某油田消除火炬黑煙的技術應用

代齊加，徐學智

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459)

1 問題概述

某油田火炬系統是保障油田安全生產的重要設施，由火炬管匯、火炬分液罐、火炬頭組成。火炬管匯匯集流程設備正常生產時釋放的多余伴生氣以及異常工況下的應急放空氣，經火炬分液罐進行氣液分離后，在安全位置進行燃燒放空，以保證現場人員、設備設施的安全[1]。

火炬系統設計處理量 30×104m3/d，實際處理量約 2×104m3/d。自油田投產后，放空天然氣燃燒時火炬存在間歇性黑煙現象，導致碳排放指標超標，污染海洋生態環境。隨著經濟和社會的快速發展，國家對環境保護愈發重視以及執法部門監管力度逐漸加強，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產生的固態顆粒的宏觀表現形式[2]。放空天然氣的重組分含量高是火炬產生黑煙的重要原因，放空天然氣的重組分越多，碳氫比越大，等體積天然氣充分燃燒耗氧量就越多，導致燃燒產物中炭黑組分比例增大，燃燒過程中形成的黑煙現象就越明顯[3]。

從該油田放空天然氣的組分化驗結果(表 1)來看，C3以上重組分含量約 8.89%，超過火炬產生黑煙的臨界值 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存在間歇性黑煙現象的主要原因。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結果Tab.1 Test results of vented gas components in an oilfield

3 解決措施

3.1 新增低壓壓縮機回收放空天然氣

二級分離器操作壓力 50kPaG，處理氣量約1.5×104m3/d，天然氣的重組分含量為 9.84%。天然氣直接進入火炬系統燃燒放空，不僅造成資源浪費，而且存在燃燒不充分導致火炬產生黑煙的風險。本著節能減排以及保護海洋生態環境的原則，新增1套低壓壓縮機，將二級分離器產生的伴生氣增壓至540kPaG后，進入燃料氣系統處理合格后作為透平發電機的燃料氣(圖1)。

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

在低壓壓縮機投入使用后，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，還產生可觀的經濟效益。

3.2 優化改造凝析油分離器處理流程

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

凝析油分離器操作壓力 540kPaG，二級分離器操作壓力 50kPaG，閉排罐為常壓罐，根據設備布置及壓力參數，將凝析油流程由閉排罐改造至二級分離器(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備，其中輕組分揮發成氣體，重組分則隨原油輸送至下游流程，因凝析油揮發導致火炬產生黑煙的現象得到了有效控制。

3.3 增設放空氣管匯U型彎排放流程

放空氣管匯直徑為300mm，長度約100m，匯集流程設備正常生產時釋放的多余伴生氣以及異常工況下的應急放空氣，組分較重的放空氣在經過放空氣管匯放空過程中，重烴不斷沉積，使放空氣管匯中積聚了大量的凝液。受流速、壓降、溫差影響，蒸發的凝液進入火炬燃燒放空時產生黑煙。鑒于此，從放空氣管匯的低點預留口處增加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 U型彎排放流程后，保持排放流程處于常開狀態，確保了放空氣管匯中冷凝出來的重烴隨時排放不再沉積，減少了火炬產生黑煙的風險。

4 結 論

通過認真分析火炬產生黑煙的原因，開展新增低壓壓縮機回收放空天然氣、優化改造凝析油分離器處理流程、增設放空氣管匯 U型彎排放流程等針對性優化改造，火炬顏色從原來不充分燃燒的黑紅色變為現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。本文總結了一套分析問題和解決問題的技術思路和方法，對其他油田存在類似問題的工藝流程優化具有一定的指導和借鑒意義，有助于實現環境保護和經濟效益的雙豐收。■