□李 慧 公明明

    3月12日，历时一年建设，西北油田塔河油田40万立方米/日制氮站建成投产，标志着塔河油田东部老区集中制氮注气工程成功投用。

    石油工程建设公司中原设计公司负责该项目的初步设计。项目顺利投产，开中国石化上游大规模空分深冷制氮的先河，填补了石油工程公司大中型空分深冷制氮工艺的技术空白，为中国石化上游首座大型空分深冷制氮站的成功投运奠定了坚实基础。

    随着该项目成功投产，中原设计公司走在了中国石化大型空分深冷制氮设计领域的前列。

    大规模注氮气，既要量大又要纯度高

    塔河油田自1997年至今经历了天然能量开发阶段、注水开发阶段和注水+注气复合开发阶段，开发方式实现了从天然能量开发到水驱开发、气驱开发的转变。注氮气开发缝洞型油藏，是继注水后第二个伴随塔河油田全生命周期的开发方式。

    一直以来，该油田的注气工艺采用橇装式变压吸附制氮装置和压缩机，它们放置在井口，注气完毕移至下一口井。但是，这种方法在大规模注气开发时存在频繁搬迁、注气集中区域电力负荷大、制氮纯度低等问题。对此，该油田决定给氮气建个“巨无霸”的家，实施集中制氮注气工程，并委托中原设计公司负责该工程的初步设计。

    “目前国内制氮工艺主要有三种，一是工厂化空分深冷分馏制氮，纯度最高；二是变压吸附制氮，纯度次之；三是膜分离制氮，纯度最低。”中原设计公司副总经理、总工程师高继峰介绍。

    考虑到该工程是集中注气，并且是注气时间长、注气量大的单元注气，含氧量对井管腐蚀影响较大，中原设计决定采用纯度最高的空分深冷制氮工艺。

    创新工艺方法，规模为集团上游最大

    空分深冷制氮是采用超深冷（零下179摄氏度）空气液化、精馏塔分馏工艺，将“液态空气”中的氮气提纯生产氮气的工艺方法。

    中原设计在此之前从未涉及该领域的研究，特别是大中型空分制氮项目（40万立方米/日），中国石化上游也未有独立设计的先例。

    在无经验、无参考的情况下，中原设计第一时间组织技术研讨会，进行新技术分析与攻关，经过反复论证，确定制氮工艺，并组织骨干进行建模计算，为项目顺利开展奠定了坚实基础。在大量分析研究的基础上，他们成功制作出一个低温制氮模型，为该项目的工艺设计找到了“敲门砖”。

    传统空分深冷制氮工艺是一座低温精馏塔，为了降低能耗，项目组创造性地采用“双塔+双冷凝+低温增压泵”工艺，能耗低于传统单塔流程工艺18.5个百分点，处于国内领先水平。

    这样的工艺使配套的空气压缩机机型实现低配，设备投资降低11.9%。氮气回收率由单塔的56%提高到双塔的70%。

    最终，中原设计成功设计出超出规模指标的方案，可满足工程设计规模40万立方米/日（操作弹性80%~120%）、氮气纯度≥99.95%、氮气回收率50% （原设计纯度要求≥99.5% 、回收率21%）的技术要求，是目前中国石化上游最大规模的空分深冷制氮项目，规模是中原油田普光净化厂单套装置的3倍。

    “五化”工作走在行业前列

    值得一提的是，该项目积极响应集团公司“五化”要求，采用的是橇装模块化设计。

    2020年1月，集团公司在国内上游年度工作会议上提出，地面工程建设要做到“标准化设计、工厂化预制、模块化施工、机械化作业、信息化管理”。

    该项目获批是在同年5月，当时集团公司的“五化”工作方案尚未形成。中原设计率先对项目的制氮站平面布局、站场建设构筑形式与视觉形象、设备管线外观涂色及装备模块化等统筹考虑，并对外购压缩机组、冷箱、水冷机组、污水处理等设备及预制舱式高低压配电室按照模块化、集成化设计要求，形成橇装化产品，为模块化施工和机械化作业筑牢了基础。