CO_2在天然气处理厂的扩散分析.pdf

第 3 7卷第 2期 石油工程建设 9 c 毒 然 罄 的扩 分析 叠 曩 “ - i 0 毒 誊 。 善 一 。 。 扈 滨，李明悦 胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司，山东东营2 5 7 0 2 6 摘 要 随 着环 保 和职 业 卫 生要 求 的逐 渐 加 强 ，针 对 天然 气 处理 厂 C 0 2 气体放 空 的情 况 ，结合 C O 2 在天 然 气处理 厂 的泄放 实例 ，介 绍 了 C O 2 气体 扩散 的 危 害。利 用挪 威船 级 社技 术公 司研 发 的 P H AS T 5 ． 2 2专 业软 件 对 C O 气体 的扩散 过 程进行 了分析计 算 。指 出天然 气处理 厂应 重视 C O 气体 的危 害 ， 若 长期 连 续放 空 ，势 必会 对环 境 造 成 严 重危 害 ，各 类天 然 气处 理 厂应 考虑 推 广 C O 2 回收 利 用 的技 术 ．以减 少温 室 气体 的排 放 。 关键 词 天然 气 处理厂 ；脱碳 ；C O 2 气体 放 空 ；分析计 算 中图分 类号 T E 6 4 4 文献标识 码 A 文章 编号 1 0 0 1 2 2 0 6 2 0 1 1 0 2 0 0 0 9 0 3 在 高 含碳 C O 天 然气 田的 开 发过 程 中 ，为 得到合格 的商品气 ，天然气需要进入处理厂进行脱 碳 、脱 水 处 理 。 无 论 是 否 对 C O 气 体 进 行 回收 ， 在处 理 厂 内通 常都 设 有 现 场放 空 的流 程 。近 年 来 ， 随着 环保 和职业 卫 生要 求 的逐 渐加 强 ，C O 作 为一 种 窒 息 性 气 体 ，要 求 工 程 设 计 人 员 对 C O 的扩 散 进行 深入 研究 。 1 天然气 处理 厂 C o 现场 放 空实例 印度 尼西 亚 P B A 天 然气 处 理厂 隶 属 于 中海 油 设 计 规模 为 4 2 5万 m 3 ／ d ，主要 功 能是脱 除 天然 气 中的 C O 和水 ，并 给 天 然 气 增 压 。海 上 气 田生 产的天然气含 C O 1 9 ％ 摩尔分数左右 ，要求处 理 后 的 天 然 气 C O 含 量 小 于 5 ％ 摩 尔 分 数 。天 然气 脱碳 装 置采 用 甲基 二 乙醇 胺 MD E A脱碳 工 艺 。C O 在 再生 塔顶 放空 ，排 放 高度为 4 0 i n 。 松南 气 田集 气 处 理 站 隶 属 于 中石 化 东 北 局 设计 规模 为 3 0 0万 m 3 ／ d 。主要 功能 是脱 除天 然 气 中 的 C O 和水 以及 C O 回收液 化 ，气 田生产 的天 然气 含 C O 2 3 ． 5 ％ 摩 尔 分数 左 右 ，要 求 处理 后 的天 然 气 C O 含 量小 于 3 ％ 摩 尔 分数 。与印尼 项 目类 似 ， 天 然 气 脱 碳 装 置 同 样 采 用 甲 基 二 乙 醇 胺 MD E A脱 碳工 艺 。C O 在再 生塔 顶放 空 ，排放 高 度为 3 8 I n ，并设有消音器以减小泄放时的噪音。 2 Co 扩散 的危 害 C O 作 为一 种 比空气 重 的窒 息性 气 体 ，扩 散 到 地 面可 能对人 员造 成很 大危 害 。高浓 度 的 C O 容易 导致人急性中毒 ，人进入高浓度 C O 环境 ，在几秒 钟 内迅速 昏迷倒下 ，更严 重者出现 呼吸停 止及 休 克 ，甚 至 死 亡 。C O 的毒 性 危 险 体 积 分 数 为 4 1 0 之 大 气 中 C O 在 1 2 ％ 以上 可 引 起 人 昏迷 或 死 亡 。一些 国家对 C O 的接 触 限 值 为 中国 和原 苏 联对于最高允许浓度 MA C均未制订标准 。美 国时量 平 均浓 度 T WA 职 业 安 全与 卫 生署 规 定 为 5 X 1 0 体 积分 数 ；政 府及 工业 卫 生协 会规 定 为 5 1 0 体 积 分 数 。 美 国 短 期 接 触 限 值 S T E L 美 国政府 及 工 业 卫生 协 会 规定 为 31 0 之 体 积分 数 。 3 Co 扩散分 析 为研究扩散可能造成的危害 ，需对 C O 2 气体 的 扩散过程进 行分析。本 文以印尼项 目为例进行介 绍 。该 项 目委托 中石 化 工程 建 设公 司 S E I 利 用 挪 威 船 级社 D N V技 术 公 司研 发 的 P HA S T 5 ． 2 2 专业 软 件进 行 C O 扩 散计 算 。 因 国 内未 对 C O 接 触 限值 作 出要求 ，故 计算 中依 据 了美 国标 准 要求 。 根 据 P a b e l o k a n岛 印尼 P B A 天然气 处理 厂所 在地的气象条件 ，最大风频风速在 4～8 m ／ s 。采 用 当地最不利的气象条件进行计算 ，各项输入参数 分 别 为 参 考 高 度 处 风 速 5 m ／ s ；表 面 起 伏 参 数 0 ． 0 9 ；参 考 高度 处 气 温 2 0℃ ；相 对 湿 度 0 ． 9 5 ； 地 表 温度 2 5℃ ；地 表类 型 混 凝 土 平 均 时间 羊 羊 ★ ★ ★ ★ ★ ★ 1 0 石油工程建设 2 0 1 1年 4月 1 8 0 0 s 。浓度 随时 间变化 而变化 ，现 在假 定放空 于 3 0 m i n后达 到稳定 状态 。 软件计算 需要 输入 的各种放空 初始参 数有 排 放 压 力 O ． 0 3 9 MP a ；排放 温度 5 O℃ ；排放 量 2 9 - 3 t ／ h ；组 分 9 1 ％ C O 2 和 9 ％ 水 摩 尔 分 数 ； 泄放 直径 DN 5 0 0 mm；泄 放 高度 4 0 m；水平 泄 放角度 0 。 ；C O 选 取体 积分数 5 X 1 0 。此外 ，操 作高度 设置 为距地 面 2 m。经 过计 算 ，在上 述泄 放 条件下 ，C O 体积分数会在距放空点顺风侧 1 0 7 m 处达到 5 1 0 。详细计算结果见表 l 。 表 1 C Oz 浓 度 随距 离 和 高 度 的变 化 情 况 羽流 中心浓度， ％ 距地面 2m高处的 距离／ m 羽流高度／ m 摩尔分数 浓度， ％ 摩 尔分数 0 ． 1 4 0．0 91 ． 1 0 O - 3 4 0．0 8 7 ．9 O 0 ．7 4 0 ． 0 8 2 ． 0 O l _ 5 4 0．0 7 2．0 0 3 ． 1 3 9 ． 9 5 6 ． 4 O 6 ． 3 3 9 ． 6 3 5 ． 9 0 1 2 ． 6 3 8 ． 7 l 6 ． 9 0 1 8 ． 9 3 7 ． 7 9 ． 5 9 O 2 5 ． 3 3 6 ．7 6 ． 1 9 0 3 1 ． 6 3 5 ．6 4 - 3 3 0 4 4．2 3 3 ． 6 2 ．4 7 0 5 6-8 31 ． 5 1 ． 5 9 0 6 9．4 2 9 ． 2 1 ． 1 0 0 9 4 ． 6 2 4 ． 7 0 ． 61 0 1 2 0 l 9 ． 8 O - 3 9 0 1 4 5 1 4 ． 6 O ． 2 6 0．0 4 1 7 0 8 ．5 0 ． 1 9 O ． 1 5 1 8 2 5 ． 3 0 ． 1 6 0． 1 5 1 9 5 2 ． 2 O． 1 3 0．1 3 2 0 7 0 ． 0 0 ． 1 2 0 ． 1 1 2 2 0 O ．0 0 ． 1 l 0 ． Il 2 3 3 nO O ． 1 O O ． 1 O 2 4 5 0．0 0 ． 0 9 O．O9 2 5 8 0．0 0 ．08 0．08 2 7 1 O．0 0 ． 0 8 0．08 2 9 7 0．O O．O 6 O．o 6 3 2 2 O．0 0．O 5 O．0 5 3 48 0 ． O 0．O 5 0．O 5 3 7 3 0 ． 0 0 ． 0 4 0 ． 0 4 3 9 9 0 ． O 0．O 3 0 ． O 3 4 2 5 O ． 0 O ． o 3 O ． 【 3 4 5 0 0．0 0 ． O 2 0 ． O 2 4 5 3 0．0 0 ．02 0 ．0 2 4 5 8 0．0 0 ．O2 0 ．O 2 表 1为 P HA S T软件 输 出 的 C O 浓 度 随距 离 和 高度 变 化 的情 况 ，两个 浓 度 在 计算 结 果 中 为输 出 项 。其 中的羽流一词 ，是指 C O 放空气在大气 中 扩散形成的烟雾 ，可表示放空气在大气中所呈现的 几 何形态 。此外 ，该计 算软 件还可 以生成如 图 1 所 示的 曲线 ，可 明显地看出 C O 浓度随距 离变化 的 情 况 巨离 ／ 图 1 C O 浓度 随距离变化曲线 P HAS T软件生成 从表 1可以看出，随着距离的增加 ．羽流的高 度 在下降 ，且羽 流中心的 C O 。 浓 度也随之降低 。 在距放空 口水平距离 2 0 7 m处 ，羽流降至地面，其 摩尔分数也从排放 口处的 9 1 ． 1 ％降到了 0 ． 1 2 ％；此 后 羽流 还会 沿 着地 面 继续 扩散 ，在 2 4 5 m处 ，C O 2 的摩尔分数 已经降至 0 ． 1 ％以下。而对 于距地 面 2 1 T I 高处 ，C O 的摩尔分数在水平距离为 1 7 0 m处 达到最高值 0 ． 1 5 ％，其后再随着距离的增加 ，C O 的摩尔分数不断降低 ，直至降为 O 。 图 2为 C O 扩散侧视图。 ■ O ． 1 5 ％ ～O ． 5 0 ％ 摩尔分数 ■ 0 ． 5 0 ％ 摩尔分数 平 均 时 问 1 8 0 0 s 距 离 ／ m 图 2 CO2 扩散侧视 图 P I ／ AS T软件生成 从 图 2显示的结果还可以看 出 ，在高于地面 2 2 i n且 距 离小 于 1 0 7 m 的 区域 内 也 就 是 图 中显 示 的 灰 色 区域 内 ，C O 的摩 尔 分 数 大 于 0 ． 5 0 ％ ， 超过 了规定 的接触 限值 ，依然 存在着 窒息危 险 。在 正常运行期间 ，不会有人涉足这些区域。但是依据 A L A R P 安全风险处在最低合理可行状态原则 ， 卜 _ 4 1 ， 上 i 丁 ● T 上O ∞ 卯 ∞ 如 加 m O I I I 、 嬗 第 3 7 卷第 2期 石油工程建设 ★ 斗g矸 ★ 薯 誊 ★薯 囊 爨 ★薹 差 i ★ i_ i _ 。 _ _ j _ 毫 0 0 ll 海洋誊漓尊叠毫拌慧 耘穰 赡赣设计探讨 曩 _ j ～ 李建 球 中国石油集 团 青岛 海洋工程有] 艮 公司 ，山东青岛2 6 6 5 5 5 摘 要 电伴热在保证海洋石油平 台工艺流程正常运行 中起着重要的作 用，但其在实际应用中有可 能存在 漏 电风 险 ，给 海洋石 油 平 台的安 全 生产 带 来一 定 的 隐 患 ，因而 可 靠的供 电和保 护 电路 设 计是 确保 电伴 热安 全运 行 的前提 之 一 。文章 通 过 工程 实例 和 对标 准规 范的 分析 ，对 电伴 热漏 电保 护 电路 设计 进行 了探 讨 ，对不 同的设计 方 案进 行 了分析 比较 。指 出现有 设计 与标 准规 范存 在 的 差异 ，并对 电伴 热 漏 电保 护设 计和 国内外标 准提 出改进 建议 。 关键 词 海 洋石油 平 台 电伴 热 ；漏 电保 护 中图分 类号 T E 9 5 1 T M9 2 文 献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 1 - 2 2 0 6 2 0 1 1 0 2 0 0 1 1 0 9 0 引言 海洋 石油 平 台的管 道和设 备 在环境 温度 较低 时 一 般采用电伴热进行保温，由于海洋石油平台处于 高湿 度 、多盐雾 的恶 劣 环境并 工作 于 1区或 2区 易 燃 易爆 危 险物 品的场 所 ，电伴 热 出现漏 电可能会 危 及平 台 的安 全 ．因此 国内外一 些标 准对 海洋 石油 电 伴 热 的配 电和保 护均 有较 严格 的安 全要 求 ，如要 求 电伴 热每个 回路 配备 漏 电保护 装置 等 。 由于 目前 海 洋石油平 台广泛应用 的自调控 电伴热为近 3 0年来 发展 的技术 ，其 在我 国的推广 应用 和相 应标 准 的制 订 也较 晚 ，因此 在实 际工 程 中 出现 了对 漏 电保护 不 够 重 视 、部 分标 准制 订不 完善 以及 对标 准理 解存 在 差 异情 况等 ，这 导致 了某 些 电伴热 配 电和漏 电保 护 电路 设计 上 的不规 范 ，给海洋 石 油平 台 的安 全生 产 带来了一定的隐患。本文将结合实际工程案例 ，对 电伴 热配 电和 漏 电保 护 电路不 同的设计 方案 逐一 进 行 分 析 ，提 出合理 的设计 方案 ，并 对 国 内外 标准 提 出相应 的修 改建 议 。 1 电伴热 线路 需采 取漏 电保 护措 施的原 因 由于电伴热与热水伴热和蒸汽伴热相比具有节 能 、放 热均 匀 、换热 效率 高 、无泄漏 隐 患 、温度 控 制准确快捷 、占用空间小等优点 ，甚至可对管道和 阀门密集、拐弯较多而无法用热水和蒸汽进行伴热 的 区域 伴 热 ，并 可实 现 D C S监 控 和 遥 控 自动 化 管 理 ，因此 ，目前 在海 洋石 油平 台上一 般 采用 电伴 热 的方法 对管 道 和设备 进行保 温 。 ”一一一 -一一一一一一-- - 一一 一一一一一一 一一- - 一 仍然推荐在这些区域提供警示标志。 4结束语 在工程 实施 的过 程 中 ，一 些设 计 和生产 运行 人 员 对 C O 气 体 的危 害 认 识 不 足 ，对 C O 。 的 扩 散 不 以为 然 。麻 痹 大意会 带来 安全 隐患 ，为 确保 人员 的 健 康 安 全 ，对 C O 的扩散 分 析 还是 非 常 有 必要 的 。 然 而 ，C O 的扩 散 计 算 是 以设 定 的 气 象 条 件 为 前 提 ，随着 气 象 条 件 的变 化 ，计 算 结 果 肯 定 有 所 不 同 。所 以在 实 际运行 过程 中 ，还需要 考 虑各 种恶 劣 天气情 况 ，采取 相应 的 防护措 施 。 此 外 ，C O 作 为一 种对 环境 有严 重 影 响 的温 室 - - --一---”-- - 气体 ，它的连续放空对天然气处理厂来说 ，也是一 个很大的压力。为保护环境，各类天然气处理厂也 应 考虑 推 广 C O 回收 利 用 技 术 ， 以减 少 温 室 气 体 的排放 。 参 考 文献 [ 1 ] 张德义． 石 油化工危险化学 品实用 手册[ M] ． 北京 中国石化 出版 社 ． 2 0 0 6 ． 作 者简介 扈 滨 1 9 8 3 一 ，女 ，山 东利津人 ，助理 工程 师 ．2 0 0 6年毕业 于南京师范大 学景观设计 专业 ，现从 事文 档 控 制 工作 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 0 9；修 回 日期 2 0 1 1 - 0 2 2 2 羊