、三聯(lián)合天然氣凈化裝置、趙家壩污水站及集氣總站的放空需要，西區(qū)高低壓火炬放空管網(wǎng)主要負責第四、五、六聯(lián)合天然氣凈化裝置的放空需要。東西區(qū)高壓放空管網(wǎng)并行進入高壓放空分液系統(tǒng)，東西區(qū)低壓放空管網(wǎng)匯合成低壓放空總管后進入低壓放空分液系統(tǒng)。

??? 高低壓放空管網(wǎng)系統(tǒng)于管網(wǎng)起始端設置多點凈化天然氣吹掃點，使用凈化氣對高低壓放空管線進行不間斷全網(wǎng)吹掃，保持管網(wǎng)內(nèi)氣體的流動性，防止高含硫的放空氣在管網(wǎng)內(nèi)滯留而造成對管網(wǎng)的腐蝕；在低壓放空匯管設置低壓酸性氣放空伴燒系統(tǒng)，根據(jù)低壓放空氣的流量和組分，合理調(diào)整凈化天然氣伴燒配比系數(shù)，提高低壓酸性放空氣的可燃燒性與熱值，保證酸性放空氣燃燒的充分性。

1.2?特大型天然氣凈化裝置放空控制技術

??? 普光凈化廠12系列天然氣凈化裝置處理高含硫天然氣的能力高達l50x 10⁴ m³/h，東西區(qū)裝置各處理75×10⁴ m³/h，國內(nèi)天然氣凈化廠一般按照“全量放空”思路來考慮設置放空系統(tǒng)，但普光凈化廠卻不宜按照常規(guī)“全量放空”思路來設計放空系統(tǒng)。通過研究特大型天然氣凈化裝置放空控制技術，合理確定普光凈化廠的放空規(guī)模為75×10⁴ m³/h，相比常規(guī)全量放空設計，減少了40%的系統(tǒng)投資。

??? 針對火災、泄漏等不同的事故工況，開發(fā)了特大型天然氣凈化裝置“保壓”與“放空”2種模式及4個級別的放空控制技術：保壓、0.5 MPa/min放空、1.0 MPa/min放空和1.5 MPa/min放空。在天然氣凈化廠發(fā)生不可控天然氣泄漏事故時，根據(jù)具體情況觸發(fā)啟動相應等級的“放空”，其他事故工況按“保壓”方式處理，在安全生產(chǎn)的原則下盡量少放空，以保障裝置運行的經(jīng)濟性與環(huán)保性。

1.3大排量高壓放空抗低溫技術

??? 高壓大排量酸性氣放空的Joule—Thomson效應會產(chǎn)生低溫工況，由于目前國內(nèi)天然氣凈化廠規(guī)模較小，放空管網(wǎng)管徑小，可直接采用低溫碳鋼材料。天然氣凈化裝置特大型化之后若仍然使用之前的設計方法，則管線材料的投資將大增。普光凈化廠火炬放空管線采用合理設置管網(wǎng)壁厚來克服低溫低應力效應，并合理設置補償器來解決壁厚增加帶來的應力問題^[8]，全廠放空管網(wǎng)投資減少了數(shù)百萬元。

??? 同時，低壓放空酸性氣高含硫化氫與飽和水蒸氣，可對高低壓放空網(wǎng)管進行全流程伴熱，防止高壓放空管網(wǎng)中出現(xiàn)節(jié)流凍堵事故，同時防止低壓放空管網(wǎng)出現(xiàn)強腐蝕性液體而危害放空管網(wǎng)安全。