火炬放空重組分控制措施與評價

秦斌，田東偉，馬建營(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

1 放空系統以及液烴系統現狀

1.1 放空系統

火炬系統由低壓火炬管匯、高壓火炬管匯、低壓火炬分液罐、高壓火炬分液罐、火炬頭、放空頭、火炬長明燈、火炬臂及應急點火丙烷瓶等組成。火炬系統用于接收并處理來自原油處理系統、天然氣處理系統以及注水、水處理等系統的壓力釋放閥、氣體緊急排放閥等釋放出的碳氫化合物氣體。按照壓力高低分別設有高壓和低壓火炬管匯及分液罐。來自注水系統和生產水系統的流體混合后進入冷放空頭放空。來自A平臺低壓火炬管匯和B平臺閉排系統流體混合后進入到低壓火炬分液罐中，進行氣液兩相分離，來自A平臺高壓火炬管匯和高壓火炬管匯流體混合后進入到高壓火炬分液罐中，進行氣液兩相分離，以脫除氣體中夾帶的液體。除液后的氣體進入火炬頭進行燃燒。分離出的液體積存于火炬分液罐內，靠液位調節閥控制液位，排到閉式排放系統[1]。

1.2 液烴系統

隨著油氣田開發生產，天然氣系統析出大量液烴。為了合理利用平臺液烴資源，實現能源高效利用，同時消除液烴對平臺生產流程和下游終端的安全隱患，故設計了一套以集液橫管為主體的液烴回收系統，與低壓液烴回收系統相連，通過建立壓差對液烴進行外輸，但是在在運行階段出現了各種排液不暢的問題，為了解決了低壓液烴排液不暢問題，平臺提出并進行了“微降壓”的改造，雖然現在能更好的實現低壓天然氣系統液烴的回收工作，但是A、B橫管微降壓管線是引到閉排的，使得微降壓管線中的重烴組分在閉排中積聚，導致揮發，通過火炬分液罐直接進入火炬放空燃燒從導致燃燒不充分。并且在液烴轉運時需要及時排橫豎管的底水，底水也是排到閉排，這樣勢必也會造成火炬的黑煙現象。液烴系統改造的流程圖如圖1所示。

圖1 液烴系統改造流程圖

2 火炬放空重組分燃燒不充分的分析和探究

2.1 火炬重組分來源分析和探究

針對在井口系統、原油處理系統和天然氣處理系統沒有放空，系統比較穩定的情況下，放空現象比較明顯的現狀，經過討論，初步分析原因可能有如下4個方面：(1)井口系統、原油處理系統和天然氣處理系統中有些放空流程中的閥門存在內漏現象，導致放空量明顯；(2)中壓機滑油罐廢氣排放量過多導致放空量增大；(3)液烴系統中存在液烴排放到放空流程導致燃燒的情況；(4)火炬燃燒效果不佳。

2.2 火炬重組分燃燒不充分的分析和探究

從工藝流程角度分析，首先由于中壓機滑油罐廢氣排放大部分接入冷放空系統，只有少量可能隨滑油排放到開排罐然后輸送至閉排，不會造成火炬燃燒的主要原因，該氣量未超過火炬設計處理量，且空氣補充通道良好，火炬頭外觀良好，不會造成火炬燃燒黑煙；通過對井口流程中的閥門進行閥位進行測試發現閥門開關狀態正常，故亦不存在閥門內漏等原因造成的火炬黑煙情況。根據以上分析，鎖定主要原因如下：(1)由于A、B橫管微降壓管線引到閉排，使得微降壓管線中的重烴組分在閉排中積聚，導致揮發，通過火炬分液罐直接進入火炬放空燃燒；(2)液烴A、B、C管底部排液的管線引到閉排，勢必也會造成大量重烴組分通過閉排從火炬燃燒；(3)由于原油分離器氣液分離的能力有限，造成油氣分離不凈，天然氣攜帶重烴組分進入火炬放空系統燃燒。

3 火炬放空重組分燃燒不充分問題治理措施

3.1 火炬放空問題治理措施

由于分析火炬放空量大的原因是涉及到放空系統的閥門存在內漏，所以對涉及到放空系統的各種閥門進行排查，包括放空調節閥、截止閥、球閥以及PSV的旁通球閥等閥門。通過對原油處理系統中各級分離器的放空調節閥、截止閥和球閥的排查，發現一級分離器氣相放空調節閥存在內漏，在關閉一級分離器氣相放空調節閥前后球閥后，觀察火炬的大小，明顯發現火炬變小，所以初步確定一級分離器氣相放空調節閥存在內漏現象。在對井口系統放空閥門進行排查的過程中發現段塞流捕集器放空調節閥的球閥存在內漏，需對其進行更換。其他放空系統的閥門沒有發現問題[2]。

3.2 火炬放空重組分燃燒不充分的問題治理措施建議

(1)由于A、B橫管微降壓管線引到閉排，使得微降壓管線中的重烴組分在閉排中積聚，導致揮發，在火炬中燃燒不充分，因此采取不讓微降壓管線中的重烴組分進入火炬系統，讓其通過低、中壓機再次被壓縮進入氣管網的方式，達到回收重烴組分的目的。本文嘗試將微降壓管線中的重烴組分引到低壓機入口的方式來解決問題，由于直接引到低壓機入口不太現實，所以初步考慮將微降壓管線中的重烴組分引到三級分離器出口。

(2)基于液烴A、B、C管底部排液的管線引到閉排造成大量重烴組分燃燒，造成火炬黑煙的問題，文章采取不將液烴A、B、C管底部排液的管線引到閉排的方法。取樣口排放的重烴如圖2所示。根據液烴A、B、C豎管的不同壓力的情況，考慮將液烴A、B豎管底部排液去閉排的管線引到污油罐，通過污油罐的轉液重新回歸到原油處理系統。考慮將液烴C管底部排液的管線去閉排的管線引到原油預熱器入口，也是進入到原油處理系統。在此改造完成之后，閉排轉液應有好轉，可以將液位較之前轉地更低一些，減少重烴組分在閉排中的揮發。

圖2 取樣口排放的重烴

(3)針對原油分離器氣液分離的能力有限，造成油氣分離不凈，天然氣攜帶重烴組分進入火炬放空系統燃燒的現象，可以考慮在出口在增加捕霧器的方式，但由于造價比較高，實施難度和風險比較大，所以還要做進一步探究。

(4)針對高低壓火炬分液罐的溫度較高，不利于氣體中的輕烴組分在火炬分液罐中冷卻凝結沉降的問題。初步可以采取在高低壓火炬分液罐出口安裝冷卻器的方式，削減天然氣攜帶重烴組分放空的能力。

4 火炬放空重組分控制處理效果評價

4.1 火炬放空處理效果

本文提出的減少火炬放空量的幾項措施中，通過不斷排查閥門內漏的情況，已經查找出一級分離器氣相放空調節閥存在內漏和段塞流捕集器放空調節閥的球閥存在內漏的情況。通過對一級分離器氣相放空調節閥和段塞流捕集器放空調節閥進行檢修，現在火炬放空量已經減少。現在火炬放空大小如圖3所示。

圖3 整改后火炬放空大小

4.2 火炬放空重烴燃燒不充分處理效果

通過將A、B橫管微降壓管線引到三級分離器出口，火炬狀態有了明顯的好轉，但由于A、B橫管微降壓管線是連在一起引到三級分離器出口的，導致A、B橫管微降壓互相影響，后續會將其分開分別引入，并且會配置硬管。

5 結語

文章從工藝角度考慮如何減少火炬的放空量和重組分燃燒補充分的控制措施加以論述。通過分析并進行試驗，初步判斷上文所提的措施有效，可以減少火炬放空量以及避免火炬重組分燃燒不充分情況，有利于提高環保、減排效果。