劉東明 王瑞蓮 劉 萍

（1.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦2.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院）

南約洛坦采氣廠冬季凍堵預(yù)防及應(yīng)對措施分析

劉東明1王瑞蓮1劉 萍2

（1.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦2.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院）

土庫曼斯坦南約洛坦氣田試產(chǎn)初期正處于冬季（溫度最低達到零下20℃），嚴(yán)酷的氣候條件使天然氣的生產(chǎn)運行面臨嚴(yán)峻考驗。就冬季生產(chǎn)預(yù)處理廠站內(nèi)工藝設(shè)備及生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題及不足做了簡要介紹，圍繞冬季生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題給出相應(yīng)解決措施，突出了南約洛坦氣田冬防措施的復(fù)雜性和特殊性，最后根據(jù)現(xiàn)場情況提出了冬季防凍堵必須工藝技術(shù)和生產(chǎn)管理兩手抓，強調(diào)了運行管理的重要性，為高含硫站場冬季生產(chǎn)運行及管理提供借鑒。圖8表3參5

含硫氣田冬季天然氣水合物凍堵應(yīng)對措施

0 引言

土庫曼斯坦南約洛坦氣田是目前世界上最大的整裝凝析氣田之一，產(chǎn)品氣總體規(guī)模可達600×108m3/a，其中南約洛坦EPC項目為其中100×108m3/a規(guī)模的地面建設(shè)工程。南約洛坦氣田兩個預(yù)處理廠位于馬雷州南約勒坦區(qū)無人沙漠地帶，該地區(qū)冬季最冷月平均溫度1.8℃，最低氣溫-20℃，空氣相對濕度60%，氣候較為惡劣。南約洛坦氣田于2013年8月投入運行，單井井口壓力、溫度及產(chǎn)量較高，致使下游預(yù)處理廠站內(nèi)運行參數(shù)也相對較高。預(yù)處理廠站內(nèi)運行壓力9.3~9.5 MPa左右，空冷裝置前端溫度接近90℃，處理量（800~1000）×104m3/d。

兩個預(yù)處理廠自投產(chǎn)以來，成功經(jīng)受了該區(qū)冬季嚴(yán)酷低溫氣候的考驗，在充分發(fā)揮設(shè)備的優(yōu)良性能的同時，通過精細化管理，加強生產(chǎn)監(jiān)控，保證了站內(nèi)相關(guān)設(shè)備及裝置能夠平穩(wěn)正常運行，確保給下游處理廠提供了穩(wěn)定的氣源。特別是在2014年1、2月份（當(dāng)?shù)貧鉁亓阆?20℃），兩個預(yù)處理廠的裝置和設(shè)備也沒有出現(xiàn)大面積凍堵情況，裝置的防凍保溫措施、設(shè)施運行效果良好，基本能滿足生產(chǎn)的需要。

1 冬季防凍保溫設(shè)計

南約洛坦氣田試運投產(chǎn)初期正處于冬季，加之氣田“高溫、高壓、高產(chǎn)、高含硫、高含二氧化碳、高含氯離子”的“六高”特點，天然氣預(yù)處理廠冬季防凍措施若考慮不周，將會導(dǎo)致設(shè)備、裝置及管線發(fā)生凍堵，給整個站場的安全平穩(wěn)運行造成影響。因此，預(yù)處理廠在設(shè)計初期就考慮了低溫條件下的防凍保溫措施。

1.1 站內(nèi)設(shè)備

為了保證冬季極寒條件下站場也能平穩(wěn)應(yīng)對原料氣的初級處理，預(yù)處理廠在設(shè)計上主要配置了鍋爐供熱系統(tǒng)、空調(diào)、電采暖器以及電伴熱系統(tǒng)等幾部分，為站內(nèi)設(shè)備、儀器的正常運行提供保障。供熱系統(tǒng)采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，鍋爐房內(nèi)配置2臺WNR0.7-0.7/90/70型全自動燃氣熱水鍋爐，正常情況下一用一備，為全站供熱；另配備2套定壓循環(huán)補水系統(tǒng)，保證整個供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

站場主體工藝流程見圖1。

生產(chǎn)、生活建筑主要采用了采暖熱水供暖，各變電間、配電間、UPS室、變電所采用空調(diào)供暖；陰保間采用電采暖器供暖，消防泵房、儀表風(fēng)房、緩蝕劑泵房等主要的輔助工藝設(shè)備間以及維修車間等均實現(xiàn)了采暖熱水供暖；裝置區(qū)儀器、儀表等采用電伴熱系統(tǒng)保溫。

1.2 工藝管道

由于預(yù)處理廠原料氣進站溫度較高（通常在90~100℃之間），而出站溫度必須控制在45~55℃之間，因此設(shè)計上未考慮對站內(nèi)主體工藝管線實施保溫作業(yè)，僅對一、二級分離器的沖砂管線、氣田水排污管線以及凝析油排污管線實施了保溫措施。管線保溫內(nèi)部采用復(fù)合硅酸鹽材料保溫包裹，外部再采用0.5 mm厚的鋁皮包裹、固定。

圖1 南約洛坦氣田預(yù)處理廠站場工藝流程總圖

2 存在問題及應(yīng)對措施

雖然采氣廠成功地經(jīng)歷了首個嚴(yán)冬的考驗，未出現(xiàn)大面積凍堵情況，但在生產(chǎn)中還是暴露出了一些問題。這些問題部分是由于設(shè)計的缺陷引發(fā)的，還有部分是可以通過加強生產(chǎn)管理，加密站場巡檢來回避的，還需要在后續(xù)生產(chǎn)中不斷地摸索和總結(jié)。

2.1 空冷裝置

南約洛坦氣田單井采用氣液混輸工藝，高溫原料氣在預(yù)處理廠內(nèi)經(jīng)初步分離、計量后進入下游凈化廠實施處理。由于預(yù)處理廠原料氣進站溫度較高（多在90℃以上），為了使處理后的混合介質(zhì)滿足下游設(shè)備運行要求，需對原料氣實施降溫、冷卻處理。兩個預(yù)處理廠各配置了4套抗硫原料氣空冷器（圖2），對站內(nèi)一級分離后的高溫原料氣實施冷凝、冷卻處理，降低混合流體溫度以及原料氣的含水率。

圖2 原料氣空冷裝置圖

（1）問題

高溫原料氣經(jīng)過空冷裝置（風(fēng)機）快速降溫后，部分冷凝水會殘留在空冷裝置管束箱盤管內(nèi)，如若單套空冷器處理氣量不夠，原料氣溫降過快，極易在管束箱盤管內(nèi)發(fā)生凍堵。如2013年12月27日上午，預(yù)處理3廠值班中控室監(jiān)測到站內(nèi)空冷裝置溫度異常，經(jīng)現(xiàn)場巡檢核實A4、B1、B2、C3列空冷裝置進氣端管束箱溫度低于0℃（正常運行溫度70~80℃），裝置出口端溫度也較低（表1）。

表1 預(yù)處理3廠空冷裝置溫度變化統(tǒng)計表

（2）應(yīng)對措施

由于空冷器進口端無法監(jiān)控溫度，現(xiàn)場通過人體感官初步推測空冷器A套右列、B套左列以及C套右列管束箱發(fā)生了凍堵（圖3、圖4）?，F(xiàn)場緊急停用空冷器A4、B1、B2、C3，啟用D套空冷器運行，同時對發(fā)生凍堵的空冷裝置實施降壓解堵。

圖3 空冷裝置現(xiàn)場模擬圖

圖4 空冷裝置管束箱

圖5 空冷裝置溫度變化趨勢圖

表2 南約洛坦預(yù)處理3廠生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（2014年1月）

在泄壓過程中管束箱盤管內(nèi)有清脆的冰塊撞擊聲，排污閥處也能明顯感受到固狀物持續(xù)通過，解堵完成后，管束箱溫度逐步回升，但升溫效果不明顯。分別停運A、B、C、D4套空冷器，利用排污、放空系統(tǒng)泄壓解堵。作業(yè)完成后4套空冷裝置管束箱進、出口溫度基本恢復(fù)正常。值班中控室調(diào)整裝置風(fēng)機運轉(zhuǎn)頻率，合理控制溫降，確保空冷裝置出口溫度控制在45~55℃之間，裝置解堵完成。解堵作業(yè)前后空冷裝置出口溫度變化見圖5。

考慮預(yù)處理3廠日處理氣量640×104m3左右，啟用兩套空冷裝置已能完全滿足處理量要求（單套裝置處理量能達到450×104m3/d），后停用B、C空冷器，僅啟用A、D套空冷器生產(chǎn)運行。之后裝置再未發(fā)生凍堵，運行情況見表2。

2.2 凝析油管線

南約洛坦氣田單井產(chǎn)凝析油，因而需在天然氣預(yù)處理廠對原料氣中凝析油實施分離工藝，現(xiàn)場主要通過三相分離器實現(xiàn)對氣、水、油的分離。經(jīng)過兩級分離產(chǎn)生的凝析油經(jīng)站內(nèi)凝析油排污工藝管線在預(yù)處理廠出站處匯合，輸入下游，在處理廠內(nèi)對凝析油實施綜合處理（相關(guān)工藝流程見圖1）。

（1）問題

由于預(yù)處理廠凝析油日產(chǎn)量較少（產(chǎn)油量在1.5~3 m3/d左右），凝析油管線內(nèi)的流體基本處于停滯狀態(tài)，而凝析油黏度較大，混合流體中又可能含有少量氣田水，冬季低溫、高壓（凝析油管線壓力通常8.5 MPa左右）條件下，可能發(fā)生凍堵。預(yù)處理3廠自2013年12月投產(chǎn)以來，共出現(xiàn)過兩次凝析油管線超壓的情況，且均發(fā)生在2014年初最冷的1~2月間。如2014年2月10日站內(nèi)凝析油管線出站壓力持續(xù)上漲，最高甚至達到9.72 MPa，超過了站場運行壓力（站內(nèi)設(shè)備運行壓力9.6 MPa），系統(tǒng)已無法實現(xiàn)正常排油（圖6）。

圖6 凝析油管線出站壓力趨勢圖

（2）應(yīng)對處置措施

下游處理廠關(guān)閉凝析油進站管線，對站內(nèi)未投用的一臺二級分離器實施泄壓，導(dǎo)通該分離器的凝析油排污管線，利用原凝析油管線內(nèi)的壓力將混合介質(zhì)返回已泄壓的分離器，實現(xiàn)對凝析油管線降壓解堵。

將站內(nèi)在運的一、二級分離器凝析油管線排液方式導(dǎo)為手動控制，導(dǎo)通一級分離器凝析油排污系統(tǒng)，利用其排出的高溫凝析油（90℃左右）進入管線再次吹掃，并加強管線沿途壓力變化情況監(jiān)控，跟蹤解堵效果，確保凝析油管線正常運行。

3.3 電伴熱系統(tǒng)

電伴熱保溫技術(shù)是一種新型的將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能的供暖技術(shù)，它能維持相關(guān)設(shè)備、設(shè)施在特定溫度下工作，保證不發(fā)生凍堵。預(yù)處理廠采用電伴熱工藝的位置主要包括：氣田水、凝析油、檢修排污、生活污水、放空、生活用水等地面管線、閥門、管件及所安裝壓力表、壓力變送器引壓管段，側(cè)裝式雷達液位計、磁浮子液位計測量管段等。

（1）問題

預(yù)處理廠選用電伴熱帶的型號為恒功率并聯(lián)電熱帶THBBD-30/2 J，即電壓等級220 V，功率30 W/m，溫控器設(shè)定溫度為20℃。電伴熱系統(tǒng)自投運以來，運行一直較平穩(wěn)，但生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)原設(shè)計和現(xiàn)場生產(chǎn)存在一些不適應(yīng)性，主要包括：

●不同溫度介質(zhì)設(shè)施共用一套溫控器

單井放空管線和原料氣生產(chǎn)管線共用電伴熱溫控器，且溫度傳感器安裝在生產(chǎn)管線上（圖7），正常生產(chǎn)中，生產(chǎn)管線溫度高于溫控器維持溫度，從而無法實現(xiàn)對放空管線的保溫；此外，單井進站壓力變送器、壓力表引壓管線和生產(chǎn)管線共用電伴熱溫控器（圖8），管線溫度高于溫控器需維持的溫度，也無法實現(xiàn)對儀表管路的保溫作用。

圖7 單井電伴熱裝置

圖8 預(yù)處理廠電伴熱裝置

●保溫措施不完善

初期管線實施保溫作業(yè)時，壓力變送器、壓力表、液位計等相關(guān)儀表僅安裝伴熱帶，未實施保溫作業(yè)，起不到保溫伴熱的作用；此外，保溫層接口不嚴(yán)密，雨水易浸入內(nèi)層，使保溫效果大幅度下降，如遇護套破損，還可能造成電擊穿，發(fā)生火花或暗火，引發(fā)安全事故。

（2）應(yīng)對措施及效果

針對電伴熱系統(tǒng)現(xiàn)場生產(chǎn)存在的不適應(yīng)性，采氣廠做出相關(guān)調(diào)整：①針對不同溫度介質(zhì)設(shè)施共用的溫控器，將溫控器溫度傳感器安裝于溫度較低處或者易于散熱的位置；②儀表管段補充安裝易于拆卸的保溫防水材料。對于管線接口處防水措施不完善，采用防水材料進行封堵，防止進水受潮，影響保溫效果和電伴熱使用。相應(yīng)措施實施后，使用電伴熱的設(shè)備、管道在2014年初的嚴(yán)寒氣候條件下未出現(xiàn)凍堵。

2.4 鍋爐供暖系統(tǒng)

預(yù)處理廠鍋爐房配備2臺WNR0.7-0.7/90/70全自動燃氣熱水鍋爐，主要為工藝裝置以及全廠建筑采暖供熱。鍋爐供暖系統(tǒng)自帶控制柜，具有程序啟動、自動調(diào)節(jié)、超溫報警等控制及安全保護功能。系統(tǒng)補水定壓循環(huán)系統(tǒng)采用撬裝設(shè)備，系統(tǒng)控制柜可實現(xiàn)對補水泵、循環(huán)泵和軟化水設(shè)備的自動控制。2臺變頻補水泵壓力控制在0.15~0.25 MPa。（圖9、圖10）

圖9 鍋爐系統(tǒng)

圖10 循環(huán)補水系統(tǒng)

（1）問題

預(yù)處理廠鍋爐供暖系統(tǒng)自2013年底開始投用，多次發(fā)生故障停車。初步統(tǒng)計，從2014年1月至3月中旬，預(yù)處理3廠鍋爐系統(tǒng)（2套鍋爐）共計發(fā)生故障93次（表3）。

（2）應(yīng)對措施從數(shù)據(jù)統(tǒng)計上看，除去A套鍋爐因CPU問題引發(fā)的27次故障外，鍋爐出水端壓力異常引發(fā)的故障占到所有故障比例的75.8%，而且該故障頻發(fā)期主要集中在2月底至3月初這段時間。這可能與氣候轉(zhuǎn)暖，站場生產(chǎn)、生活區(qū)部分采暖設(shè)備（散熱器）停運有關(guān)。當(dāng)前鍋爐系統(tǒng)的運行參數(shù)適用于冬季寒冷條件下的工況條件，而當(dāng)氣溫轉(zhuǎn)暖后，多數(shù)散熱器停用后，鍋爐系統(tǒng)運行條件即發(fā)生改變?，F(xiàn)場通過調(diào)整鍋爐運行參數(shù)，恢復(fù)站內(nèi)部分采暖設(shè)備使用，鍋爐系統(tǒng)即恢復(fù)正常運行。

表3 預(yù)處理3廠鍋爐系統(tǒng)故障統(tǒng)計

2.5 其它

除上述主體生產(chǎn)設(shè)備外，現(xiàn)場儀器、儀表、機泵等位置也易發(fā)生凍堵?，F(xiàn)場儀器、儀表管路、管徑偏小，且部分位置保溫處理不完全，易發(fā)生凍堵；單井的、低壓導(dǎo)閥組壓力表、預(yù)處理廠進、出站壓力變送器、計量裝置變送器、凝析油管線上的壓力表等處均易發(fā)生凍堵；放空分液罐氣田水提升泵上游控制蝶閥內(nèi)漏，若轉(zhuǎn)水后未排空泵內(nèi)引水，極易導(dǎo)致泵體凍裂；此外，高孔閥引壓管及埋地排污管路等位置低溫條件下均存在凍堵可能。

3 結(jié)論及建議

（1）采氣廠冬季防凍保溫措施合理、有效，相關(guān)工藝、措施均能成功應(yīng)對該地區(qū)冬季惡劣生產(chǎn)條件，滿足生產(chǎn)需要，保證了裝置安全平穩(wěn)運行。

（2）根據(jù)預(yù)處理廠原料氣處理量變化，合理調(diào)整空冷裝置運行臺數(shù)，解決了裝置處理量少而散熱快的矛盾；合理調(diào)節(jié)空冷裝置風(fēng)機運行頻率，保證裝置平穩(wěn)運行。

（3）冬季安全生產(chǎn)除了考慮技術(shù)方面的因素外，還可以從運行管理上入手，優(yōu)化調(diào)配裝置運行參數(shù)，摸索裝置不同工況條件下裝置最佳運行參數(shù)，提高裝置運行穩(wěn)定性，減少故障的發(fā)生幾率。

（4）提前介入設(shè)計，在設(shè)計階段對項目從功能設(shè)究[J].計算機與應(yīng)用化學(xué).2006，23（6）：559-564.

8Pesquill F.Atmospheric diffusion[M].New Yoirk:Wiley, 1974:429.

9郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程[M].高等教育出版社. 2002.8.

10中國環(huán)境科學(xué)院.GB／T3840-91制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.

（修改回稿日期2015-03-11編輯文敏）

劉東明，男，1980年出生，2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣井工程專業(yè)，碩士，工程師；現(xiàn)主要從事氣田開發(fā)以及試修作業(yè)相關(guān)工作。地址：（400021）重慶市江北區(qū)大石壩大慶村重慶氣礦氣田開發(fā)工藝研究所。電話：（023）67313721，15736276605。E-mail: liu_dongm@petrochina.com.cn