高含硫天然氣濕氣集輸管道系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及控制.pdf

1、本文結(jié)合國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“高含硫氣藏安全高效開(kāi)發(fā)技術(shù)”下屬課題——“高含硫氣田集輸工藝與安全控制技術(shù)”，系統(tǒng)開(kāi)展高含H2S氣田集輸管道系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析與安全控制技術(shù)及應(yīng)用研究，通過(guò)理論分析、數(shù)值計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真，在高含H2S濕氣管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)影響因素辨識(shí)、高含H2S濕氣管道穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)特性研究、集輸處理工藝過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)和管道過(guò)程對(duì)泄漏影響及泄漏控制研究等方面取得較大研究進(jìn)展。主要成果總結(jié)如下：
　　 1.高含硫濕

2、氣集輸管道基本工藝參數(shù)風(fēng)險(xiǎn)特性
　　 對(duì)比天然氣濕氣管道壓力計(jì)算方法，計(jì)算濕氣天然氣集輸管道壓力特性，分析穩(wěn)態(tài)條件下管道壓降梯度和溫度分布規(guī)律，對(duì)比不同濕氣天然氣水氣比(WGR)值對(duì)壓力和溫度的影響，并評(píng)估水合物堵塞風(fēng)險(xiǎn)。研究天然氣流量變化影響因素與天然氣組分性質(zhì)及含量之間的關(guān)系。在相同壓力條件下，體積流量變化隨H2S摩爾含量增加不是單純的負(fù)增長(zhǎng)下降趨勢(shì)，壓縮系數(shù)和分子量共同影響體積流量的變化。研究高含H2S天然氣水合物堵塞風(fēng)險(xiǎn)

3、識(shí)別方法，結(jié)果表明濕氣天然氣始終處于過(guò)飽和水條件，具有生成水合物的必要條件。對(duì)比不同H2S濃度對(duì)水合物生成條件的影響，并基于管道壓力和溫度分布規(guī)律分析濕氣天然氣水合物生成和發(fā)生堵塞風(fēng)險(xiǎn)和相關(guān)安全問(wèn)題。
　　 2.濕氣集輸工藝過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)
　　 通過(guò)危險(xiǎn)可操作分析(HAZOP)分析，系統(tǒng)識(shí)別直接影響集氣站和出站管道安全平穩(wěn)運(yùn)行的各種風(fēng)險(xiǎn)偏差和過(guò)程工藝風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬技術(shù)，提出基于過(guò)程的HAZOP偏差定量化解決方法

4、。針對(duì)典型的不可接受過(guò)程偏差進(jìn)行定量模擬分析，研究高壓濕氣集輸工藝過(guò)程中的超壓風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)超壓的形式和原因進(jìn)行分析，計(jì)算超壓安全泄放量，提出高含硫集氣站超壓風(fēng)險(xiǎn)分析理論方法和計(jì)算過(guò)程。對(duì)火災(zāi)條件下安全閥泄放能力進(jìn)行定量研究，包括分析高壓天然氣集輸設(shè)備火災(zāi)發(fā)生特點(diǎn)和形式，對(duì)不同火災(zāi)規(guī)模下設(shè)備火災(zāi)受熱導(dǎo)致的超壓過(guò)程進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：火災(zāi)導(dǎo)致的超壓風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)低于過(guò)程超壓風(fēng)險(xiǎn)。建立井口水合物抑制劑注入動(dòng)態(tài)模型，得到水合物抑制劑濃度動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，提出

5、量化注入指標(biāo)。
　　 3.非正常生產(chǎn)工況條件下高含硫濕氣管道風(fēng)險(xiǎn)特性
　　 濕氣天然氣處于飽和水狀態(tài)下，在低溫和高壓下極易形成水合物，穩(wěn)態(tài)條件下可以通過(guò)提高溫度和水合物抑制劑控制水合物產(chǎn)生，但在啟輸和停輸階段溫度、壓力存在大幅度的動(dòng)態(tài)變化，形成水合物并可能帶來(lái)嚴(yán)重的堵塞和超壓風(fēng)險(xiǎn)。利用ACTIVE技術(shù)，結(jié)合HYSYS和MATLAB偏微分工具PDETOOL，通過(guò)建立天然氣濕氣埋地管道的輸送及熱傳遞動(dòng)態(tài)模型，預(yù)測(cè)管道在啟輸和

6、停輸過(guò)程中水合物形成風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合實(shí)例，對(duì)啟輸及停輸過(guò)程的管道沿程壓力、溫度變化特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，得出非正常運(yùn)行時(shí)，避免水合物生成的安全時(shí)間。對(duì)不同水氣比(WGR)值下的濕氣天然氣游離水析出特性進(jìn)行分析。提出基于準(zhǔn)力學(xué)平衡方程的濕氣天然氣積液臨近流速計(jì)算方法，并結(jié)合物性計(jì)算工具進(jìn)行計(jì)算，分析了該方法的適用性。研究積液形成段塞流后，不同頻率下的段塞流特征和產(chǎn)生的管道超壓特性，為風(fēng)險(xiǎn)控制提供參考。
　　 4.高含硫濕氣天然氣管道過(guò)程內(nèi)腐

7、蝕影響參數(shù)分析
　　 研究管道運(yùn)行參數(shù)對(duì)高含硫濕氣管線內(nèi)腐蝕影響，應(yīng)用內(nèi)腐蝕評(píng)價(jià)技術(shù)(ICDA)評(píng)價(jià)高含硫濕氣輸送管道風(fēng)險(xiǎn)，分別針對(duì)三方面要素展開(kāi)分析，分析濕氣高含硫管道流態(tài)和腐蝕速率確定技術(shù)路線。定量分析流動(dòng)參數(shù)與腐蝕率問(wèn)的影響關(guān)系，定性討論了其它與濕氣管線內(nèi)腐蝕分布相關(guān)的影響因素。
　　 5.高含硫天然氣管道泄漏過(guò)程與控制優(yōu)化研究
　　 通過(guò)對(duì)兩種主要的事故形式——高含硫天然氣泄漏導(dǎo)致的硫化氫中毒和氣體爆炸事

8、故的研究，利用HYSYS模擬管網(wǎng)運(yùn)行條件下的各種臨界參數(shù)條件，估計(jì)最大潛在物質(zhì)量和最壞的后果。通過(guò)實(shí)例，利用Pasquill-Gifford模型計(jì)算最大可能的H2S濃度、利用等效TNT方法估計(jì)最壞的爆炸后果，得到死亡和破壞概率曲線，提出基于本質(zhì)安全的安全控制方法?，F(xiàn)有天然氣管道的泄漏速率計(jì)算基本在兩種假設(shè)條件下得到，即泄漏壓力恒定的穩(wěn)態(tài)泄漏，或緊急關(guān)斷閥(ESDV)同時(shí)關(guān)閉后，壓力變化的動(dòng)態(tài)泄漏，與實(shí)際存在差別。結(jié)合管道輸送過(guò)程，構(gòu)建基