海上平臺(tái)伴生液烴的影響分析及回收實(shí)踐

崔明

（中海石油（中國）有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津市濱海新區(qū) 300452)

1 概述

為達(dá)到原油穩(wěn)定的要求，海上生產(chǎn)平臺(tái)一般設(shè)計(jì)多級(jí)分離器。油井產(chǎn)出物流經(jīng)多級(jí)降壓分離，有效脫除原油中的水分，同時(shí)也將原油中的伴生氣脫離出來。這部分脫離出來的天然氣將利用壓縮機(jī)逐級(jí)增壓，供給氣舉、透平發(fā)電或外輸至陸地終端。

海上油氣生產(chǎn)平臺(tái)一般采用低壓壓縮機(jī)回收低壓分離器分離的伴生天然氣。壓縮機(jī)組一般在入口設(shè)置海水冷卻器，來保證機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的溫度，同時(shí)脫出天然氣中部分液體組分，這部分液體組分中含有部分液烴，由于回收壓力較低，這部分液烴只能進(jìn)入閉排系統(tǒng)，通過閉排泵轉(zhuǎn)回至原油流程。在原油流程中隨著溫度的升高，這部分液烴將再次揮發(fā)成天然氣進(jìn)入低壓壓縮機(jī)，這樣往復(fù)循環(huán)不但增大流程處理負(fù)荷，也不利于液烴的回收利用。

以海上某生產(chǎn)平臺(tái)（以下簡稱為A平臺(tái)）為例：平臺(tái)設(shè)計(jì)有一臺(tái)低壓壓縮機(jī)、三臺(tái)中壓壓縮機(jī)和四臺(tái)高壓壓縮機(jī)。其中，低壓壓縮機(jī)無備用機(jī)組，用于將二級(jí)生產(chǎn)分離器升溫后脫出的部分天然氣（45Kpa左右）進(jìn)行壓縮處理，進(jìn)入平臺(tái)中、高壓天然氣處理流程。平臺(tái)低壓機(jī)設(shè)計(jì)為兩級(jí)壓縮，一級(jí)壓縮將天然氣增壓至300Kpa，二級(jí)增壓至550Kpa，期間經(jīng)過三個(gè)海水冷卻器和兩個(gè)洗滌器。天然氣壓縮、冷卻過程中脫出的液烴和少量的水收集在兩個(gè)洗滌器中，通過液烴排放管線排放至閉排，管線上分別設(shè)計(jì)有一個(gè)SDV閥和一個(gè)LV閥控制洗滌器的液烴排放。

2 伴生液烴對(duì)生產(chǎn)工藝的影響分析

2.1 閉排泵氣蝕嚴(yán)重，不利于安全生產(chǎn)

低壓機(jī)收集的液烴進(jìn)入閉排罐后，需要利用閉排泵轉(zhuǎn)回原油流程。平臺(tái)閉排泵設(shè)計(jì)為離心泵，離心泵的葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生很大的離心力，在泵入口形成一定真空度，由于壓力的下降一部分液烴就開始汽化形成氣泡。當(dāng)氣泡達(dá)到靜壓超過飽和蒸汽壓區(qū)域時(shí)，氣泡迅速潰滅。周圍的液體以高速向氣泡中心運(yùn)動(dòng)，這就形成了高頻的水錘作用[1]，出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重影響閉排泵的使用壽命[2-3]。另外，液烴氣化后，離心泵的葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于氣體的膨脹降低泵頭入口真空度，出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象，導(dǎo)致閉排泵無法正常轉(zhuǎn)液。閉排罐屬于安全環(huán)保設(shè)施，應(yīng)隨時(shí)處于低液位，且閉排泵應(yīng)隨時(shí)處于可用狀態(tài)，低壓機(jī)液烴的進(jìn)入嚴(yán)重影響平臺(tái)的安全生產(chǎn)，成為平臺(tái)的重大隱患源。

2.2 液烴在原油系統(tǒng)中循環(huán)，增大低壓機(jī)的處理負(fù)荷

為保證壓縮機(jī)機(jī)組的溫度，需要在入口設(shè)置海水冷卻器來保持機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的溫度，但隨著溫度的降低，一部分天然氣轉(zhuǎn)化成液烴，這部分液烴只能通過低壓機(jī)的洗滌器進(jìn)入閉排系統(tǒng)，再轉(zhuǎn)回原油流程。而在原油流程中由于溫度升高液烴再次揮發(fā)成天然氣進(jìn)入低壓壓縮機(jī)，這樣往復(fù)循環(huán)不但增大流程處理負(fù)荷，也不利于液烴的回收利用。

以A平臺(tái)為例，該平臺(tái)原油產(chǎn)量為3300方/天，低壓壓縮機(jī)回流閥開度為30-40%，當(dāng)閉排轉(zhuǎn)液時(shí)低壓壓縮機(jī)回流閥開度基本關(guān)零，低壓機(jī)全部加載。隨著油田開采的不斷深入，油氣田產(chǎn)量也將不斷增加，油氣田伴生氣量也將不斷增大，屆時(shí)在閉排轉(zhuǎn)液過程中，伴生氣量將超出低壓壓縮機(jī)設(shè)計(jì)處理能力，部分低壓天然氣將通過低壓放空系統(tǒng)計(jì)入火炬進(jìn)行燃燒，增大平臺(tái)碳排量，不利于平臺(tái)減排增效的目標(biāo)完成。

2.3 閉排轉(zhuǎn)液時(shí)，造成中壓機(jī)排液過多，出現(xiàn)液位高高關(guān)斷

當(dāng)閉排轉(zhuǎn)液時(shí)，大量液烴進(jìn)入原油系統(tǒng)，這部分液烴經(jīng)過升溫?fù)]發(fā)后，使低壓機(jī)溫度急劇上升，低壓機(jī)海水冷卻器無自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度升高，對(duì)機(jī)組造成影響，機(jī)組震動(dòng)升高。同時(shí)，低壓機(jī)洗滌器液烴冷凝量大幅降低，最終導(dǎo)致中壓壓縮液烴冷凝量急劇升高，超出設(shè)計(jì)能力，造成中壓機(jī)洗滌器出口液烴緩沖罐液位高高關(guān)斷。

2.4 低壓機(jī)停機(jī)時(shí)，火炬黑煙過大

由于A平臺(tái)盡設(shè)計(jì)一臺(tái)低壓壓縮機(jī)，無備用機(jī)機(jī)組，在低壓機(jī)停機(jī)后，原油系統(tǒng)積存的液烴通過天然氣的放空攜帶至火炬，造成火炬黑煙巨大，有悖于公司節(jié)能環(huán)保的理念。

3 伴生液烴回收工藝設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化思路

為了徹底解決上述問題，就需要阻止低壓機(jī)收集的液烴進(jìn)入原油流程，造成流程的惡性循環(huán)。因此，平臺(tái)討論設(shè)計(jì)改造低壓液烴處理流程，將低壓壓縮機(jī)兩級(jí)洗滌器排液管線引至液烴收集立管，再通過A平臺(tái)拆除停用的電動(dòng)液烴泵將液烴輸送至液烴海水冷卻器入口，從而進(jìn)入平臺(tái)液烴處理系統(tǒng)，在通過液烴分離器的脫水作用后直接進(jìn)行外輸，這樣也避免了液烴降壓或升溫后的損失。

同時(shí)，A平臺(tái)通過中壓和高壓液烴回收系統(tǒng)的液烴泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)隔膜泵故障率較高，檢修頻繁，因此，考慮接入備用流程，引一路高壓天然氣進(jìn)入液烴收集立管，通過流程切換，將液烴直接壓入平臺(tái)液烴處理系統(tǒng)。

綜上所述，此次流程優(yōu)化內(nèi)容概括如下：

1) 新增電動(dòng)液烴轉(zhuǎn)液泵，利用立管上新增液位計(jì)進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)泵的連續(xù)自動(dòng)輸送；

2) 引高壓天然氣，利用高壓將立管內(nèi)液烴直接壓到液烴海水冷卻器入口，此流程操作前需提前將低壓機(jī)排液倒入閉排流程。

3.2 可行性分析

在新增液烴收集立管上設(shè)計(jì)液位計(jì)，通過液位變送器控制新增液烴轉(zhuǎn)運(yùn)泵的啟停，實(shí)現(xiàn)液烴轉(zhuǎn)液的自動(dòng)控制。

通過分析低壓機(jī)洗滌器的排液曲線，利用容積法計(jì)算求得低壓機(jī)一級(jí)洗滌器日排液量3.32方，低壓機(jī)二級(jí)洗滌器日排液量9.16方?？紤]現(xiàn)場甲板布置空間，設(shè)計(jì)新增兩根30寸5米高的立管，用于液烴收集，總?cè)莘e約為4方。與A平臺(tái)中高壓液烴緩沖罐的處理效果進(jìn)行對(duì)比如下：接收中壓機(jī)和高壓機(jī)排液的液烴緩沖罐容積分別為0.1方和0.3方，日處理液烴量分別為10.4方/天和10.5方/天，因此，接收立管的容積完全能夠滿足低壓機(jī)液烴回收的處理需求。

考慮到干氣對(duì)流程影響較小，高壓天然氣的氣源接入點(diǎn)選在三甘醇脫水塔出口，利用原流程預(yù)留甩頭即可實(shí)現(xiàn)天然的接入，三甘醇出口天然氣壓力為7200KPa，液烴處理系統(tǒng)操作壓力為6500KPa，完全滿足液烴增壓外輸?shù)奶幚硇枨蟆?/p>

3.3 具體實(shí)施

流程設(shè)計(jì)需充分考慮后部流程故障對(duì)低壓機(jī)排液的影響，因此，流程調(diào)整需要保留原有閉排管線流程，新增流程需接入到單流閥后部，避免低壓機(jī)停機(jī)收后部流程帶壓氣體竄入，帶來不必要的安全風(fēng)險(xiǎn)。海上生產(chǎn)平臺(tái)受現(xiàn)場空間限制，新增收集罐體設(shè)計(jì)采用立式結(jié)構(gòu)，盡量縮小半徑，以就年少甲板占用空間。A平臺(tái)采用了兩根30寸，5米高立管，頂部和底部連通，增大液烴立管容積，其中一根立管設(shè)有液位計(jì)，實(shí)現(xiàn)泵自動(dòng)啟?？刂?。底部出口預(yù)留2寸甩頭，加盲板，用于罐體清罐或排空。罐出口連接兩臺(tái)電動(dòng)隔膜泵，進(jìn)出口分別設(shè)有球閥，并在泵入口設(shè)有Y型濾器，泵總出口設(shè)有單流閥，防止高壓液烴回竄。泵設(shè)有旁通管線，管線上設(shè)有單流閥，同時(shí)罐入口引三甘醇脫水塔出口管線，管線上設(shè)有一個(gè)球閥、一個(gè)截止閥和一個(gè)單流閥。這樣，可以利用三甘醇脫水塔氣體，將立管內(nèi)液烴通過泵的旁通管線，壓送至液烴處理系統(tǒng)。液烴收集立管頂部連接至火炬分液罐，保持罐體壓力處于微正壓。流程設(shè)計(jì)還應(yīng)同時(shí)考慮管線壓力等級(jí)變化，選用合適磅級(jí)、材質(zhì)的管線和閥門。流程設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 A平臺(tái)低壓機(jī)液烴改造示意圖

4 技術(shù)評(píng)價(jià)

通過上述流程優(yōu)化改造，低壓機(jī)回收的液烴進(jìn)入液烴處理系統(tǒng)通過氣海管外輸，實(shí)現(xiàn)下游液烴的直接接收處理，每日增供液烴10方，約合人民幣1.4萬元。

通過上述流程優(yōu)化改造，降低閉排泵及中壓液烴回收系統(tǒng)的故障率，使平臺(tái)安全設(shè)備處于良好使用或備用狀態(tài)，保證平臺(tái)流程的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

通過上述流程優(yōu)化改造，在低壓機(jī)停機(jī)過程中能夠有效緩解火炬放空黑煙，降低平臺(tái)油氣生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染，其效益是無法估量的。

5 技術(shù)推廣

A平臺(tái)通過流程調(diào)整設(shè)計(jì)，徹底解決了液烴回收系統(tǒng)的問題。值得其他海上生產(chǎn)平臺(tái)參考和借鑒。對(duì)于沒有凝析油處理系統(tǒng)的平臺(tái)，可將低壓機(jī)液烴進(jìn)行靜置預(yù)脫水，再直接增壓外輸至天然氣或原油海管入口，避免對(duì)設(shè)備流程造成影響，同時(shí)也可高效回收液烴。

另外，此次流程優(yōu)化改造中考慮到引入高壓天然氣進(jìn)行直接壓送外輸凝析油，該方法可廣泛應(yīng)用于其他處理設(shè)施，如油田常用的減阻劑，由于藥劑儲(chǔ)存采用分散劑的形式，造成減阻劑注入泵進(jìn)出口單流閥頻繁堵塞。在藥劑允許間歇性注入的前提下，可以考慮在罐出口增設(shè)一個(gè)高壓小罐，通過引入高壓天然氣的方式進(jìn)行外輸，即高效又環(huán)保。