摘要 四川盆地普光气田天然气净化厂具有l20×10⁸ m³/a的高含硫天然气(H₂S体积分数为14.14%，C0₂体积分数为8.6%，有机硫含量为340 mg/m3)处理能力。为了保证事故工况时其大排量高含硫天然气的安全泄放和高效燃烧，优化了高低压放空管网及火炬系统的设计，突破一般天然气净化厂“全量放空”的常规设计思路，合理确定了放空规模为75×10⁴ m³/h，研发出空抗低温、防火雨、高低压火炬密封、大排量放空防回火、三重保障点火、流体密封等技术，同时引进高效高低压酸性气火炬燃烧器，保证了火炬的安全平稳运行。放空与火炬系统投产后运行平稳，燃烧效率高于99.9%，为新建或改扩建大型天然气净化厂提供了参考。

关键词 普光气田 高含硫天然气 大排量 放空系统 火炬系统 设计 安全 解析

 

    四川盆地普光气田天然气净化厂(下称普光净化厂)是“川气东送”工程的核心组成部分，建设有6联合12系列的300×10⁴ m³/d天然气净化装置、集气总站及赵家坝污水站，具有l20×10⁸ m³/a的高含硫天然气(H₂S体积分数为14.14%，C0₂体积分数为8.6%，有机硫含量为340 mg/m³)处理能力，为目前亚洲最大规模高含硫天然气处理装置(图1)。天然气净化装置内的高压、高含硫天然气介质存量巨大、剧毒有害、易燃易爆，当出现火灾、大面积泄漏等极端事故工况时，必须保障生产装置与周边人员的安全^[1-4]，大排量的高含硫天然气需要安全泄放、高效燃烧，这就对天然气净化装置的放空及火炬系统提出了更高的要求^[5-6]。

 

1 特大型高含硫天然气净化装置的放空系统

 

1.1 放空系统简介

    普光净化厂6联合l2系列的天然气净化装置分别布置于厂内东西两个区域，其间间隔设置循环水场、变电站等公共工程设施，单系列天然气净化装置均包含脱硫、脱水、硫磺回收、尾气处理与酸水汽提5个工艺单元，其中每个系列装置脱硫单元每小时处理8.0MPa高压高含硫天然气l2.5×10⁴ m³，脱水单元每小时处理8.0 MPa高压不含硫湿净化气20.8×10⁴ m³，Claus硫磺回收单元每小时处理硫化氢体积分数为60%的低压再生酸性气3.2×10⁴ m^3[7]。根据天然气净化装置整体布局与生产单元的工况特点，考虑到事故工况下不同系列天然气净化装置高压和低压气体同时泄放的可能性，为防止高压放空天然气影响低压酸性气的安全有效泄放，天然气净化装置防空系统设有DN900mm的高压、低压并行2套放空管网，形成了“高低压分离、东西区互联”的放空管网系统（见图2，其中红色所示为高压管网，黑色所示为低压管网）。

 

 

    放空管网系统包括从各系列天然气净化装置内的放空阀后至高低压放空分液罐的部分。每系列装置管廊上的高低压放空总管经位于装置界区的高低压分液罐分离泄放气中携带的脱硫、脱水溶剂后，汇入东西区高低压放空管网。东区高低压放空管网主要负责第一、二、三联合天然气净化装置、赵家坝污水站及集气总站的放空需要，西区高低压火炬放空管网主要负责第四、五、六联合天然气净化装置的放空需要。东西区高压放空管网并行进入高压放空分液系统，东西区低压放空管网汇合成低压放空总管后进入低压放空分液系统。

    高低压放空管网系统于管网起始端设置多点净化天然气吹扫点，使用净化气对高低压放空管线进行不间断全网吹扫，保持管网内气体的流动性，防止高含硫的放空气在管网内滞留而造成对管网的腐蚀；在低压放空汇管设置低压酸性气放空伴烧系统，根据低压放空气的流量和组分，合理调整净化天然气伴烧配比系数，提高低压酸性放空气的可燃烧性与热值，保证酸性放空气燃烧的充分性。

1.2 特大型天然气净化装置放空控制技术

    普光净化厂12系列天然气净化装置处理高含硫天然气的能力高达l50x 10⁴ m³/h，东西区装置各处理75×10⁴ m³/h，国内天然气净化厂一般按照“全量放空”思路来考虑设置放空系统，但普光净化厂却不宜按照常规“全量放空”思路来设计放空系统。通过研究特大型天然气净化装置放空控制技术，合理确定普光净化厂的放空规模为75×10⁴ m³/h，相比常规全量放空设计，减少了40%的系统投资。

    针对火灾、泄漏等不同的事故工况，开发了特大型天然气净化装置“保压”与“放空”2种模式及4个级别的放空控制技术：保压、0.5 MPa/min放空、1.0 MPa/min放空和1.5 MPa/min放空。在天然气净化厂发生不可控天然气泄漏事故时，根据具体情况触发启动相应等级的“放空”，其他事故工况按“保压”方式处理，在安全生产的原则下尽量少放空，以保障装置运行的经济性与环保性。

1.3大排量高压放空抗低温技术

    高压大排量酸性气放空的Joule—Thomson效应会产生低温工况，由于目前国内天然气净化厂规模较小，放空管网管径小，可直接采用低温碳钢材料。天然气净化装置特大型化之后若仍然使用之前的设计方法，则管线材料的投资将大增。普光净化厂火炬放空管线采用合理设置管网壁厚来克服低温低应力效应，并合理设置补偿器来解决壁厚增加带来的应力问题^[8]，全厂放空管网投资减少了数百万元。

    同时，低压放空酸性气高含硫化氢与饱和水蒸气，可对高低压放空网管进行全流程伴热，防止高压放空管网中出现节流冻堵事故，同时防止低压放空管网出现强腐蚀性液体而危害放空管网安全。