某油田火炬黑煙來源分析及治理

呼文財(cái)，王 晶，胡 廷，戴俊峰，魏 強(qiáng)，張立杰

(1 中海油(天津)油田化工有限公司，天津 300452；2 中石油北京天然氣管道有限公司山西輸氣管理處，北京 100101)

油田火炬黑煙的產(chǎn)生主要是由于天然氣燃燒不充分導(dǎo)致，天然氣燃燒是否充分與燃燒介質(zhì)與火炬頭設(shè)計(jì)密切相關(guān)[1-9]。由于更改火炬頭設(shè)計(jì)需要在油田停產(chǎn)的條件下進(jìn)行，為此會(huì)給油田帶來較大的損失，該方法基本無法在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)施。

本文主要對某油田火炬燃燒的介質(zhì)進(jìn)行了分析，得出了火炬燃燒不充分的主要原因，最終在不影響現(xiàn)場正常生產(chǎn)的情況下，通過對現(xiàn)場流程及物流的調(diào)整，極大改善了火炬的燃燒情況，基本解決的火炬的黑煙問題。

1 背 景

某油田自投產(chǎn)以來，火炬系統(tǒng)一直伴隨著嚴(yán)重的黑煙現(xiàn)象，不能滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求[10]。該油田原油系統(tǒng)處理設(shè)備依次為一級、二級、三級自由水自由水分離器，運(yùn)行溫度分別為50 ℃、60 ℃、65 ℃，三級自由水分離器油相出口經(jīng)原油增壓泵增壓后由海底管線輸送至陸地儲油罐。一級、二級自由水分離器分離出的天然氣通過天然氣壓縮機(jī)系統(tǒng)增壓后經(jīng)天然氣海底管線輸送至陸地處理廠進(jìn)一步處理。由于三級自由水分離器氣相壓力較低，所以直接進(jìn)入火炬系統(tǒng)進(jìn)行燃燒。壓縮機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的凝析油排放至油田閉式排放系統(tǒng)，然后經(jīng)增壓增打入三級自由水分離器入口進(jìn)入原油系統(tǒng)。當(dāng)一級、二級自由水分離器、天然氣壓縮機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行壓力高于正常操作壓力時(shí)，各自的壓力控制閥會(huì)釋放一定的天然氣至閉式排放系統(tǒng)，然后至火炬系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2 火炬黑煙來源分析

由于該油田停產(chǎn)對火炬頭進(jìn)行改造的可能性基本沒有，所以主要從燃燒介質(zhì)方面對火炬黑煙產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

對現(xiàn)場一級、二級、三級自由水分離器氣相，閉式排放系統(tǒng)氣相及綜合放空氣進(jìn)行組分析。從表1中分析結(jié)果可以看出：一級、二級自由水分離器氣相組成和一般天然氣組成沒有明顯差異；三級自由水分離器氣相，閉式排放系統(tǒng)氣相及綜合放空氣中甲烷含量較低，乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷、正戊烷等重質(zhì)組分含量較高。

從檢測數(shù)據(jù)可初步得出：該油田火炬黑煙主要是由于三級自由水分離器氣相與閉式排放系統(tǒng)氣相中甲烷含量少，乙烷、丙烷、異 丁 烷、正丁烷、異戊烷、正戊烷含量高，導(dǎo)致綜合放空氣中重質(zhì)組分偏高，而使天然氣不能在火炬頭充分燃燒導(dǎo)致。

表1 天然氣組分分析Table 1 Gas composition analysis

3 改進(jìn)措施

3.1 三級自由水分離器氣相改善

三級自由水分離器氣相全部進(jìn)入火炬進(jìn)行燃燒，其對火炬燃燒的影響起主要作用。其氣相甲烷含量偏少，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量偏高可能與其操作溫度、壓力有關(guān)，也有可能是由于現(xiàn)場將閉式排放系統(tǒng)的凝析油直接轉(zhuǎn)移至三級自由水分離器入口，而導(dǎo)致大量重質(zhì)組分在三級分離器中揮發(fā)至氣相所致。經(jīng)過初步分析，主要原因可能為后者。

現(xiàn)場將凝析油注入點(diǎn)由三級自由水分離器入口改為原油外輸泵入口。從表2中檢測數(shù)據(jù)可以得出：凝析油加注點(diǎn)調(diào)整后，三級自由水分離器氣相、綜合放空氣中甲烷含量明顯升高，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量較調(diào)整前均有所降低。凝析油加注點(diǎn)調(diào)整后，現(xiàn)場火炬黑煙現(xiàn)象得到大幅改善。

表2 流程調(diào)整前后天然氣組分分析Table 2 Gas composition analysis comparison before and after the adjustment

3.2 閉式排放系統(tǒng)氣相改善

閉式排放系統(tǒng)運(yùn)行溫度為55 ℃，來自天然氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的凝析油直接排放至閉式排放系統(tǒng)，然后由增壓泵轉(zhuǎn)至原油系統(tǒng)。由于凝析油中含有大量的易揮發(fā)烴類，導(dǎo)致大量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷由閉式排放系統(tǒng)揮發(fā)至火炬系統(tǒng)，導(dǎo)致燃燒不充分而產(chǎn)生火炬黑煙現(xiàn)象。

由于易揮發(fā)的物質(zhì)在低溫下可減少其揮發(fā)，所以針對該問題現(xiàn)場增加了一臺用于凝析油冷卻的海水冷卻器，經(jīng)過改造后，凝析油首先進(jìn)入海水冷卻器進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入閉式排放系統(tǒng)。增加海水冷卻器后，閉式排放系統(tǒng)的運(yùn)行溫度由55 ℃降至30 ℃。從表3檢測數(shù)據(jù)可以得出：閉式排放系統(tǒng)運(yùn)行溫度降低后，氣相中甲烷含量較之前明顯升高，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量較之前均有所降低；綜合放空氣中甲烷含量較之前有所升高，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量較之前均有所降低。通過降低閉式排放系統(tǒng)的運(yùn)行溫度，減少了凝析油中重質(zhì)組分向氣相的揮發(fā)，進(jìn)一步降低了放空氣中重質(zhì)氣相組分的含量。從現(xiàn)場的實(shí)際觀察情況看，火炬黑煙現(xiàn)象基本消除。

表3 流程調(diào)整前后天然氣組分分析Table 3 Gas composition analysis comparison before and after the adjustment

4 結(jié) 論

該油田火炬黑煙產(chǎn)生的原因?yàn)椋趴諝庵兄刭|(zhì)組分較多導(dǎo)致；通過將凝析油加注點(diǎn)由三級自由水分離器入口改為原油外輸泵入口及降低閉式排放系統(tǒng)的運(yùn)行溫度的方法，減少了凝析油中重質(zhì)組分向火炬系統(tǒng)的揮發(fā)，較大改善了火炬系統(tǒng)放空氣的燃燒質(zhì)量，基本解決了該油田火炬燃燒的黑煙問題。