油田火炬放空天然氣回收利用實施

周自武　劉幫文（中國石油吐哈油田分公司鄯善采油廠）

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油田火炬放空天然氣回收利用實施

周自武劉幫文（中國石油吐哈油田分公司鄯善采油廠）

放空火炬系統(tǒng)是石油化工企業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的安全設(shè)施，其作用在正常生產(chǎn)時和事故狀態(tài)下排放可燃氣體。通過對溫米、丘陵、丘東等油田的火炬放空氣體進行回收，回收天然氣每標準約52 000 m3/d，回收混輕約11 t/d，年產(chǎn)值2 445.96萬元，年純利潤1 567.92萬元，投入產(chǎn)出比1∶2.53。實現(xiàn)天然氣節(jié)能環(huán)保的目的，為其它油田推廣應(yīng)用火炬放空氣回收利用提供了借鑒的依據(jù)。

天然氣放空回收技術(shù)壓縮機

溫米、鄯善、丘陵、紅連、丘東油田在原油和天然氣處理的同時，也產(chǎn)生了部分需排放到大氣中的天然氣，由于受建設(shè)初期技術(shù)條件的限制，各聯(lián)合站的放空火炬處于常年燃燒狀態(tài)。放空燃燒天然氣約每標準3×104～7×104m3/d。

1　火炬天然氣回收工藝

火炬放空天然氣來源比較復雜，主要有來自聯(lián)合站兩相、三相分離器以及原穩(wěn)氣。放空量受諸多因素的影響，研究主要是正常工況下回收火炬放空天然氣，事故工況下火炬能安全燃燒，保證油田生產(chǎn)安全。

1.1工藝技術(shù)

1）工藝流程。從火炬總管上引出天然氣到回收壓縮機入口，增壓后再進到輕烴裝置回收處理，火炬總管線上增加氣動蝶閥控制火炬總管壓力、并聯(lián)爆破片旁通流程及手動閘閥回路，用阻火器防止回火，達到安全回收利用的目的。

2）回收壓縮機選型。壓縮機是火炬氣回收的關(guān)鍵設(shè)備，因此壓縮機的選型很重要，以下對3種壓縮機從投資、運行費用等方面進行比選，見表1。

根據(jù)表1（以30 000 m3/d回收能力例）可知。選擇螺桿壓縮機，其投資適中，運行費用較低，對火炬氣氣量波動較大的特點，容易使用變頻控制方式跟蹤連續(xù)調(diào)節(jié)，適應(yīng)性強。

3）高空火炬點火方式。目前，各聯(lián)合站火炬均采用人工手動點火，不安全，該項目使用現(xiàn)有技術(shù)成熟的高空自動點火裝置，可保證點火成功率達100%。

高空點火裝置由自動點火控制PLC柜、火焰探測、火炬流量檢測、火炬壓力檢測、高能點火發(fā)生器、高壓電纜、抗蝕電極發(fā)弧裝置、電磁閥組以及高空點火槍組成。PLC控制系統(tǒng)接收火炬總管壓力、火焰探測等信號實現(xiàn)自動點火算法，觸發(fā)高空點火裝置，用高空點火槍引燃火炬。

4）防回火措施?；鹁姘l(fā)生回火是會產(chǎn)生嚴重的事故，應(yīng)嚴加防范?；鹁嫦到y(tǒng)可設(shè)置分子密封器、水封罐、阻火器3種防止回火措施。

分子密封器是保證火炬筒體發(fā)生回火普遍采用的設(shè)備，向分子密封器內(nèi)通入惰性氣體氮氣。由于目前各個聯(lián)合站沒有制氮裝置，現(xiàn)場沒有氮氣可用，因此，分子密封器不適合作為防回火措施。水封罐能夠可靠的保護火炬排放系統(tǒng)，即使發(fā)生了回火事故，火焰?zhèn)鞑ブ了饷婕幢蛔柚埂Ｋ夤抟凶詣友a水系統(tǒng)，但是由于冬季氣溫低，易發(fā)生凍堵，要做好防凍措施。在進火炬筒體前的火炬總管上安裝阻火器，能有效阻止火焰向工藝系統(tǒng)傳播。

2　項目實施

吐哈油田火炬放空氣回收工程被列為2006年股份公司的重點環(huán)保節(jié)能項目，2006年3月開始設(shè)計，9月開工建設(shè)，12月正式投運。

2.1主要內(nèi)容

1）溫米油田，選用22 000 m3/d（標況）的螺桿壓縮機，額定排氣壓力0.35 MPa，壓縮機采用空冷方式。用水封控制火炬總管壓力，用阻火器防止回火。設(shè)高空自動點火裝置和配套FCS控制系統(tǒng)，設(shè)水封罐及自動補水系統(tǒng)、并聯(lián)爆破片旁通回路。

2）丘陵油田，對原穩(wěn)壓縮機吸氣流程進行調(diào)整，從火炬總管上引出放空氣到原穩(wěn)壓縮機入口，利用原穩(wěn)壓縮機的富裕回收能力，增壓后再進到輕烴裝置入口，回收火炬放空氣?；鹁婵偣芫€上設(shè)置氣動蝶閥控制總管壓力，設(shè)高空自動點火裝置和配套的FCS控制系統(tǒng)。

3）丘東氣田，選用回收能力28 000 m3/d（標況）的螺桿壓縮機，額定排氣壓力0.9 MPa，采用水冷方式。用水封控制火炬總管壓力，用阻火器防止回火。設(shè)高空自動點火裝置和配套的FCS控制系統(tǒng)，設(shè)水封罐及自動補水系統(tǒng)、并聯(lián)爆破片旁通回路，更新火炬頭。螺桿壓縮機回收簡易工藝流程自控圖見圖1。

表1　壓縮機選擇對比

圖1　火炬氣回收簡易工藝流程圖

2.2主要應(yīng)用設(shè)備

2.2.1螺桿壓縮機

機組型式：噴液內(nèi)冷變頻調(diào)節(jié)雙螺桿壓縮機。機組功率：185 kW（丘東）90 kW（溫米）。吸入壓力/溫度：0～50 kPa（G）/-5～50℃。

排氣量：15m3/min（溫米），20m3/min（丘東）。

排氣壓力/溫度：0.35 MPa（G）/75℃（溫米），0.9 MPa（G）/75℃（丘東）。

2.2.2高空自動點火裝置

高空自動點火裝置克服了高空點火電纜易燒毀破壞絕緣以及點火失效的技術(shù)難題。實現(xiàn)了安全自動點火的功能，并且終身免維護。高空自動點火裝置參數(shù)見表2。

表2　自動點火裝置重點參數(shù)

2.2.3水封罐及自動補水系統(tǒng)

溫米聯(lián)合站新建水封罐采用雙層孔板結(jié)構(gòu)，有利于氣液分離，減少放空氣的霧沫夾帶。

水封側(cè)設(shè)有液位計和液位變送器，液位變送器設(shè)高、低液位報警。水封罐采用高液位溢流控制水封高度。為了提高回收系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，同時也為了減少操作強度，新建水封罐設(shè)置自動補水電磁閥。自動補水設(shè)手動和自動2種操作模式。

2.2.4氣動蝶閥

丘陵聯(lián)合站初始建設(shè)沒有設(shè)置傳統(tǒng)的水封罐，改造時考慮冬季防凍措施難度大，不考慮增設(shè)水封罐，設(shè)計采用火炬總管蝶閥（國內(nèi)首次使用）。氣動蝶閥DN500，氣關(guān)型，遠程自動控制，帶防爆閥位反饋。由于近年蝶閥技術(shù)發(fā)展迅速，大口徑蝶閥的密封等級能夠達到5級密封，技術(shù)上是達到火炬氣封的要求，并在中控室中能顯示閥位狀態(tài)。

2.2.5爆破片

溫米和丘東聯(lián)合站水封罐各設(shè)置并聯(lián)爆破片旁通回路1套，丘陵聯(lián)合站在火炬總管氣動蝶閥上并聯(lián)爆破片旁通回路1套，以防止水封凍堵或氣動蝶閥故障時火炬總管的通暢，從而達到保護站內(nèi)裝置和火炬系統(tǒng)的目的。

2.2.6火炬頭

火炬頭采用分散火炬氣、小孔對撞的燃燒方式以達到良好的燃燒效果?；鹁骖^上設(shè)有聚火塊穩(wěn)焰器，用以保證放空氣火焰穩(wěn)定，防止火炬頭出現(xiàn)脫火現(xiàn)象。

2.2.7火炬阻火器

各聯(lián)合站設(shè)置波紋板式火炬阻火器1套。材質(zhì)304SS。阻火器可有效防止火炬回火，產(chǎn)生的壓力降滿足火炬回收和正常排放的需要。

2.2.8控制系統(tǒng)

丘陵、溫米、丘東聯(lián)合站各設(shè)置SIEMENS分布式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）1套。

丘東、溫米聯(lián)合站FCS控制系統(tǒng)分別由2套PLC控制柜、1套變頻控制柜和1套馬達配電控制中心組成。四者通過高速高可靠的Profibus總線相聯(lián)結(jié)，整合成1套既相對獨立又完整無縫的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享和協(xié)同調(diào)度控制。

2.3主要控制策略

2.3.1溫米、丘東聯(lián)合站

用水封高度控制火炬總管壓力。當總管壓力控制在1～8 kPa時，放空氣回收；當總管壓力大于8 kPa時，回收部分放空氣并啟動自動點火程序；當總管壓力大于12 kPa時，水封罐自動補水系統(tǒng)停止；當總管壓力下降到8 kPa以內(nèi)后，恢復補水到自動模式。當水封罐后氣體流量大于30 m3/h（標況），且火焰探測顯示火炬熄滅時，系統(tǒng)自動啟動點火發(fā)生器，直到點火成功。

2.3.2丘陵聯(lián)合站

用氣動蝶閥自動控制火炬總管壓力。當火炬總管壓力在5～35 kPa時，原穩(wěn)壓縮機入口調(diào)節(jié)閥自動開啟，正常回收；當總管壓力超過50 kPa時氣動蝶閥開啟，啟動點火程序，當總管壓力超過100 kPa時爆破片破裂；當總管壓力逐漸減小到10 kPa以下時，火炬調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。

3　效益分析

油田火炬放空氣回收項目實施后，回收火炬放空氣約每標準52 000 m3/d（其中溫米聯(lián)合站每標準20 000 m3/d，丘東聯(lián)合站每標準25 000 m3/d，丘陵聯(lián)合站每標準7000 m3/d），每年回收天然氣0.156× 108m3，回收的天然氣進入輕烴裝置再處理加工，經(jīng)計算折合生產(chǎn)混輕約11 t/d，運行時間按300天/a計算，天然氣價格按吐哈每標準0.616元/m3，混輕產(chǎn)值按4500元/d計算，每年天然氣的產(chǎn)值960.96萬元，每年混輕的產(chǎn)值是1485萬元，年總產(chǎn)值為2 445.96萬元。

按運行成本來計算依托各采油廠現(xiàn)有人員統(tǒng)一管理，不需要增加定員，成本主要是壓縮機的耗電和維護費用，溫米、丘東2臺耗電198 kWh/a，年電費162.23萬元，溫米、丘東、丘陵各聯(lián)合站運行維護費用估算為300萬元，年運行成本462.23萬元，增利稅415.81萬元，年純利潤1 567.92萬元。該項目投資967.22萬元，投入產(chǎn)出比為1∶2.53，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4　結(jié)論

研究成果適用于聯(lián)合站或天然氣處理裝置火炬放空天然氣的回收應(yīng)用，既可利用已建設(shè)施，減少占地面積、降低運行成本、減少投資，也可進行局部改造提高處理能力。也適用于邊遠單井天然氣的回收利用。

通過對油田火炬放空氣現(xiàn)狀的調(diào)查，進行火炬放空氣回收技術(shù)分析研究，針對各聯(lián)合站火炬的不同特點，采用相應(yīng)工藝成熟、安全可靠，一次性投資相對較低的回收利用新方法，成果目前2006年已在溫米、丘東、丘陵聯(lián)合站的火炬中進行應(yīng)用。對國內(nèi)其它油田的火炬氣的回收具有借鑒意義。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.009

2015-05-20）

周自武，高級工程師，1992年8月畢業(yè)于西南石油學院，從事油田開發(fā)生產(chǎn)管理工作，E-mail：tiouliu@126.com，地址：新疆鄯善火車站鎮(zhèn)，838202。