油氣行業(yè)中的甲烷泄漏研究

曹躍

摘 要：甲烷泄漏對全球的氣候變化有著深刻的影響，而油氣行業(yè)中的甲烷泄漏量占較大比例。油氣從開采到集輸、凈化，最終到用戶使用的過程中，都或多或少存在泄漏。通過分析油氣行業(yè)中甲烷泄漏的來源，提出了輸油管道中計算甲烷泄漏量的方法，同時總結(jié)了評價甲烷泄漏量的指標(biāo)。對于油氣行業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行、安全管理以及環(huán)境保護(hù)具有借鑒意義。

關(guān) 鍵 詞：油氣行業(yè)；甲烷泄漏；溫室效應(yīng)；指標(biāo)

中圖分類號：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）07-1564-02

Research on Methane Leakage in Oil and Gas Industry

CAO Yue

（China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China）

Abstract： Methane leakage has a profound impact on the global climate change， while the oil and gas industry accounts for a large proportion of methane leakage. From oil and gas exploration to oil and gas gathering and transportation， purification， and ultimately to the users， there is more or less leakage of methane. In this paper， by analyzing sources of methane leaking in oil and gas industry， a method to calculate pipeline methane leakage was developed， and the methane leakage evaluation indicators were summarized. This article can be a reference to the production operation， security management， and environmental protection in the oil and gas industry.

Key words： Oil and gas industry； Methane leakage； Greenhouse effect； Indicators

甲烷是一種無色、無謂、可燃和微毒的氣體，并且是六種溫室氣體中的一種。目前尚無方法確定甲烷在大氣中的濃度及其來源。實際上，甲烷泄漏在近年來有上升的趨勢，而相關(guān)研究機(jī)構(gòu)低估了甲烷的實際泄漏量。

空氣中的甲烷含量對全球的氣候變化有著深刻的影響[1]，同時甲烷還會增加輻射效應(yīng)。相關(guān)調(diào)查表明，在全球范圍內(nèi)，大氣中甲烷的濃度從1990年到2005年已經(jīng)上升了約150%，甲烷泄露到空氣中后，其存在時間約為12年，并且甲烷的儲熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過CO2。

1 甲烷泄漏來源

實際上大氣中甲烷的來源有很多，其中主要是因為近代以來石油和天然氣行業(yè)的快速發(fā)展[2]。石油和天然氣的提取、生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中都或多或少地存在泄露。當(dāng)然，不可忽視微生物分解植物和動物時，也會產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等溫室氣體。其他的來源還有畜牧業(yè)、垃圾場、采煤廠、廢水處理廠以及汽車尾氣等。

絕大多數(shù)的甲烷含量預(yù)測模型主要針對工業(yè)化國家和溫帶氣候。然而很多在北極地區(qū)進(jìn)行的研究表明，溫度升高導(dǎo)致永久凍土解凍，這也將釋放更多的甲烷氣體，同時溫度升高也會使得海平面上升，威脅陸地生物的生存。但如今有一些氣候工程可以緩解氣候惡化，地球工程就是其中的一種，該工程人為從地球中除掉二氧化碳和甲烷等溫室氣體。

圖1 油氣行業(yè)中可能存在甲烷泄漏的部分

Fig.1 The part possibly containing methane leakage in the oil and gas industry

預(yù)計2010年到2013年內(nèi)，全球從油氣儲運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)釋放的甲烷量將增加26%。油氣儲運(yùn)系統(tǒng)是甲烷泄漏量最大的系統(tǒng)，尤其是上游系統(tǒng)。有研究表明，甲烷泄漏量最大的是油氣運(yùn)輸系統(tǒng)。油氣運(yùn)輸和分配系統(tǒng)分別占總甲烷泄漏量的60%和48%。在油氣運(yùn)輸系統(tǒng)中，甲烷泄漏量較大的有輸氣站/輸油站、管道設(shè)施等，大量的油氣管道失效事故使得甲烷泄漏量大大增加。所以，本文對油氣工程中甲烷的泄漏來源做了分析，以期為今后的甲烷泄漏研究提供借鑒（圖1）。

1.1 天然氣井口甲烷泄漏

天然氣井口甲烷泄漏量取決于井口處理油品或天然氣的設(shè)備[3]。在確定完井甲烷泄漏的原因前，需要將井口地面工程分為五個部分。圖2是一個簡化的井口流程圖。

圖2 天然氣井口簡化流程圖

Fig.2 Simplified flow chart of natural gas wellhead

如圖2所示，井口天然氣與產(chǎn)出水、砂、和返排液等混合，經(jīng)過井口節(jié)流閥，最終放空或外輸銷售，放空系統(tǒng)、油罐和水罐中都存在甲烷的泄漏。

1.2 輸氣站場甲烷泄漏

輸氣站場甲烷泄漏量與輸氣站場的生產(chǎn)規(guī)模、輸氣能力相關(guān)，在分析輸氣站場甲烷泄漏源之前，需要結(jié)合相關(guān)生產(chǎn)部門提供的技術(shù)資料進(jìn)行分析。在輸氣站場，主要的甲烷泄漏部位有五大類：接頭：壓力表、溫度計下面的連接器等；法蘭：球閥、孔板計量裝置等兩側(cè)的法蘭；盲板：收球室、發(fā)球室末端的密封板；加脂孔：閥門上面加潤滑油以及密封脂的部位；閥芯：球閥、孔板計量裝置的閥蓋等。