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赵周红 赵长明 李忠良:生产信息共享建立预警系统探讨

煤炭资讯网 2022/5/10 17:28:38    论文专区
  
      摘要:随着数字信息化技术在生产管理领域中的持续应用,我们能够全面直观了解生产现场情况。低含硫天然气气田普遍进入中后期,产量逐年降低。新开发气田含硫量普遍较高,高含硫气产量占总产气量比重逐年增加。另外,由于单井配产及开关井的不合理,含硫天然气在管输过程中受季节性、环境和输送条件的影响容易发生硫沉积,出现局部硫化氢含量较高的“柱塞硫”现象,导致进入净化处理厂的天然气中硫化氢含量突然升高,直接影响净化处理厂的生产运行。本文着重对原料气中硫化氢含量对净化处理厂运行影响进行分析探讨,提出相应对策和建议,实现提前预警,并及时采取相应控制措施,确保净化处理厂平稳运行、净化气气质达标。
      关键词:信息共享 节能降耗 预警提示 应急处置
 
      一、基本情况
      天然气生产涉及单井开采、集输增压、净化处理、输配销售等上中下游多个直接关联的环节,一旦某一环节出现问题就会导致连锁反应,导致生产异常属于典型的高危行业。随着数字信息化管理技术在天然气生产管理系统中的推广应用,天然气开发整体技术和管理水平不断提升。但是,含硫天然气开发因自身的开采特性及所处复杂的自然环境和社会环境,还不可能完全杜绝含硫天然气开发突发事件的发生。因此,含硫天然气开发单位必须建立完整的监控和预警系统,将含硫天然气开发的各个环节都纳入数字信息化管理系统,实施全程监控,提前分析发现生产异常苗头,将安全隐患消灭在萌芽状态,利用预警系统逐渐将突发生产异常的危害降低到最低水平。我们对过去天然气生产突发异常处置中所取得的经验、教训加以分析、总结,以期将生产环节中容易产生不安全状况的因素,纳入数字信息化管理系统对关键生产参数进行监控,提高天然气生产在突发状况下的预警能力,实现提前预警、提前干预生产,提高生产管控水平。
      二、生产适应性分析
      1.管输“柱塞硫”对下游净化处理厂的影响
      2020年,忠县净化处理厂处理原料气140×104m³/d~280×104m³/d,硫化氢含量6g/m³~16.55g/m³(脱硫装置单套设计处理原料气300×104m³/d,硫化氢含量 7g/m³~9g/m³),产品气硫化氢含量 5mg/m³~7mg/m³,生产运行安全平稳。2020年11月忠县净化处理厂多次因上游来气硫化氢含量突然异常增高,要求降低原料气中硫化氢含量生产,导致高含硫气井被迫关井,严重影响高含硫气井正常生产。忠县净化处理厂所处理的低含硫天然气量因其所属气田进入后期生产阶段而减少;新开发气田含硫量普遍较高,高含硫气井生产气量占总产气量比重逐年增加,加之原料气在输送过程中,受季节性、输送条件和环境的影响出现硫沉积,导致天然气中间歇性局部硫化氢含量较高的“柱塞硫”现象。
      导致“柱塞硫”现象发生的原因:其一,生产调度部门下达调度指令对高含硫气井及低含硫气井开关不合理,导致高含硫气流与低含硫气流混合不均出现局部“柱塞硫”现象。其二,受季节性和地温变化影响,每年5月、6月、11月等月份更容易出现硫沉积现象。在上游井站没有动任何操作的情况下,硫化氢在管线低洼地段沉积到一定量,就间歇性的被气流携带到下游净化处理厂。如2020年5月6日15:05~15:18原料气硫化氢含量从7.5g/m³上升到14.2g/m³;5月18日11:37~14:18原料气硫化氢含量从6.7g/m³上升到13.2g/m³;5月19日11:17~11:25原料气硫化氢含量从8.2g/m³上升到14.4g/m³。“柱塞硫”的无规律性出现,严重影响净化处理厂正常运行及上游气井正常生产。
      2.净化处理厂生产故障导致能源浪费
忠县净化处理厂在停电或设备故障,出现脱硫装置紧急停车,造成产品气净化指标不达标。为了确保设备安全,该厂一般采取截断出厂阀进行放空泄压,这在一定程度上造成能源极大浪费和环境污染。同时,忠县净化处理厂上游集气站忠县末站将生产信息汇报调度室后,立即通知净化厂上游气井关井,忠县末站关闭去忠县净化处理厂的原料气厂界阀停止供气。待故障处理完毕,净化处理厂生产装置运行正常后,再通知上游气井开井,忠县末站再恢复正常生产流程为净化处理厂供气。
      3.集输管网无硫化氢监测实时数据导致高低含硫气井配产不均衡
忠县净化处理厂与忠县末站没有实现共享在线硫化氢监测实时数据,双方都无法实时掌握原料气中硫化氢含量变化。同时,上游井站管网来气也未实现高含硫天然气和低含硫天然气混输后的硫化氢含量实时监控,导致原料气中硫化氢含量波动。由于高含硫气井产气量逐年增加,低含硫气井产气量逐年减少,所以高含硫气井产气量占总产气量比重逐年增加;天然气生产调度未根据管输天然气中硫化氢含量下达相关开关井指令,所以导致高含硫气井配产、低含硫气井配产和开关井时间安排不合理,出现高低含硫气井配产不均衡现象,造成天然气集输管网中硫化氢含量异常偏高。
      4.上下游生产单位无法共享生产实时信息导致无法提前预判并采取控制措施
      上游井站、集气站进行生产操作,传导到忠县末站并体现出来需要一定时间,也就是有一个滞后期,我们利用这个滞后期,提前计算进入忠县末站天然气中硫化氢变化量,并有针对性的采取相关预防措施,进一步削减和消除因硫化氢含量上升带来的风险。如果忠县末站不能提前获得管网上游井站来气相关生产信息,就无法提前与忠县净化处理厂进行生产信息沟通,提前采取增加或减少脱硫剂循环量,以及有针对性的进行其他生产参数调整,使净化处理厂的脱硫装置、脱水装置运行在最佳状态,降低能耗。如果生产信息不对称,没有提前预警及处置,若原料气硫化氢含量突发增加,将会造成忠县净化处理厂处于被动状态,会导致其脱硫装置、脱水装置故障,导致产品气硫化氢含量超标。净化厂为确保安全,其脱硫装置联锁紧急放空,造成部分天然气损失,并影响上游天然气产能发挥及下游用户平稳生产。
      运用数字信息化系统在天然气净化处理系统中的应用,并实现共享生产信息。忠县净化处理厂采取对原料气中硫化氢含量实施在线监控,并与忠县末站实现生产信息共享。净化处理厂上游天然气生产场站所有操作都与净化处理厂实现联动,高含硫气井产气量的变化及时反馈到净化处理厂,净化处理厂及时调整生产参数及脱硫剂循环量,保证其处理后的净化天然气满足规定气质要求。通过数字信息化系统的应用,不但可以确保安全生产,还可以实现“节能减排”“降能增效”的目的,减少天然气放空量,减少经济损失;同时对现有生产管理模式是一种有效的完善和补充,促进了企业精细化管理工作上台阶。
      5.集输管线清管作业对下游净化处理厂产生的影响
集输管线为了提高管输效率,采用清管作业清除管道内污物。忠县末站所属集输气管线的清管作业具有其特殊性,在清管通球过程中,清管球运行速度、进气量、气质波动、清管球在运行中出现卡堵以及清管球窜气等都会对下游净化处理厂造成一定影响,甚至清管收球污物排放不及时,污物被气流携带进入净化处理厂,容易引发脱硫装置运行异常。因此,忠县末站所属集输气管线在清管作业前必须与下游净化处理厂进行信息沟通。在清管作业时,忠县净化处量厂利用数字信息化系统及时作出相应生产调整。
      三、对策及措施
      针对上述分析具体实施措施建议如下:
      1.利用现有数字信息化整合系统平台实现生产信息实时共享。忠县末站所属集输气管网相关的井站、集输站,在开关井、气量压力调整、清管作业、生产流程倒换、原料气混输等涉及硫化氢含量异常变化时,值班室工控机弹出窗口弹出监控界面,同时发出声光报警。值班人员阅读后点击确认,作出相应处置,恢复正常后,信息退出工控机监控界面。所有生产信息可以在工控机历史记录中可以随时点击查阅。
      2.对生产调度系统设置专门模块,管网上下游相关井站员工不仅可以随时查询相关调度指令信息,还可以了解管输气量和硫化氢含量等信息,做到实时掌握生产动态,一旦生产出现异常也便于及时分析、查找原因,并及时处置。利用信息化手段建立管网输气量、硫化氢含量监测系统专门模块,实时形成不同进气点上下游气质硫化氢含量模拟图形,及时获得输气量、硫化氢含量等异常上升,跟踪上游流程倒换信息。
      3.生产调度系统配产智能化分析模块发出预警信息后,关联单位及有人值守井得到相关生产信息,在窗口里进行相关信息确认,通过甄别分析预判,对可能导致下游净化处理厂生产异常的信息,第一时间告知净化处理厂提高警惕,使其有充分时间提前采取预防措施,对相关生产运行参数进行调整。 同时,对上游高含硫气井生产状况进行调整。
      4.调度管理监控系统实时跟踪忠县末站集输气管网中硫化氢含量、忠县净化处理厂原料气中硫化氢含量,并实现信息共享及联动。忠县末站工控机与忠县净化处理厂实现天然气气量、压力、气质等参数共享。双方都能实时监控并发现原料气中的“柱塞硫”。忠县末站根据原料气硫化氢含量上涨趋势异常情况,及时提醒忠县净化处理厂注意进行生产参数调控,当“柱塞流”现象消除后,即可恢复正常生产状态。双方真正达到共同防控风险的目的。
      5.针对原料气硫化氢含量瞬时超限无法监控时,建议参考产品气硫化氢含量变化趋势对脱硫剂循环量和其他生产参数进行调控。只要产品气硫化氢含量稳定,没有上涨趋势,就可以短时间维持原料气不降量生产。忠县净化处理厂产品气硫化氢含量有下降或上升趋势,即可采取“降硫增量、增硫降量”措施,及时利用集输脱硫时间差,提前控制脱硫剂循环量,并调整其他生产运行参数,避免产品气硫化氢含量超标、生产装置异常、停产及天然气放空等。
      6.忠县净化处理厂由于硫化氢含量较高或脱硫剂发泡等无法正常处理时,可以降量生产或停产,采取恢复性运行,同时利用上游集输气管网暂时储气,脱硫装置不放空,待忠县净化处理厂生产恢复正常后,再对集输气管网内含硫天然气进行净化处理,有效避免天然气放空。
      7.忠县净化处理厂与忠县末站实现在线硫化氢监测实时数据共享,实时掌握原料气硫化氢含量变化情况。上游井站来气保持高含硫和低含硫气井气量配产合理混输比例;合理调度高含硫和低含硫气井开关井时间,并根据监控管输硫化氢数据调配混合天然气气质,使其原料气硫化氢含量小幅度波动,符合忠县净化处理厂气质处理范围。
      8.忠县末站集输管网清管作业具有特殊性。该站集输气管线在清管作业过程中,往往会导致气量、气质波动较大。在清管作业管线时,该站除加强硫化氢、压力、气量等生产参数进行监控外,还要随时掌握清管球运行速度,同时与净化处理厂实时进行生产信息沟通,根据实际情况制定相应的防控措施,防止忠县净化处理厂生产系统运行异常。
      9.对于长输管线上游井站进行开关井、气量压力调整、清管作业、原料气混输硫化氢含量变化等操作后,传导到忠县末站需要一定时间,而且受工况条件影响需要的时间长短也有所不同。譬如天东9井8:00对进入龙忠线混输气量增加了高含硫气量配比,输气量200 ×104m³/d,输气压力5.30MPa,此气量输送到忠县末站大概需要8.7小时;如果忠县净化处理厂同步加大脱硫剂循环量进行处理,将会造成8小时的能耗损失,即增加电能和天然气脱损率。因此,上游来气进行相关操作后,还需进行管线硫化氢含量监控。忠县净化处理厂计算好混合气达到时间、气量及其硫化氢含量,在确保安全生产的同时,根据生产需求逐渐加大脱硫剂循环量进行处理,这样既确保了净化处理厂生产安全,又兼顾了“节能减排,降本增效”。
      10.根据上述生产规律完成生产调度系统智能专用模块研发。可委托专业程序商按照生产调度管理设置专门模块,即管网上下游相关井站员工可以随时查询相关调度指令信息,管输气量和硫化氢含量等关键节点信息实时显示,做到一目了然。值班人员据此掌握生产动态,一旦生产出现异常、预警,及时分析、查找原因,采取有效管控措施。
      四、结论
      利用现有数字信息化整合系统平台,完善天然气净化处理厂与其上游集输气站、集输管线、含硫气井等数字信息化系统,对各节点天然气气量、气质、压力等参数实时监测;对集输管网沿线各单井配产、开关井操作、放空、管线清管以及生产流程倒换等操作实时跟踪;对生产参数和操作信息实时共享,实现配产智能化分析,科学合理下达调度指令;建立实时预警系统,提高天然气生产在突发状况下的预警能力,提前采取控制措施,减少各生产环节的原料气损耗,真正实现“构建和谐企业、节约环保型企业”起到关键作用,同时此经验也可以推广到其他净化处理厂。

      参考文献
      [1]《采气工》,中国石油天然气集团公司职业技能鉴定指导中心编,石油工业出版社,2009年6月.
      [2]《采气工安全操作读本》,西南油气田公司编著,中国工人出版社,2014年4月.
      [3]《气田集输设计规范》,GB 50349-2015中华人民共和国国家标准,中国计划出版社,2016年8月

      作者:
   赵周红、赵长明  中石油西南油气田重庆气矿梁平采输气作业区  重庆市忠县  404300
   李忠良  中石油西南油气田川中油气矿工艺研究所  四川省遂宁市 629000 


作者:赵周红 赵长明 李忠良      编 辑:一鸣
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