某油田消除火炬黑煙的技術(shù)應(yīng)用

代齊加，徐學(xué)智

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津300459)

1 問題概述

某油田火炬系統(tǒng)是保障油田安全生產(chǎn)的重要設(shè)施，由火炬管匯、火炬分液罐、火炬頭組成?；鹁婀軈R匯集流程設(shè)備正常生產(chǎn)時(shí)釋放的多余伴生氣以及異常工況下的應(yīng)急放空氣，經(jīng)火炬分液罐進(jìn)行氣液分離后，在安全位置進(jìn)行燃燒放空，以保證現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備設(shè)施的安全[1]。

火炬系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理量 30×104m3/d，實(shí)際處理量約 2×104m3/d。自油田投產(chǎn)后，放空天然氣燃燒時(shí)火炬存在間歇性黑煙現(xiàn)象，導(dǎo)致碳排放指標(biāo)超標(biāo)，污染海洋生態(tài)環(huán)境。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)愈發(fā)重視以及執(zhí)法部門監(jiān)管力度逐漸加強(qiáng)，火炬黑煙成為急需解決的問題。

2 原因分析

黑煙是放空天然氣燃燒不充分時(shí)產(chǎn)生的固態(tài)顆粒的宏觀表現(xiàn)形式[2]。放空天然氣的重組分含量高是火炬產(chǎn)生黑煙的重要原因，放空天然氣的重組分越多，碳?xì)浔仍酱?，等體積天然氣充分燃燒耗氧量就越多，導(dǎo)致燃燒產(chǎn)物中炭黑組分比例增大，燃燒過程中形成的黑煙現(xiàn)象就越明顯[3]。

從該油田放空天然氣的組分化驗(yàn)結(jié)果(表 1)來看，C3以上重組分含量約 8.89%，超過火炬產(chǎn)生黑煙的臨界值 6%[4]。表明天然氣的重組分含量高是引起放空天然氣燃燒時(shí)存在間歇性黑煙現(xiàn)象的主要原因。從工藝流程角度分析，控制放空天然氣量以及減少其中重組分是解決火炬黑煙的重要舉措。

表1 某油田放空天然氣組分化驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test results of vented gas components in an oilfield

3 解決措施

3.1 新增低壓壓縮機(jī)回收放空天然氣

二級(jí)分離器操作壓力 50kPaG，處理氣量約1.5×104m3/d，天然氣的重組分含量為 9.84%。天然氣直接進(jìn)入火炬系統(tǒng)燃燒放空，不僅造成資源浪費(fèi)，而且存在燃燒不充分導(dǎo)致火炬產(chǎn)生黑煙的風(fēng)險(xiǎn)。本著節(jié)能減排以及保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境的原則，新增1套低壓壓縮機(jī)，將二級(jí)分離器產(chǎn)生的伴生氣增壓至540kPaG后，進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)處理合格后作為透平發(fā)電機(jī)的燃料氣(圖1)。

圖1 新增低壓壓縮機(jī)流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of new low pressure compressor process

在低壓壓縮機(jī)投入使用后，放空天然氣量減少約1.3×104m3/d，放空天然氣的重組分含量由 9.84%下降至 5.78%，在有效解決火炬黑煙問題的同時(shí)，還產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 優(yōu)化改造凝析油分離器處理流程

低壓壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)置有凝析油分離器，主要作用是將天然氣及其冷卻降溫后析出的凝析油進(jìn)行分離，分離出的凝析油進(jìn)入閉排罐。由于壓力及溫度的變化，凝析油揮發(fā)而成重組分含量較高的氣體后直接進(jìn)入火炬系統(tǒng)燃燒放空，造成火炬產(chǎn)生黑煙。

凝析油分離器操作壓力 540kPaG，二級(jí)分離器操作壓力 50kPaG，閉排罐為常壓罐，根據(jù)設(shè)備布置及壓力參數(shù)，將凝析油流程由閉排罐改造至二級(jí)分離器(圖2)，滿足排液要求。

圖2 凝析油分離器流程改造示意圖Fig.2 Schematic diagram of condensate separator process transformation

凝析油分離器處理流程改造后，凝析油被送往壓力更高的處理設(shè)備，其中輕組分揮發(fā)成氣體，重組分則隨原油輸送至下游流程，因凝析油揮發(fā)導(dǎo)致火炬產(chǎn)生黑煙的現(xiàn)象得到了有效控制。

3.3 增設(shè)放空氣管匯U型彎排放流程

放空氣管匯直徑為300mm，長(zhǎng)度約100m，匯集流程設(shè)備正常生產(chǎn)時(shí)釋放的多余伴生氣以及異常工況下的應(yīng)急放空氣，組分較重的放空氣在經(jīng)過放空氣管匯放空過程中，重?zé)N不斷沉積，使放空氣管匯中積聚了大量的凝液。受流速、壓降、溫差影響，蒸發(fā)的凝液進(jìn)入火炬燃燒放空時(shí)產(chǎn)生黑煙。鑒于此，從放空氣管匯的低點(diǎn)預(yù)留口處增加U型彎排放流程(圖3)。

圖3 放空氣管匯新增U型彎排放流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of new U-bend discharge process of vent manifold

增設(shè) U型彎排放流程后，保持排放流程處于常開狀態(tài)，確保了放空氣管匯中冷凝出來的重?zé)N隨時(shí)排放不再沉積，減少了火炬產(chǎn)生黑煙的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 論

通過認(rèn)真分析火炬產(chǎn)生黑煙的原因，開展新增低壓壓縮機(jī)回收放空天然氣、優(yōu)化改造凝析油分離器處理流程、增設(shè)放空氣管匯 U型彎排放流程等針對(duì)性優(yōu)化改造，火炬顏色從原來不充分燃燒的黑紅色變?yōu)楝F(xiàn)在充分燃燒的清澈透亮，而且還成功回收了部分放空天然氣，效果顯著。本文總結(jié)了一套分析問題和解決問題的技術(shù)思路和方法，對(duì)其他油田存在類似問題的工藝流程優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義，有助于實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收?！?/p>