高酸性气田现场仪表典型安装方案设计优化
Outline:
吴庆伦1
,
杜仕涛2
,
刘晓莉1
1. 中国石油西南油气田公司川东北高含硫开发建设项目部;
2. 中国石油工程设计公司西南分公司
收稿日期：2011-04-25
作者简介：
吴庆伦:男，1974年生，工程师，从事油气田地面建设自控仪表专业技术管理工作，曾在石油与天然气化工杂志发表论文多篇。地址：四川省成都市建设北路一段2号川东北高含硫项目部，电话：(028)65553712，13709074499。E-mail：
qnwu @chevron.com.
摘要：川东北高含硫气田项目已全部进入详细设计阶段。为了减少高酸性气田现场仪表可能存在的泄漏点，实现本质安全，清洁高效地开发高酸性气田，在常规的仪表安装设计方案的基础上，结合雪弗龙项目及普光气田的经验对现场仪表典型安装方案进行了设计优化，最大可能地减少仪表安装上的漏点，方便运行维护。该文从设计角度出发，将国内常规的仪表安装方案设计与目前项目现场仪表典型安装设计方案进行对比，并推荐出适合高酸性气田项目的设计优化方案。
关键词：高酸性 现场仪表 安装方案 优化
Typical installation scheme design optimization of field instruments in high sour gas field
Outline:
Wu Qinglun1
,
Du Shitao2
,
Liu Xiaoli1
1. PetroChina CDB High Sour Development Project;
2. China Petroleum Engineering Company-SW
Abstract: CDB high sour gas field project has stepped into detail design phase completely. In order to reduce the potential leakage point, realize intrinsic safety and develop high sour gas field environmental-friendly, combined with the experience of Chevron project & Puguang gas field, CDB engineering project design team optimizes the designing scheme of field instrument typical installation on the base of regular instrument installation scheme to minimize leakage and realize maintenance convenience. The national conventional instruments installation scheme and current field instruments typical installation scheme were compared from the view of design, and the optimization designing scheme suitable for high sour gas field project was recommended.
Key words:
high sour field instrument installation scheme optimization
1 气田现场仪表阀门典型安装设计的发展
随着现代工业的不断发展，尤其在近二三十年来石油化工方面对现场复杂回路控制及压力温度等检测需求的发展，使得油气行业现场仪表阀门得到大量应用。因此，对现场仪表安装方式提出更高的要求，促使厂家研究和生产符合工业现场仪表安装方案的仪表阀门产品。
目前，仪表阀门的发展趋势主要是以减少漏点实现本质安全以及易操作及维护方便为目的不断研发创新，将仪表阀门由分体式逐渐发展成为一体式。传统的分体式仪表安装方案如图 1所示，取样管嘴、截断阀、仪表截止阀、泄放阀均为分体式，通过螺栓或罗纹连接以达到仪表安装的目的。这样的安装方式使安装高度过高(650 mm)，再加上管线或设备位置的自身高度，就很难保证标准所要求的仪表的中心距操作地面的高度为1.2 m~1.5 m(GB 50093-2002《自动化仪表工程施工及验收规范》)[1]。同时，传统的安装方式由于连接部件的增加，如螺栓、螺纹及焊接点的增加，从而增加了泄漏的可能。
一体式仪表安装如图 2所示，将多个切断阀、泄放阀集成在一个阀门上，减少了连接部件，从本质上减少了泄漏点，同时也降低了现场仪表的安装高度，方便了操作及维护。
川东北高含硫气田项目设计团队根据实际情况，为了减少漏点，实现本质安全，采用了一体式的安装方式。
2 现场仪表典型安装方案设计的几点优化
流量、物位及成分分析仪表的现场安装方式较为固定，与管道或设备的连接方式通常为法兰连接，因此安装方式仍延续常规的设计思路。川东北项目设计团队根据压力及温度的典型安装方案的取样特点，在常规的仪表安装方案上进行了以下优化。
2.1 仪表管嘴连接方式的优化
常规气田检测仪表(压力、温度)与管线上的取源接口的连接通常为螺纹连接(见图 3)。
仪表的根部阀与管线的连接是采用3/4 NPT的螺纹连接。压力等级分别为2.0 MPa、5.0 MPa、10.0 MPa、15.0 MPa、25.0 MPa。
仪表的根部阀与压力表连接是采用1/2 NPT的螺纹连接。仪表阀门与管线之间采用螺纹连接可以减少法兰安装成本，同时节省安装的人工时，对安装空间要求较小。
螺纹连接的缺点在于不方便拆卸及维护，当仪表的根部阀发生故障需要拆卸维修时，在长期高压的环境中螺纹密封非常紧密, 当用力旋转拆卸时，一旦操作不当，容易破坏螺纹的丝扣，再次安装后易产生泄漏。
考虑到方便拆卸及维护，采取的优化方案为：仪表的根部阀与管线的连接方式以法兰替代了螺纹，当压力等级在10.0 MPa以下时，法兰之间的密封可采用RF密封，压力等级在10.0 MPa及以上采用RTJ密封。
2.2 整体型温度计外保护套管的安装设计优化
原温度计安装设计方案中温度计的安装没有加装外保护套管，但在酸性气体及高压天然气环境下，安全及维护的易操作性显得尤为重要。没有安装外保护套管的温度计将无法进行在线维护，温度计(热电阻或热电偶)很容易被测量介质损坏。因此，对温度计外保护套管的安装设计进行了优化，采用1"~1/2"(DN40)法兰连接的整体型外保护套管与管道连接，温度计与整体型外保护套管的连接方式是1/2"螺纹连接(见图 4)。
2.3 仪表根部阀门结构设计的优化
常规的仪表设计方案通常在管线上使用3/4"仪表取样管嘴，取样管嘴与单切断阀相连。在腐蚀及高压介质条件下，切断阀与压力表是T型连接，一个泄放阀处于压力表及单切断阀之间。其中切断阀为球阀，泄放阀为针阀(见图 5)。
考虑到川东北高含硫气田项目的H2S含量较高(8%~15%)，防止H2S泄漏对操作人员造成伤害[2]，因此对任何压力等级含硫介质的仪表安装方案中在单切断阀门与仪表之间都增加了一个单泄放阀，以方便操作人员在仪表调校、检修及更换时对有毒介质进行规范排放，避免直接排放到大气，对环境造成污染。
对于压力等级在10.0 MPa及以上的含硫介质仪表安装方案，为了增加仪表切断阀的可靠性，避免由于单切断阀故障造成不能切断仪表端供气气源，增加一级切断阀门，将单切断带泄放的阀门安装结构优化为双切断带泄放的仪表阀门安装结构[3](见图 6)。
3 结语
根据川东北高含硫气田项目的高含硫、高压力及高风险的特点，在常规的仪表安装设计的基础上对仪表安装方案进行了优化。将仪表管嘴与仪表阀门的连接由螺纹连接改为法兰连接；增加了整体型温度计外保护套管；增加了泄放阀门以及将单切断仪表阀门改为双切断仪表阀门。
以上的几点优化是基于增加仪表安装的安全性、可靠性以及项目特点的基础上设计出来的，并没有对优化后的仪表安装方案成本加以分析，因此并不等同于对原常规气田仪表安装方案的否定及替代，任何仪表安装设计方案都应该做到因地制宜，与项目的具体实际情况相结合，在满足安全环保的基础上尽可能地做到经济实用。
| [1] |
中国石油和化学工业协会.GB 50093-2002自动化仪表工程施工及验收规范[S], 2003-01-10.
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| [3] |
Installation, Inspection, Testing, and Commissioning of Instrumentation.CVX ICM-PC-5139-A.
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2012, Vol. 41