2012年第16期 内蒙古石油化工
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长庆苏里格气田标准化天然气处理厂设计技术探讨
常志波, 刘明土, 刘子兵, 张文超
(西安长庆科技工程有限责任公司, 陕西西安 710018)
方方
摘 要:本文针对长庆苏里格气田产能建设速度快与天然气处理厂设计周期长所产生的矛盾, 提出
了一套适应苏里格气田天然气处理厂快速建设的标准化设计技术, 大大提高了设计质量, 降低了设计周期, 取得了较大的经济效益、社会效益及环境效益, 同时为其他油田地面设计工作提供了借鉴。
关键词:标准化; 模块化; 天然气处理厂; 苏里格气田 中图分类号:TE355. 5 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012) 16—0095—041 苏里格气田概况
长庆苏里格气田作为我国陆上最大的整装气田, 勘探面积约40000km 2, 天然气地质资源量3. 8×123
10m , 截至2008年底, 苏里格气田已累计探明储量1. 6792×1012m 3, 建成81. 7×108m 3天然气生产能
123
力, 预计到2015年累计探明储量达3. 0×10m , 是名副其实的世界级特大型气田。
2007年, 中石油集团公司蒋洁敏总裁视察长庆时提出了" 努力把鄂尔多斯盆地建设成石油天然气的重要生产基地" 指示精神, 到2013年将实现年产
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油气当量5000×10t 宏伟目标, 其中天然气年产达
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到350×10m , 苏里格气田天然气年产达230×83
10m , 占65. 7%。是实现长庆油田公司天然气上产的主力区块。
按照苏里格气田230×108m 3/a 的总体规划, 苏里格气田共建天然气处理厂5座。分别是设计规模为30×108m 3/a的第一处理厂和设计总规模为50×83
10m /a的第二、三、四、五处理厂。2 长庆标准化设计进程
标准化设计是长庆油田公司为适应苏里格气田大规模建设而提出的全新设计理念, 是一种基于工艺技术优化、流程简化的设计模式, 是对集成创新的实践。
按照“发展大油田, 建设大气田”的总体要求和油气当量5000万吨的发展目标, 长庆气田规划从2008年～2015年建产能392亿方, 建井11066口, 天然气处理厂5座。预计每年新建各类场站50座以上, 管线2500公里以上。
面对繁重的地面建设任务, 我们认识到:要缓解开发投资成本的压力, 必须寻求一种全新的地面建设方式和设计方法; 要保证建设工期和质量, 必须建立气田建设良好的工作运行机制。我们树立勘探开发每一个环节都控制投资和降低成本的思想, 树立凡是与单井有关的投资和成本都严格控制的思路, 树立投资和成本在一定程度上是可以控制和降低的理念。
标准化设计就是在这样的背景下付诸实践的, 目前长庆气田井、站地面工程设计已100%实现标准
化设计。
3 天然气处理厂标准化设计技术3. 1 技术背景
长庆气田在单井、多井式井丛、集气站相继形成标准化设计以后, 已能够较好的适应长庆气田快速建产的要求, 然而, 随着产建速度的加快及天然气供需矛盾的加剧, 如何建立起一整套适应长庆气田产能建设速度的天然气处理厂设计体系, 成为摆在气田地面设计人员眼前的一道难题, 天然气处理厂工程建设投资大, 建设周期长, 如按照国际类似天然气处理厂工程建设经验进行建设, 建成1座50×83
10m /a处理规模的处理厂至少需要3年左右的时间, 远远不能满足长庆气田产能建设要求。这就要求地面设计人员必须找到一种针对天然气处理厂工程的快速设计方法, 以降低设计周期, 满足产建速度要求。3. 2 技术难点
(1) 天然气处理厂的标准化设计模式国内外没有可借鉴的成功先例。
标准化设计是长庆油田公司为适应苏里格气田大规模建设而提出的全新设计理念, 是一种基于工艺技术优化、流程简化的设计模式, 是对集成创新的实践, 目前已取得的标准化设计成果也仅仅限于气井、井丛、集气站的设计, 针对处理厂规模大, 处理厂工艺复杂的天然气处理厂工程设计, 没有任何成功先例可以借鉴。
(2) 天然气处理厂要实现标准化设计目标, 需要大量的成熟技术作为技术支撑。
苏里格气田天然气处理技术充分总结了长庆已建成的榆林天然气处理厂和长北天然气处理厂成功建设经验, 针对苏里格气田天然气处理的难点, 开展了大量的技术交流和攻关工作, 为苏里格气田天然气处理厂最终实现标准化设计奠定了基础。
2005年对国内已经投产的大型压缩机进行现场调研, 同时同国内外大型压缩机厂家进行大量技术交流工作, 最终确定天然气压缩机设备选型以及降噪、余热回收、震动分析的方案, 开展大规模天然气增压主体工艺试验;
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内蒙古石油化工 2012年第16期
3. 3 技术内容
苏里格气田标准化天然气处理厂总体处理规模50×108m 3/a,采用先增压后丙烷制冷脱油脱水的标准化总工艺流程, 采用三维设计软件对全厂进行三维设计, 设计时将全厂各个装置单体进行模块划分, 再针对每个模块进行独立的三维设计, 之后通过全厂工艺及热力管网将各个相对独立的定型化三维设计模块在总平面图中进行定位拼接, 就形成了整座天然气处理厂的整体设计, 较传统二维场站设计方式, 将“平面叠加”的设计方式转换为“立体组合”的设计方式, 缩短了设计周期, 提高了设计质量, 加快了工程建设进度, 有利于批量化采购, 模块化施工及数字化管理要求。
全厂设置500×104m 3/d 脱油脱水装置3套; 卡特彼勒(CAT ERPILLAR) 的G3616燃气发动机配ARIEL /JGZ6压缩机组7台, 单台处理气量252×4333
10m /d;设置54m 段塞流捕集器4台; 80m /d甲醇回收装置1套; 80t /d 凝析油稳定装置1套; 同时设置清管装置、注醇装置、外输计量装置等工艺装置; 辅助生产设施包括火炬及放空系统、分析化验室、维修和消防, 供水站、35kV A 变电站、污水处理及回注系统, 空氮站、锅炉房和燃料气系统各1座(套) ; 设置DCS 控制系统、FGS 检测系统和ESD 紧急停车系统各1套, 包括程控电话交换系统、数据传输网络、防爆扩音/防爆无线对讲通信、工业电视监控通信系统各1套。
借鉴苏里格气田井、站标准化设计经验, 天然气处理厂标准化设计主要研究内容包括以下“十化”:3. 3. 1 处理厂规模、装置规模标准化
根据地面系统总体布局及建设规模, 确定合理的处理厂规模和装置规模系列, 系列尽量全面覆盖, 适合开发建设需要。
3
①处理厂规模标准。以50×108m /a规模进行标准化设计。
②装置规模标准。形成500×104m 3/d 规模的脱
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油脱水装置, 1515×10m /d规模的段塞流集气装置及增压装置, 80t /d规模的凝析油稳定装置,
3
80m /d规模的甲醇回收装置。
③辅助配套规模标准。63×104m 3/h 规模的高
3
压放空系统, 1000m /d规模的污水处理机回注装置, 35kV 变电所。3. 3. 2 工艺流程通用化
通过优化、简化工艺流程, 统一系统布局和生产工艺, 使处理工艺与井场和集气站的工艺流程保持衔接, 为处理厂的标准化设计奠定基础。
①统一处理工艺总流程, 即“先增压后丙烷制冷脱油脱水工艺的主体工艺”。
②统一天然气增压流程。天然气经接收、预分离后进增压系统, 压力由2. 4M Pa (g) 增压至6. 1M Pa (g ) , 然后输往脱油脱水区。
③统一天然气处理流程。天然气处理采用丙烷制冷低温冷凝分离工艺。从增压流程来的天然气首先进入经过滤分离器再进入预冷换热器, 利用外输, 2006年开展“先增压后丙烷制冷脱油脱水的天然气处理" 主体工艺试验;
2008年开展“先脱油脱水后增压(部分增压, 周边用户不增压直接外输) 天然气处理" 主体工艺试验;
2009年开展了“内浮顶罐氮气密封, 音速放空, 天然气凝液加工, 段塞流捕集, 分排分处的污水处理" 工艺试验。
通过气田地面开发集成创新、优化简化, 确立了“先增压后丙烷制冷脱油脱水的天然气处理主体" 的总体工艺技术路线。形成了8项关键技术:①大规模天然气增压技术; ②丙烷制冷脱油脱水技术; ③音速放空应用技术; ④段塞流捕集技术; ⑤天然气凝液加工技术; ⑥内浮顶罐氮气密封技术; ⑦分排分处的污水处理技术; ⑧以DCS 为基础全厂一体化监控技术。
通过对苏里格气田天然气处理工艺技术的探索试验、优化简化, 形成了国内继新疆克拉二气田、长庆榆林气田之后的" 增压后天然气处理" 模式, 为天然气处理厂标准化设计提供了有力的技术支撑。
(3) 天然气处理厂工程设计涉及专业多, 必须对其进行全面的统一技术规定, 为实现全面标准化设计提供基础。
天然气处理厂工程设计涉及天然气处理、总图、建筑结构、电气、仪表、通信、热工、暖通、给排水、消防、环保、机械、防腐、注水等诸多专业, 要想实现整座处理厂的标准化设计, 必须对所有专业进行全面、科学、合理的统一技术规定, 设计时严格遵守, 确保标准化设计的质量。
(4) 处理厂工程各种功能装置区、土建单体数量多, 标准化设计时模块划分难度大, 管网整体衔接时精度要求高。
由于处理厂内各类功能装置区、土建单体数量多, 如完全借鉴苏里格集气站的标准化设计经验, 将每套设备都划分成独立的三维设计模块, 将使得处理厂的模块划分过于复杂, 整体拼接时难度太大, 设计人员经过多次论证, 按流程顺序, 将全厂分为脱油脱水区模块、增压区模块等工艺模块及供热站、供水站等辅助配套模块, 每个模块内又包括若干种设备, 设计时将整个装置区作为一个整体, 将与厂内管网连接的各类介质管线设计至装置区边界, 以便后期设计时利用管网对其进行定位拼接。
(5) 天然气处理厂工程设备及管材种类繁杂, 必须编制一整套详细的技术规格书, 以满足批量化订货要求。
处理厂工程设备多、管材多, 编制一套完整的标准化技术规格书, 包含材料、管径、阀门、设备的选取原则, 有利于标准化处理厂的统一、易于订货和施工
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建设及投产运营。针对50×10m /a规模天然气处理厂, 编制完成了工艺、自控、电气、热工、给排水、环保、加工、通信、注水、消防等10个专业, 共计约40多类设备的标准化技术规格书, 对所选设备进行了系统、科学的技术要求, 使其最大程度上满足设计及生
2012年第16期 常志波等 长庆苏里格气田标准化天然气处理厂设计技术探讨器, 与液体丙烷进行换热降温; 进入低温分离器进行脱油脱水。分离后的干气再进入预冷换热器, 与原料天然气逆流换热, 然后去计量装置区外输。分离出的凝液经加热闪蒸后, 闪蒸气至作为燃料气使用, 未稳定凝析油至凝析油装置区, 含醇污水至甲醇回收装置。
④统一的天然气凝液加工流程。自脱油脱水区来的未稳定凝析油, 进入凝析油稳定塔内, 在温度为140℃, 压力为0. 4～0. 5M Pa 下进行稳定, 达到出矿原油技术条件后输往稳定凝析油储罐储存, 并定期对外拉运。
⑤统一的污水处理流程。污水处理采用将不含醇污水和含醇污水分开处理技术。
不含醇污水选择“压力斜管除油-粗滤-精滤”的污水处理工艺, 使水质达到回注标准后回注地层。
含甲醇污水预处理采用“密闭装卸车+涡流反应絮凝沉降+污泥回流+自动排泥+含醇污泥热力脱醇脱水技术”, 使水质达到回注标准后回注地层。3. 3. 3 平面布置统一化
在尽量减少占地和满足功能需要的基础上, 对其布局进行统一规划, 使处理厂的工艺装置区、辅助生产区和公用工程区大小、方位统一, 达到标准化设计的目的。
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3套单套处理规模为500×10m /d的脱油脱水装置以及7台天然气压缩机位于整个处理厂的中央。其东侧布置着清管和集配气区。组成了厂区主要生产区。
辅助生产区主要布置在厂区北侧及东北侧。由凝析油稳定、甲醇回收、甲醇罐区、污水处理及回注区、燃料气和卸车区构成。
公用配套区围绕主要生产区布置在西侧及北侧。由供水站、供热系统和35kV 变电所构成。办公区位于厂区南侧。由西向东分别为中控楼、化验室、材料配件库、维修工房和空氮站。厂区主大门位于西南侧, 带安全教育门岗房。次大门位于东南侧, 主要供车辆进入。此外, 在厂区北侧设置一处安全逃生门。东侧另设通往火炬区大门一处。此外, 卸车区位于厂区东侧, 有独立的拉运道路及出入口, 用围栏与厂区相对隔离。火炬区及35KV 变电所均设有独立的出入口。全厂出入口设置在方便人流、货流分开及保证生产流程顺畅的同时, 兼顾了安全疏散。3. 3. 4 工艺设备定型化
对处理厂使用的设备统一标准、统一外形尺寸、统一技术参数; 同时保证质量安全可靠、造价合理, 为规模化采购提供依据。
设备定型化的基本要求:①优先采用先进、高效、节能、环保、维护方便的设备; ②注重现场实践, 优选生产应用成熟的工艺设备; ③标准设备参数定型; ④非标设备尺寸定型(外形和接口) ; ⑤设备的连接方式和执行标准统一, 便于替换和维修。3. 3. 5 设计安装模块化
利用三维设计手段, 根据功能、组成, 对处理厂进行模块划分, 模块应具有较强的通用性、互换性,
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可以形成不同类型、不同规模井站的整体设计。
根据专业、功能划分为:工艺安装模块、辅助生产模块、公用工程模块、总图模块等。
模块分解:每个模块包含配套的相关专业, 形成一套完整的模块图纸; 例如脱油脱水模块包括工艺、土建、仪表、机械、电气等内容。总图模块包括工艺、电气、给排水及消防综合管网、围墙、道路等。
①工艺安装模块:截断阀区模块、清管区模块、集气区模块、配气区模块、增压区模块、脱油脱水区模块、闪蒸分离及丙烷储罐区模块、甲醇回收区模块、凝析油稳定区模块等;
②辅助安装模块:储运设施模块、放空及火炬区模块等;
③公用工程模块:中控楼模块、化验楼模块、维修工房模块、气瓶及溶剂库模块、空氮站模块、供水站模块、35kV 变电所模块、污水处理及回注模块等。
④总图模块:全厂工艺及热力管网模块、消防管网模块、全厂电缆桥架及管沟模块等。
模块组合:以标准化平面布置为基本框架, 三维单体与综合管网进行定位拼接。
三维模块连接示意图
3. 3. 6 管阀配件规范化
管阀配件规范化就是针对目前国内管阀配件行业标准多、不统一的现状, 规范工程中使用的各种类型的管阀配件, 使材料、连接方式、执行标准等统一, 方便规模化采购和生产维修。①阀门采用国家标准; ②站内有缝钢管采用GB /T 9711. 2标准; ③站内无缝钢管采用GB /T 8163标准; ④站内有缝管件采用GB /T13401标准; ⑤站内钢制对焊无缝管件采用GB12459标准; ⑥法兰、垫片、紧固件采用化工行业标准HG20592～20635标准。3. 3. 7 建设标准统一化
对处理厂内标识、环保措施、道路、自控、供电等配套标准进行统一, 既反映企业整体形象又节约投资、讲求实效, 达到企业与周围环境的和谐统一。
①标识统一
遵循“四统一" 的原则, 即“统一建筑风格, 统一建筑及设备色彩, 统一标识, 统一字体色带尺寸", 达到处理厂标识统一, 符合集团公司视觉标准化要求。
②环保措施统一
“, ,
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内蒙古石油化工 2012年第16期
谈判等会议费用大大减少。
③降低运行操作难度, 减少培训费用, 节约管理成本。采用标准化设计的处理厂平面布置一致, 设备型号相近, 大大降低了运行人员的操作难度, 培训费用、管理成本。
④设计精度提高, 后期变更费用减少。3. 4. 3 社会效益
①标准化设计在天然气处理厂中的应用对缓解北京等下游城市供气紧张局面有积极的作用, 同时促进了内蒙古及陕西等省市利用天然气发电、天然气汽车及天然气化工等产业的发展, 对调整能源结构合理化具有非常积极的作用。
②采用标准化设计的天然气处理厂, 工艺流程、设备选型定型化, 使得处理厂运行更加平稳, 管理更加科学化、系统化, 大大降低了事故的发生几率, 为周边居民生产生活的安全提供了有力保证。3. 4. 4 环境效益
①标准化平面布置使得处理厂征地面积更加科学、合理, 减少了对毛乌素沙漠环境的影响。
②处理厂辅助配套系统中设有甲醇回收、污水处理及回注等装置, 有效降低了生产运行对周边环境的破坏。4 技术水平评价
天然气处理厂的标准化设计技术进一步拓展了长庆气田“标准化设计”技术体系内容, 也为其它油气田的地面建设起到很好的示范作用。
标准化设计在天然气处理厂中的应用符合长庆油田5000万吨目标的要求, 此外, 苏里格气田全面推行" 标准化设计后" 还为其他油气田的地面建设提供了参考、借鉴交流的平台。也为EPC 模式的推广提供了平台。在广袤的毛乌素沙漠中体现了优质、高效、安全、超前的工程建设理念, 是现代化工业的标志和大规模气田建设的必由之路。
有专家认为, 苏里格气田标准化建设建立了中国石油低成本开发的新模式, 为其他深、低、难、稠以及海洋油气田的地面建设开辟了新途径。在地面建设领域, 苏里格气田的标准化建设模式和经济评价标准, 有望揭开中国气田开发史上更加壮丽辉煌的篇章。
[参考文献]
[1] 刘子兵, 等. 苏里格气田50亿标准化处理厂设
计技术研究及应用(科技成果) , 2010. 12. 30. [2] 李庆等. 论油气田地面工程标准化设计体系的
发展, 2010-11-20.
[3] 汤林等. 油气田地面工程标准化设计的实践与
发展, 2009-03-20.
[4] 刘礻韦等. 苏里格气田站场标准化设计、模块化
建设配套技术研究, 2008-02-23.
[5] 刘礻韦等. 苏里格气田地面系统标准化设计,
2007-12-25.
友好型企业, 促进苏里格气田的清洁发展, 与当地社会和谐发展。
统一过程控制措施, 统一处理厂内及周围植被恢复标准、道路绿化标准。
③配套标准统一
包括道路建设标准统一, 土建结构统一, 防腐保温方式统一, 供配电方式统一, 通信方式统一等方面。3. 3. 8 安全设计人性化
坚持" 安全第一、环保优先、以人为本" 的设计理念, 气井和集气站安全措施全部满足规范要求:①进、出厂管线设置紧急关断阀, 界区阀和隔离" 8" 字盲板, 在紧急情况(站外管线破裂、处理厂火灾或大面积泄漏) 自动、迅速切断气源; ②处理厂设置了紧急放空设施, 当处理厂出现火灾等重大情况时, 自动、迅速放空设备、管道内的气体。③各类分离器排液系统增设了低液位的紧急切断阀, 避免高压气体窜入低压凝液处理装置, 设置了超高液位的紧急停车, 避免对压缩机等重要设备造成损害。④全厂设置了SIS-安全仪表系统, 对处理厂各工艺装置和设施实施安全监控, 对人身安全和设备的运行进行保护。⑤设置了FGS -火灾及气体监测系统, 完成对全厂可燃气体检测与报警、火灾检测与报警, 并与SIS 联锁进行保护。⑥设置高、低压火炬系统, 提高放空的可靠性和安全性。⑦安装了电视监控系统, 减少处理厂值班操作人员, 减少了日常巡视的工作量, 提高了厂区的整体安全性。⑧" 储罐排泥及浓缩脱水技术" 的应用彻底消除人工清罐的安全隐患。3. 3. 9 设备材料国产化
从降低成本的角度出发, 设计时采用符合需要的国产化材料, 减少进口材料的使用, 是降低建设投资的重要手段。3. 3. 10 生产管理数字化
全厂采用了以DCS 为基础的全厂一体化监控系统, 由相对独立并互相联系的过程控制系统(简称PCS 站) , 紧急停车系统(简称ESD 站) , 及火气系统(简称FGS 站) 共同组成, 它的可靠性、灵活性、易扩展性达到国际先进水平, 是实现数字化生产管理的有力保证。3. 4 达到效果3. 4. 1 实现了“四个降低”
①降低了处理厂建设周期, 符合苏里格气田快速建产要求。②降低了设计、施工成本, 提高了处理厂工程的经济效益。③降低了设计图纸时错、漏、碰、缺。④降低了天然气处理厂操作运行及管理难度。3. 4. 2 经济效益
①加快建设周期, 减少人力成本。采用标准化设计的单座50亿规模处理厂, 设计、施工总周期可以控制在8个月左右, 大大降低了设计人力成本。
②减少技术交流, 调研, 商务谈判费用。标准化处理厂设计方式使得设备、材料定型化, 具备提前采购条件, 部分设备可直接续订, 技术交流、调研、商务
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长庆苏里格气田标准化天然气处理厂设计技术探讨
常志波, 刘明土, 刘子兵, 张文超
(西安长庆科技工程有限责任公司, 陕西西安 710018)
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摘 要:本文针对长庆苏里格气田产能建设速度快与天然气处理厂设计周期长所产生的矛盾, 提出
了一套适应苏里格气田天然气处理厂快速建设的标准化设计技术, 大大提高了设计质量, 降低了设计周期, 取得了较大的经济效益、社会效益及环境效益, 同时为其他油田地面设计工作提供了借鉴。
关键词:标准化; 模块化; 天然气处理厂; 苏里格气田 中图分类号:TE355. 5 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012) 16—0095—041 苏里格气田概况
长庆苏里格气田作为我国陆上最大的整装气田, 勘探面积约40000km 2, 天然气地质资源量3. 8×123
10m , 截至2008年底, 苏里格气田已累计探明储量1. 6792×1012m 3, 建成81. 7×108m 3天然气生产能
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力, 预计到2015年累计探明储量达3. 0×10m , 是名副其实的世界级特大型气田。
2007年, 中石油集团公司蒋洁敏总裁视察长庆时提出了" 努力把鄂尔多斯盆地建设成石油天然气的重要生产基地" 指示精神, 到2013年将实现年产
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油气当量5000×10t 宏伟目标, 其中天然气年产达
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到350×10m , 苏里格气田天然气年产达230×83
10m , 占65. 7%。是实现长庆油田公司天然气上产的主力区块。
按照苏里格气田230×108m 3/a 的总体规划, 苏里格气田共建天然气处理厂5座。分别是设计规模为30×108m 3/a的第一处理厂和设计总规模为50×83
10m /a的第二、三、四、五处理厂。2 长庆标准化设计进程
标准化设计是长庆油田公司为适应苏里格气田大规模建设而提出的全新设计理念, 是一种基于工艺技术优化、流程简化的设计模式, 是对集成创新的实践。
按照“发展大油田, 建设大气田”的总体要求和油气当量5000万吨的发展目标, 长庆气田规划从2008年～2015年建产能392亿方, 建井11066口, 天然气处理厂5座。预计每年新建各类场站50座以上, 管线2500公里以上。
面对繁重的地面建设任务, 我们认识到:要缓解开发投资成本的压力, 必须寻求一种全新的地面建设方式和设计方法; 要保证建设工期和质量, 必须建立气田建设良好的工作运行机制。我们树立勘探开发每一个环节都控制投资和降低成本的思想, 树立凡是与单井有关的投资和成本都严格控制的思路, 树立投资和成本在一定程度上是可以控制和降低的理念。
标准化设计就是在这样的背景下付诸实践的, 目前长庆气田井、站地面工程设计已100%实现标准
化设计。
3 天然气处理厂标准化设计技术3. 1 技术背景
长庆气田在单井、多井式井丛、集气站相继形成标准化设计以后, 已能够较好的适应长庆气田快速建产的要求, 然而, 随着产建速度的加快及天然气供需矛盾的加剧, 如何建立起一整套适应长庆气田产能建设速度的天然气处理厂设计体系, 成为摆在气田地面设计人员眼前的一道难题, 天然气处理厂工程建设投资大, 建设周期长, 如按照国际类似天然气处理厂工程建设经验进行建设, 建成1座50×83
10m /a处理规模的处理厂至少需要3年左右的时间, 远远不能满足长庆气田产能建设要求。这就要求地面设计人员必须找到一种针对天然气处理厂工程的快速设计方法, 以降低设计周期, 满足产建速度要求。3. 2 技术难点
(1) 天然气处理厂的标准化设计模式国内外没有可借鉴的成功先例。
标准化设计是长庆油田公司为适应苏里格气田大规模建设而提出的全新设计理念, 是一种基于工艺技术优化、流程简化的设计模式, 是对集成创新的实践, 目前已取得的标准化设计成果也仅仅限于气井、井丛、集气站的设计, 针对处理厂规模大, 处理厂工艺复杂的天然气处理厂工程设计, 没有任何成功先例可以借鉴。
(2) 天然气处理厂要实现标准化设计目标, 需要大量的成熟技术作为技术支撑。
苏里格气田天然气处理技术充分总结了长庆已建成的榆林天然气处理厂和长北天然气处理厂成功建设经验, 针对苏里格气田天然气处理的难点, 开展了大量的技术交流和攻关工作, 为苏里格气田天然气处理厂最终实现标准化设计奠定了基础。
2005年对国内已经投产的大型压缩机进行现场调研, 同时同国内外大型压缩机厂家进行大量技术交流工作, 最终确定天然气压缩机设备选型以及降噪、余热回收、震动分析的方案, 开展大规模天然气增压主体工艺试验;
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内蒙古石油化工 2012年第16期
3. 3 技术内容
苏里格气田标准化天然气处理厂总体处理规模50×108m 3/a,采用先增压后丙烷制冷脱油脱水的标准化总工艺流程, 采用三维设计软件对全厂进行三维设计, 设计时将全厂各个装置单体进行模块划分, 再针对每个模块进行独立的三维设计, 之后通过全厂工艺及热力管网将各个相对独立的定型化三维设计模块在总平面图中进行定位拼接, 就形成了整座天然气处理厂的整体设计, 较传统二维场站设计方式, 将“平面叠加”的设计方式转换为“立体组合”的设计方式, 缩短了设计周期, 提高了设计质量, 加快了工程建设进度, 有利于批量化采购, 模块化施工及数字化管理要求。
全厂设置500×104m 3/d 脱油脱水装置3套; 卡特彼勒(CAT ERPILLAR) 的G3616燃气发动机配ARIEL /JGZ6压缩机组7台, 单台处理气量252×4333
10m /d;设置54m 段塞流捕集器4台; 80m /d甲醇回收装置1套; 80t /d 凝析油稳定装置1套; 同时设置清管装置、注醇装置、外输计量装置等工艺装置; 辅助生产设施包括火炬及放空系统、分析化验室、维修和消防, 供水站、35kV A 变电站、污水处理及回注系统, 空氮站、锅炉房和燃料气系统各1座(套) ; 设置DCS 控制系统、FGS 检测系统和ESD 紧急停车系统各1套, 包括程控电话交换系统、数据传输网络、防爆扩音/防爆无线对讲通信、工业电视监控通信系统各1套。
借鉴苏里格气田井、站标准化设计经验, 天然气处理厂标准化设计主要研究内容包括以下“十化”:3. 3. 1 处理厂规模、装置规模标准化
根据地面系统总体布局及建设规模, 确定合理的处理厂规模和装置规模系列, 系列尽量全面覆盖, 适合开发建设需要。
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①处理厂规模标准。以50×108m /a规模进行标准化设计。
②装置规模标准。形成500×104m 3/d 规模的脱
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油脱水装置, 1515×10m /d规模的段塞流集气装置及增压装置, 80t /d规模的凝析油稳定装置,
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80m /d规模的甲醇回收装置。
③辅助配套规模标准。63×104m 3/h 规模的高
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压放空系统, 1000m /d规模的污水处理机回注装置, 35kV 变电所。3. 3. 2 工艺流程通用化
通过优化、简化工艺流程, 统一系统布局和生产工艺, 使处理工艺与井场和集气站的工艺流程保持衔接, 为处理厂的标准化设计奠定基础。
①统一处理工艺总流程, 即“先增压后丙烷制冷脱油脱水工艺的主体工艺”。
②统一天然气增压流程。天然气经接收、预分离后进增压系统, 压力由2. 4M Pa (g) 增压至6. 1M Pa (g ) , 然后输往脱油脱水区。
③统一天然气处理流程。天然气处理采用丙烷制冷低温冷凝分离工艺。从增压流程来的天然气首先进入经过滤分离器再进入预冷换热器, 利用外输, 2006年开展“先增压后丙烷制冷脱油脱水的天然气处理" 主体工艺试验;
2008年开展“先脱油脱水后增压(部分增压, 周边用户不增压直接外输) 天然气处理" 主体工艺试验;
2009年开展了“内浮顶罐氮气密封, 音速放空, 天然气凝液加工, 段塞流捕集, 分排分处的污水处理" 工艺试验。
通过气田地面开发集成创新、优化简化, 确立了“先增压后丙烷制冷脱油脱水的天然气处理主体" 的总体工艺技术路线。形成了8项关键技术:①大规模天然气增压技术; ②丙烷制冷脱油脱水技术; ③音速放空应用技术; ④段塞流捕集技术; ⑤天然气凝液加工技术; ⑥内浮顶罐氮气密封技术; ⑦分排分处的污水处理技术; ⑧以DCS 为基础全厂一体化监控技术。
通过对苏里格气田天然气处理工艺技术的探索试验、优化简化, 形成了国内继新疆克拉二气田、长庆榆林气田之后的" 增压后天然气处理" 模式, 为天然气处理厂标准化设计提供了有力的技术支撑。
(3) 天然气处理厂工程设计涉及专业多, 必须对其进行全面的统一技术规定, 为实现全面标准化设计提供基础。
天然气处理厂工程设计涉及天然气处理、总图、建筑结构、电气、仪表、通信、热工、暖通、给排水、消防、环保、机械、防腐、注水等诸多专业, 要想实现整座处理厂的标准化设计, 必须对所有专业进行全面、科学、合理的统一技术规定, 设计时严格遵守, 确保标准化设计的质量。
(4) 处理厂工程各种功能装置区、土建单体数量多, 标准化设计时模块划分难度大, 管网整体衔接时精度要求高。
由于处理厂内各类功能装置区、土建单体数量多, 如完全借鉴苏里格集气站的标准化设计经验, 将每套设备都划分成独立的三维设计模块, 将使得处理厂的模块划分过于复杂, 整体拼接时难度太大, 设计人员经过多次论证, 按流程顺序, 将全厂分为脱油脱水区模块、增压区模块等工艺模块及供热站、供水站等辅助配套模块, 每个模块内又包括若干种设备, 设计时将整个装置区作为一个整体, 将与厂内管网连接的各类介质管线设计至装置区边界, 以便后期设计时利用管网对其进行定位拼接。
(5) 天然气处理厂工程设备及管材种类繁杂, 必须编制一整套详细的技术规格书, 以满足批量化订货要求。
处理厂工程设备多、管材多, 编制一套完整的标准化技术规格书, 包含材料、管径、阀门、设备的选取原则, 有利于标准化处理厂的统一、易于订货和施工
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建设及投产运营。针对50×10m /a规模天然气处理厂, 编制完成了工艺、自控、电气、热工、给排水、环保、加工、通信、注水、消防等10个专业, 共计约40多类设备的标准化技术规格书, 对所选设备进行了系统、科学的技术要求, 使其最大程度上满足设计及生
2012年第16期 常志波等 长庆苏里格气田标准化天然气处理厂设计技术探讨器, 与液体丙烷进行换热降温; 进入低温分离器进行脱油脱水。分离后的干气再进入预冷换热器, 与原料天然气逆流换热, 然后去计量装置区外输。分离出的凝液经加热闪蒸后, 闪蒸气至作为燃料气使用, 未稳定凝析油至凝析油装置区, 含醇污水至甲醇回收装置。
④统一的天然气凝液加工流程。自脱油脱水区来的未稳定凝析油, 进入凝析油稳定塔内, 在温度为140℃, 压力为0. 4～0. 5M Pa 下进行稳定, 达到出矿原油技术条件后输往稳定凝析油储罐储存, 并定期对外拉运。
⑤统一的污水处理流程。污水处理采用将不含醇污水和含醇污水分开处理技术。
不含醇污水选择“压力斜管除油-粗滤-精滤”的污水处理工艺, 使水质达到回注标准后回注地层。
含甲醇污水预处理采用“密闭装卸车+涡流反应絮凝沉降+污泥回流+自动排泥+含醇污泥热力脱醇脱水技术”, 使水质达到回注标准后回注地层。3. 3. 3 平面布置统一化
在尽量减少占地和满足功能需要的基础上, 对其布局进行统一规划, 使处理厂的工艺装置区、辅助生产区和公用工程区大小、方位统一, 达到标准化设计的目的。
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3套单套处理规模为500×10m /d的脱油脱水装置以及7台天然气压缩机位于整个处理厂的中央。其东侧布置着清管和集配气区。组成了厂区主要生产区。
辅助生产区主要布置在厂区北侧及东北侧。由凝析油稳定、甲醇回收、甲醇罐区、污水处理及回注区、燃料气和卸车区构成。
公用配套区围绕主要生产区布置在西侧及北侧。由供水站、供热系统和35kV 变电所构成。办公区位于厂区南侧。由西向东分别为中控楼、化验室、材料配件库、维修工房和空氮站。厂区主大门位于西南侧, 带安全教育门岗房。次大门位于东南侧, 主要供车辆进入。此外, 在厂区北侧设置一处安全逃生门。东侧另设通往火炬区大门一处。此外, 卸车区位于厂区东侧, 有独立的拉运道路及出入口, 用围栏与厂区相对隔离。火炬区及35KV 变电所均设有独立的出入口。全厂出入口设置在方便人流、货流分开及保证生产流程顺畅的同时, 兼顾了安全疏散。3. 3. 4 工艺设备定型化
对处理厂使用的设备统一标准、统一外形尺寸、统一技术参数; 同时保证质量安全可靠、造价合理, 为规模化采购提供依据。
设备定型化的基本要求:①优先采用先进、高效、节能、环保、维护方便的设备; ②注重现场实践, 优选生产应用成熟的工艺设备; ③标准设备参数定型; ④非标设备尺寸定型(外形和接口) ; ⑤设备的连接方式和执行标准统一, 便于替换和维修。3. 3. 5 设计安装模块化
利用三维设计手段, 根据功能、组成, 对处理厂进行模块划分, 模块应具有较强的通用性、互换性,
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可以形成不同类型、不同规模井站的整体设计。
根据专业、功能划分为:工艺安装模块、辅助生产模块、公用工程模块、总图模块等。
模块分解:每个模块包含配套的相关专业, 形成一套完整的模块图纸; 例如脱油脱水模块包括工艺、土建、仪表、机械、电气等内容。总图模块包括工艺、电气、给排水及消防综合管网、围墙、道路等。
①工艺安装模块:截断阀区模块、清管区模块、集气区模块、配气区模块、增压区模块、脱油脱水区模块、闪蒸分离及丙烷储罐区模块、甲醇回收区模块、凝析油稳定区模块等;
②辅助安装模块:储运设施模块、放空及火炬区模块等;
③公用工程模块:中控楼模块、化验楼模块、维修工房模块、气瓶及溶剂库模块、空氮站模块、供水站模块、35kV 变电所模块、污水处理及回注模块等。
④总图模块:全厂工艺及热力管网模块、消防管网模块、全厂电缆桥架及管沟模块等。
模块组合:以标准化平面布置为基本框架, 三维单体与综合管网进行定位拼接。
三维模块连接示意图
3. 3. 6 管阀配件规范化
管阀配件规范化就是针对目前国内管阀配件行业标准多、不统一的现状, 规范工程中使用的各种类型的管阀配件, 使材料、连接方式、执行标准等统一, 方便规模化采购和生产维修。①阀门采用国家标准; ②站内有缝钢管采用GB /T 9711. 2标准; ③站内无缝钢管采用GB /T 8163标准; ④站内有缝管件采用GB /T13401标准; ⑤站内钢制对焊无缝管件采用GB12459标准; ⑥法兰、垫片、紧固件采用化工行业标准HG20592～20635标准。3. 3. 7 建设标准统一化
对处理厂内标识、环保措施、道路、自控、供电等配套标准进行统一, 既反映企业整体形象又节约投资、讲求实效, 达到企业与周围环境的和谐统一。
①标识统一
遵循“四统一" 的原则, 即“统一建筑风格, 统一建筑及设备色彩, 统一标识, 统一字体色带尺寸", 达到处理厂标识统一, 符合集团公司视觉标准化要求。
②环保措施统一
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内蒙古石油化工 2012年第16期
谈判等会议费用大大减少。
③降低运行操作难度, 减少培训费用, 节约管理成本。采用标准化设计的处理厂平面布置一致, 设备型号相近, 大大降低了运行人员的操作难度, 培训费用、管理成本。
④设计精度提高, 后期变更费用减少。3. 4. 3 社会效益
①标准化设计在天然气处理厂中的应用对缓解北京等下游城市供气紧张局面有积极的作用, 同时促进了内蒙古及陕西等省市利用天然气发电、天然气汽车及天然气化工等产业的发展, 对调整能源结构合理化具有非常积极的作用。
②采用标准化设计的天然气处理厂, 工艺流程、设备选型定型化, 使得处理厂运行更加平稳, 管理更加科学化、系统化, 大大降低了事故的发生几率, 为周边居民生产生活的安全提供了有力保证。3. 4. 4 环境效益
①标准化平面布置使得处理厂征地面积更加科学、合理, 减少了对毛乌素沙漠环境的影响。
②处理厂辅助配套系统中设有甲醇回收、污水处理及回注等装置, 有效降低了生产运行对周边环境的破坏。4 技术水平评价
天然气处理厂的标准化设计技术进一步拓展了长庆气田“标准化设计”技术体系内容, 也为其它油气田的地面建设起到很好的示范作用。
标准化设计在天然气处理厂中的应用符合长庆油田5000万吨目标的要求, 此外, 苏里格气田全面推行" 标准化设计后" 还为其他油气田的地面建设提供了参考、借鉴交流的平台。也为EPC 模式的推广提供了平台。在广袤的毛乌素沙漠中体现了优质、高效、安全、超前的工程建设理念, 是现代化工业的标志和大规模气田建设的必由之路。
有专家认为, 苏里格气田标准化建设建立了中国石油低成本开发的新模式, 为其他深、低、难、稠以及海洋油气田的地面建设开辟了新途径。在地面建设领域, 苏里格气田的标准化建设模式和经济评价标准, 有望揭开中国气田开发史上更加壮丽辉煌的篇章。
[参考文献]
[1] 刘子兵, 等. 苏里格气田50亿标准化处理厂设
计技术研究及应用(科技成果) , 2010. 12. 30. [2] 李庆等. 论油气田地面工程标准化设计体系的
发展, 2010-11-20.
[3] 汤林等. 油气田地面工程标准化设计的实践与
发展, 2009-03-20.
[4] 刘礻韦等. 苏里格气田站场标准化设计、模块化
建设配套技术研究, 2008-02-23.
[5] 刘礻韦等. 苏里格气田地面系统标准化设计,
2007-12-25.
友好型企业, 促进苏里格气田的清洁发展, 与当地社会和谐发展。
统一过程控制措施, 统一处理厂内及周围植被恢复标准、道路绿化标准。
③配套标准统一
包括道路建设标准统一, 土建结构统一, 防腐保温方式统一, 供配电方式统一, 通信方式统一等方面。3. 3. 8 安全设计人性化
坚持" 安全第一、环保优先、以人为本" 的设计理念, 气井和集气站安全措施全部满足规范要求:①进、出厂管线设置紧急关断阀, 界区阀和隔离" 8" 字盲板, 在紧急情况(站外管线破裂、处理厂火灾或大面积泄漏) 自动、迅速切断气源; ②处理厂设置了紧急放空设施, 当处理厂出现火灾等重大情况时, 自动、迅速放空设备、管道内的气体。③各类分离器排液系统增设了低液位的紧急切断阀, 避免高压气体窜入低压凝液处理装置, 设置了超高液位的紧急停车, 避免对压缩机等重要设备造成损害。④全厂设置了SIS-安全仪表系统, 对处理厂各工艺装置和设施实施安全监控, 对人身安全和设备的运行进行保护。⑤设置了FGS -火灾及气体监测系统, 完成对全厂可燃气体检测与报警、火灾检测与报警, 并与SIS 联锁进行保护。⑥设置高、低压火炬系统, 提高放空的可靠性和安全性。⑦安装了电视监控系统, 减少处理厂值班操作人员, 减少了日常巡视的工作量, 提高了厂区的整体安全性。⑧" 储罐排泥及浓缩脱水技术" 的应用彻底消除人工清罐的安全隐患。3. 3. 9 设备材料国产化
从降低成本的角度出发, 设计时采用符合需要的国产化材料, 减少进口材料的使用, 是降低建设投资的重要手段。3. 3. 10 生产管理数字化
全厂采用了以DCS 为基础的全厂一体化监控系统, 由相对独立并互相联系的过程控制系统(简称PCS 站) , 紧急停车系统(简称ESD 站) , 及火气系统(简称FGS 站) 共同组成, 它的可靠性、灵活性、易扩展性达到国际先进水平, 是实现数字化生产管理的有力保证。3. 4 达到效果3. 4. 1 实现了“四个降低”
①降低了处理厂建设周期, 符合苏里格气田快速建产要求。②降低了设计、施工成本, 提高了处理厂工程的经济效益。③降低了设计图纸时错、漏、碰、缺。④降低了天然气处理厂操作运行及管理难度。3. 4. 2 经济效益
①加快建设周期, 减少人力成本。采用标准化设计的单座50亿规模处理厂, 设计、施工总周期可以控制在8个月左右, 大大降低了设计人力成本。
②减少技术交流, 调研, 商务谈判费用。标准化处理厂设计方式使得设备、材料定型化, 具备提前采购条件, 部分设备可直接续订, 技术交流、调研、商务