苏里格气田天然气储罐氮封改造方案

苏里格气田天然气储罐氮封改造方案

1凝析油储罐火炬苏里格气田天然气中含有约0.7万吨冷凝析油。由天然气处理厂低温油脱水装置分离出的凝液中,C4以下易挥发的凝析油的不稳定组分含量约12%,详见表1。《石油天然气工程设计防火规范》(GB50183-2004)将从天然气分离出的烃类凝液(未稳定凝析油)等同于液化石油气,要求使用压力储罐储存。因此,在苏里格天然气田已建三座处理厂的设计中,将天然气凝液经过稳定处理装置处理后,由凝液泵送入稳定凝析油储罐储存。2008年冬季,苏里格气田第二天然气处理厂一座500m3稳定凝析油储罐发生了爆炸起火事故。经分析确认,爆炸事故是未稳定凝析油进入了内浮顶罐,浮盘下大量的易挥发组分导致浮盘晃动,与罐壁不断摩擦产生静电并聚集,最终闪爆。采用HYSYS计算软件(在40℃,压力88kPa)模拟该组分可知,进入常压储罐的凝析油在储存工况下,挥发组分极易达到爆炸浓度极限(爆炸体积浓度为5%～15%),从而形成闪爆事故的发生条件。呼出的挥发气中还含有大量重烃组分,它会沉积在罐体周围,影响整个罐区的安全。因此,经多方讨论确定对凝析油罐实施氮封改造,在确保常压浮顶储罐储存稳定凝析油安全的同时,减少油品挥发损失,有效地保护环境。2自力式氮封减压阀及阻压阀原设计的内浮顶罐在罐壁设有四个通气窗,在罐顶中央安装有一个DN300通气罩,本次改造首先将罐壁四个通气窗封堵,变成为“内浮顶拱顶罐”,再利用罐顶通气口完成氮封系统改造,系统构成如图1所示。此改造方案储罐不需动火,罐顶配管在安全区预制,现场组配,免去了清罐作业,从而降低了罐区作业的安全风险,节省施工费用。储罐原设计压力:负压为-0.49kPa、正压为2.0kPa。储罐在运行期间,因大、小呼吸会产生罐内压力变化,因此,氮封的关键工艺是通过储罐呼、吸气阀随储罐气相压力的变化,自动开启和关闭来控制储罐气相空间氮封气压力,使之稳定在安全设定压力范围内,达到隔氧保护储罐的目的。储罐氮封工作机理已有多篇文章报道,这里不再重述。为确保储罐安全和对氮封工况下储罐运行压力的监视,设置了压力在线显示和变送报警仪表。在自力式氮封减压阀前安装压力表显示氮气源压力,在氮封阀后和储罐顶安装微压压力表显示储罐运行压力,微压压力表量程为-1kPa～2kPa。在罐顶设置储罐压力变送器,将储罐压力远传至中控室,设置高低压报警:低报值-0.30kPa,高报值1.0kPa,高高报值1.20kPa。3独立阀的选择3.1吸气阀自助式减压压力阀选用美国KIMRAY自力式调压阀,通过一级调压阀整定阀后大罐压力稳定在0.5kPa±10%(50±10%mmH20)。3.2固定罐和压力阀组成的转变国内见诸报道的氮封工程实例均使用呼吸阀作为氮封储罐出气设备,但呼吸阀为机械结构,存在失灵而损坏储罐的风险。如:1984年某石化公司长征化工厂二甲苯储罐因呼吸阀冻结罐底爆裂;1989年扬子石化12000m3歧化进料罐(拱顶罐)爆裂,查明原因为呼吸阀卡死。因此,现在的通行做法是“固定顶罐”在安装呼吸阀的同时要安装液压安全阀。鉴于此,本方案推荐用美国KIMRAY基地式散放阀作为储罐呼气阀,设定阀前压力(即储罐压力)1kPa±10%,(100±10%mmH20)。该阀的运行动力仪表风源取自氮气来气管路,经专用仪表风减压阀减压到70kPa～100kPa。由于动力气源压力远大于普通呼吸阀压力(不足2kPa),克服了呼吸阀冬季结霜冻死的问题,大大提高了可靠性。3.3事故泄压设备设计规范要求,“采用气体密封的固定顶罐,还应设置事故泄压设备”,多个资料介绍用全天候呼吸阀作为罐顶呼气装置。但是通过前述事实知道呼吸阀并不安全。因此,本方案选择液压安全阀作为事故泄压设备,开启压力设为负压-0.30kPa、正压1.20kPa。液压安全阀下部安装阻火器。液压安全阀除应满足《石油储罐液压安全阀》(SY/T0525.1-93)要求外,液封高度建议按所选油密度按资料“储罐液压安全阀液封高度计算”所给出的计算式校核。4小呼吸及内浮顶罐设计规范给出了“固定顶罐”呼吸阀通气量的计算方法,但没有说明有“内浮顶”或采取氮封储罐通气量要如何考虑。在制定方案的过程中多人认为,该条文不适用于改造后的氮封“内浮顶拱顶罐”,认为内浮顶罐的油气损耗远小于“固定顶罐”,那么改造后的“内浮顶拱顶罐”吸气量就不能等同于规范所述的“固定顶罐”。但是,通过以下论述可知,出于储罐保护目的而考虑的小呼吸气量,差别不大。最终确认通气量应当按规范执行。大呼吸,指因进、出液引起的呼吸,呼吸气量与储罐形式无关;小呼吸,指由于环境温度的变化,引起的充满储罐气相空间的油品(或甲醇)蒸汽温升膨胀(呼气),或遇冷凝结(吸气)。“固定顶罐”与改造后的“内浮顶拱顶罐”的区别在于与气相接触的液体蒸发面积不同,前者是后者的几百倍,影响的是形成饱和气相分压的时间长短。显然在同样的时间段内,在相同的环境温度变化的情况下,设有内浮顶的储罐中油品(或甲醇)的蒸发损失总量要小很多;而在同样达到饱和分压的情况下,外界条件同样时,一次呼、吸气量是一样的。因此,虽然是两种形式的储罐,但出于储罐保护目的的小呼吸量应当同样对待。采取氮封与没氮封的钢制拱顶罐其差别主要在安全方面。由于空气密度(1.29kg/m3)比氮气密度(1.25kg/m3)大,油品(或甲醇)在氮封罐内饱和分压略高于没氮封的罐约3%,可以忽略。因此,出于储罐保