高含硫气田集输系统安全控制技术研究

毕新忠1，赵华1，张军2

（1?中国石化胜利油田分公司桩西采油厂，山东 东营 257237；2?中国石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257026）

摘要：针对元坝气田天然气高含硫化氢和二氧化碳的特点，集输系统采用改良的湿气集输工艺，通过加热及水合物抑制剂有效控制水合物生成；通过污水管道将集气站分出的污水输送到污水站集中处理回注。介绍了高含硫集输系统设计需要采取的安全措施。

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关键词 ：高含硫；湿气分输；安全设计要求；安全控制技术

中图分类号：X 954文献标识码：A

收稿日期：2015-01-20

第一作者简介：毕新忠（1970-），男，高级技师，从事油气集输管理工作。

高含硫气田开发期间地面集输设计的难点：一是高含硫天然气介质具有剧毒和强腐蚀性，硫化氢泄漏风险高，安全运行要求高；二是地处复杂山地地貌，人口稠密，管网布局难度大，集输难度大；三是气井含有地层水，特别是运行几年后含水量大，影响集输管道的正常运行，污水处理和回注难度大；四是安全环保要求高。

元坝单井平台较多，气井比较分散，最边缘站场距集气总站约33 km；元坝总体集输工艺路线推荐“改良的全湿气加热保温混输工艺”。单井站→集气站：采用湿气加热保温、气液混输工艺；集气站→集气总站：采用湿气加热保温、气液分输工艺，井口天然气经节流、分离、加热、计量后外输，其中外输原料气采用“加热保温＋注缓蚀剂”工艺经集气支线进入集气干线，然后输送至集气总站，集气站分离出来的生产污水外输至元坝29污水站处理后回注地层；输送至集气总站的原料气再次分水，生产污水输送至大坪污水站处理后回注地层，含饱和水蒸气的酸气则送至净化厂进行净化后外输。元坝地面集输管网布局如图1所示。

针对湿气输送过程中的腐蚀风险，确定了以集输管材和缓蚀剂应用为主要内容的综合防腐技术。同时配套应用自动控制、联锁关断和环境保护技术，实现安全、高效和环保开发。

1集输工艺

1?1湿气集输工艺流程

湿气分输工艺主流程如下：

采用井场分离采出水和凝结水的湿气集输工艺，与两相混输工艺相比，井场设备多了分离器。污水可以通过车拉或管道输送到污水站。分水湿气输送方案主要有以下优点：

（1）集输管道在正常情况下为单相输送，清管通球的频率减少，方便操作管理；

（2）采出地层水量大时，流程适应能力较强。后期可以计量地层出水情况；

（3）形成段塞流几率小。

1?2水合物防治技术

为了防止高压天然气在节流和输送过程中形成水合物，必须采取防止水合物形成的措施，通常采用的措施有加热、加抑制剂两种方法。

目前常用的加热设备为水套加热炉。水套加热炉适用于热负荷波动范围较大的场合，其易于操作和控制，使用也比较安全。经分离后的天然气进入加热炉加热，在压力和水含量不变的情况下，加热后的天然气中的水含量将处于不饱和状态，亦即天然气温度高于其露点温度，因而可以防止水合物的形成。

正常生产时，气田采用水套加热炉加热防止水合物的形成；事故工况和开停工状况下则采用注抑制剂方式防止水合物形成。

1?3污水收集及处理技术

元坝气田的生产污水主要来自于各集气站和集气总站分离出来的污水，分离出的污水经污水收集管线输送到污水站集中处理，污水管线与酸气管线同沟敷设。

污水处理主流程如下：

污水来水→压力两相污水接收罐 →污水池→污水提升泵→双滤料过滤器→精细过滤器缓冲罐→外输泵→污水外输回注

1?4阀室设置

根据SY/T 0612-2008《 高含硫化氢气田地面集输系统设计规范》高含硫气田需要设置阀室，其主要作用是限制H2S最大泄漏量，缩小扩散范围，降低泄漏后环境中H2S浓度。阀室的数量由公式（1）计算确定。

式中：

D0——酸气管线的内径（m）；

L——ESD阀室的间距（m）；

P1——酸气管道的操作压力（MPa）；

C0——H2S的摩尔浓度；

VH2S——H2S的释放量（m3）；

P0——标况下的压力，P0=0?1 MPa。

2综合防腐技术

气田集输系统腐蚀防护采用 “抗硫管材+缓蚀剂+腐蚀监测+阴极保护+智能清管”的综合防腐工艺，在选用抗腐蚀材质的基础上，加注缓蚀剂减缓系统腐蚀，采用腐蚀监测手段随时跟踪监测系统腐蚀状况，同时定期清管保持系统处于相对“干燥”状态，从而降低酸性气体的腐蚀影响。

2?1材料选择

在酸气系统中，存在高浓度的H2S、CO2（并可能存在氯离子和单质S）等多种腐蚀物质，腐蚀环境极其恶劣。依据执行NACE MR0175/ISO 15156《石油天然气生产中-含硫化氢环境中原材料使用规定》标准，集输管道和设备选材要求如下：

（1）酸气集输管道及管件选用L360QS无缝钢管，腐蚀余量取3?2 mm，并对材料的纯净度、杂质的形态控制、钙化处理、S、P等有害元素进行严格的限定，控制材料的硬度，模拟现场条件对所选抗硫管材进行SSC、HIC试验和评价，以及焊接工艺评定。

（2）设备材料的选择：压力容器以抗硫碳钢材料为主，如Q345R（HIC）、Q245R（HIC）和16Mn（HIC）锻件等，对材料本体在化学成分、力学性能、晶粒度、带状组织、低温冲击韧性、热处理、硬度，以及抗HIC、SSC、SOHIC性能评价等方面进行抗硫限定。

2?2集输管道内防腐

在井口及出站管线处加注缓蚀剂以抑制内腐蚀的发生，保证集输系统平稳安全的运行；建立在线腐蚀监测系统，实现对缓蚀剂效果及集输系统腐蚀状态的在线监测分析。

（1）缓蚀剂加注。缓蚀剂加注采用缓蚀剂预涂膜+缓蚀剂连续加注+缓蚀剂批处理联合工艺。

①预涂膜缓蚀剂：在系统投产前利用清管器携带油溶性缓蚀剂对站外集输管线内壁进行预涂膜。

②连续加注缓蚀剂：在井口处连续加注缓蚀剂。

③批处理缓蚀剂：为了增强连续加注缓蚀剂的保护效果，结合腐蚀监测情况，每年采用油溶性缓蚀剂定期进行处理，按每月1次批处理操作。

（2）腐蚀监测系统。站场采用了腐蚀挂片（CC）、电阻探针（ER）、线形极化探针（LPR）、定期进行铁离子分析，及时了解腐蚀情况。在线路管道上采用电指纹（FSM）系统进行监测，随时掌握管道的腐蚀数据。

除腐蚀挂片外的所有在线监测方法测量的数据可通过网络传至站控室和中控室，进行实时在线监测和数据分析处理。通过对腐蚀监测数据进行分析，可及时了解系统腐蚀状况，以便及时调整缓蚀剂的配方、加注量及批处理频率等参数，优化防腐措施，有效防止腐蚀的加剧，保证管道的安全运行。

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