火炬系統(tǒng)凝析液回收裝置設(shè)計及再利用可行性分析

呂健(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

火炬系統(tǒng)內(nèi)處理的介質(zhì)一般為地層氣、油井產(chǎn)出物脫氣、壓力容器密封氣、閉排系統(tǒng)排氣及部分氣相安全閥起跳后的泄放氣等。其中，地層氣與油井產(chǎn)出物混合后進入生產(chǎn)流程處理的過程中，在輸送管道內(nèi)因管壁磨擦擾流、氣液間滑脫效應和管道走向變化所產(chǎn)生的流體內(nèi)部相間撞擊，從而使兩相流體經(jīng)過劇烈攪拌后進入緩沖容器，通過緩沖容器減壓、降速、穩(wěn)流、消泡、重力分離后，氣相介質(zhì)經(jīng)管道輸送至下級用戶。這些氣相介質(zhì)中大部分通過氣相海管外輸，小部分用作本地用戶燃料氣和密封氣，剩余部分則進入火炬系統(tǒng)成為放空氣。由于該過程中緩沖容器內(nèi)重力分離時間短、程度低、效果欠佳，及加注藥劑作用遲緩等，容器內(nèi)氣室中含有大量微小的懸浮液滴，導致氣相介質(zhì)流出緩沖容器時出現(xiàn)一定程度的攜液現(xiàn)象。而且流體中氣液間劇烈的相對運動和微量的互溶性，以及地層氣本身所含的大分子烴類物質(zhì)沒有得到完全分離，使得進入下級用戶的氣相介質(zhì)在濕度大的同時烴類物質(zhì)含量也非常高。當此類介質(zhì)進入火炬系統(tǒng)后，隨著流速的變化，一定時間內(nèi)管道中被攜出的細微液滴互相碰撞、融合形成較大液滴，并且在流動過程中附著在管壁上，經(jīng)過積累匯聚成液態(tài)水，最終進入火炬分液罐儲集泄放，或通過管路中的各低點排放管線進行排放。而系統(tǒng)中溫度的不斷變化，所含大分子烴類物質(zhì)逐漸析出、凝結(jié)，最后形成液態(tài)烴且隨液態(tài)水一并排出系統(tǒng)[1]。

1 火炬凝析液回收裝置設(shè)計

以海上生產(chǎn)設(shè)施旅大5-2油田為例：該油田屬于遼西1號斷層下降盤上的一個斷塊構(gòu)造，屬于常規(guī)稠油油藏，主力開采層位位于東二上段Ⅱ、Ⅲ油組，東二下端Ⅰ、Ⅲ油組。目前油田日產(chǎn)氣量約為4.1萬m3/d，其中放空氣量約為0.24萬m3/d，約占日產(chǎn)氣量的5.9%。

1.1 火炬系統(tǒng)流程簡述

該火炬系統(tǒng)所處理主要氣源為：壓力容器降壓后的地層氣、井液攜氣；壓力容器密封氣；閉排系統(tǒng)放空氣；各氣相安全閥泄放氣；來氣管匯將氣相介質(zhì)輸送至火炬分液罐，經(jīng)緩沖、降壓、排液后經(jīng)氣路管線輸至火炬頭點燃焚燒，液相流體排放至開排系統(tǒng)，最終轉(zhuǎn)至生產(chǎn)流程隨油井來液進行再處理。

1.2 現(xiàn)場低點排放殘液收集

生產(chǎn)系統(tǒng)運行過程中，每間隔2 h對火炬分液罐底部5 cm排放管線及火炬管線低點處1.9 cm排放管線進行殘液排放，根據(jù)目測規(guī)律，當環(huán)境溫度高于30 ℃時，管線低點處排放殘液基本不可見液態(tài)烴類物質(zhì)，當環(huán)境溫度為20～25 ℃時，管線低點處排放殘液可見少量液態(tài)烴類物質(zhì)；當環(huán)境溫度低于5℃時，管線低點處殘液排放量明顯增多且目測含有大量液態(tài)烴類物質(zhì)。由此可推測，火炬分液罐在一定環(huán)境溫度下，容器底部排放會攜帶相應體積的凝析液態(tài)烴，且由于管線內(nèi)徑差異，排放體積將遠大于管線低點處排放量[2]。

根據(jù)遼東海域2021年3月4日氣相環(huán)境顯示，取樣時環(huán)境溫度為-10℃，殘液溫度為3.7 ℃，排放時間間隔約為1.5 h。

利用現(xiàn)場日常使用低點排放容器計算1.5小時間凝析液體積，方式如示：

容器長度約31 cm；寬度約27 cm；所收殘液高度約22 cm，其中含液態(tài)水高度約14 cm。由此計算可得：

殘液總體積約為：31×27×22=18 414 cm3；

液態(tài)水體積約為：31×27×14=11 718 cm3；

凝析液體積約為：31×27×(22-14)=6 696 cm3；

可見凝析液的體積約占殘液總體積的36.36%。

并且可估算24 h可收集凝析液體積約為：6 696/1.5×24= 107 136 cm3(10.713 6 L)。此僅僅為火炬入口管線中單一低點排放所收集液量，若綜合考慮火炬分液罐及其他低點排放管線的脫、排液量總和，則凝析液的回收量會相當可觀。

撇取容器中上清液至實驗室，目測凝析液清澈、透明，具有一定烴類氣味，靜置6 h后無明顯揮發(fā)。將凝析液以任意比例與上述對比試劑進行混合，均未出現(xiàn)互斥不溶的現(xiàn)象。

1.3 凝析液組分及物性

根據(jù)相關(guān)液態(tài)烷烴的物理性質(zhì)描述中“液態(tài)烴指：在常溫常壓下呈液態(tài)的含碳原子數(shù)為5～16個的烴類化合物，泛指在常溫常壓下為液態(tài)的烴類。含碳原子數(shù)為1～4的烷烴為氣態(tài)，含碳原子數(shù)為5～16的烷烴為液態(tài)，含碳原子數(shù)為17以上的烷烴為固態(tài)。”而現(xiàn)場收集的凝析液靜置6 h后無明顯揮發(fā)，則可推測其可能為含有戊烷等含碳原子數(shù)≥5的烷烴類物質(zhì)的化合物。在揮發(fā)性方面，以戊烷為例：物理性狀為有汽油氣味的無色流動性液體；不溶于水，可與多種有機溶劑混溶，易揮發(fā)和燃燒，閃點18 ℃。所以化合物中含碳原子數(shù)越高的烷烴，所占體積比越大。

2 火炬系統(tǒng)凝析液回收裝置流程簡述

根據(jù)凝析液對環(huán)境溫度的敏感程度以及其自身固有的物性特征，設(shè)計本套火炬系統(tǒng)排放殘液中凝析液自動回收裝置。該裝置在原有的火炬系統(tǒng)流程中增設(shè)溫度自動調(diào)節(jié)單元與凝析液自動回收單元。裝置簡圖如圖1所示。

圖1 火炬系統(tǒng)凝析液回收裝置簡圖

2.1 溫度自動調(diào)節(jié)單元

包括：控制柜(含溫度探測、數(shù)據(jù)處理、傳/發(fā)指令等)、制冷/熱轉(zhuǎn)換器、恒溫壓縮機、模塊式制/散熱片等。

采用外壁包裹的安裝方式將模塊式制/散熱片安裝于火炬分液罐進/出口管線與火炬進口管線，通過控制器探測、接收管線內(nèi)流體實際溫度，根據(jù)設(shè)定溫度向轉(zhuǎn)換器發(fā)出指令，控制恒溫壓縮機運行方式及工作負荷，以達到自動調(diào)節(jié)管線內(nèi)介質(zhì)溫度的目的。

2.2 凝析液自動回收單元

包括：殘液集液罐、可視雙相流體液位計(含雙介質(zhì)液位浮子)、液位控制器、自動調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)液隔膜泵、凝析液儲存罐等。設(shè)備及布局如圖2所示。

圖2 凝析液自動回收單元

殘液放至集液罐后通過雙介質(zhì)液位浮子顯示油相流體與水相流體液位，并將液位信息傳輸至液位控制器。水相液位控制器通過控制液位調(diào)節(jié)閥開度將罐內(nèi)水相液位調(diào)節(jié)至設(shè)定高度；油相液位控制器控制轉(zhuǎn)液隔膜泵自動啟停以實現(xiàn)罐內(nèi)油相液位在設(shè)定范圍內(nèi)的自動控制。最終，水相流體經(jīng)開排系統(tǒng)進入生產(chǎn)系統(tǒng)再處理，油相流體轉(zhuǎn)至凝析液儲存罐存儲備用。

2.3 雙介質(zhì)液位計

根據(jù)所測不同介質(zhì)的不同密度，通過改變浮子內(nèi)部的配重層厚度，以達到相應密度介質(zhì)的液位測量。而采用玻璃板式雙相液體可視液位計的同時結(jié)合該浮子，則可在空間、視覺、功能等方面得到最大程度的有效利用。

3 凝析液再利用分析

(1)代替危化品(石油醚等)：具有良好的穩(wěn)定性，揮發(fā)量低、成分低毒，較揮發(fā)性較強的苯酚類化學試劑相比，相同反應效果下，使用更安全。并且方便易得，本身為生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，制造成本可忽略不計。如是則按照平臺石油醚的月消耗量500 mL / d ×30 d=15 000 mL(15 L)為基礎(chǔ)，以市場價格5 000元/噸計算，每升凝析液可節(jié)約成本5元，每月減少危化品實際費用15×5=75元，年節(jié)約成本75×12=900元。

(2)設(shè)備清潔：使用成本、清洗效果等方面優(yōu)于普通的設(shè)備油污清洗劑，但由于主要成分所導致的易燃性及環(huán)境污染等方面，決定其在使用性上還需進一步論證及獲取權(quán)威的使用指南。以普通工業(yè)用400 mL規(guī)格的WD-40金屬清洗劑消耗量計算，則每月減少實際費用：45元/瓶×20瓶=900元，年節(jié)約成本900×12=10 800元。

(3)代替增產(chǎn)藥劑：若凝析液能夠與地層中高粘度原油配伍互溶，那么可替換目前使用的稠油化學降粘藥劑。以近期復合型稠油助采劑的使用消耗量為例，合計日消耗量為360+250=610 L/d，以現(xiàn)有市場價格25 000元/L計算，若能使用凝析液代替該藥劑，僅藥劑費用就可節(jié)約生產(chǎn)成本25 000/1 000×610=15 250元/天，年節(jié)約藥劑成本15 250×365=5 566 250元。

(4)代替燃料油(0#柴油)：主要應用方向可包括：吊車燃料油、鍋爐燃料油、應急機燃料油、常規(guī)發(fā)電設(shè)備燃料油、鉆修井作業(yè)用油等。通過替換0#柴油月消耗量計算，每月可節(jié)約生產(chǎn)成本：32.22 m3×1 000×6.13元/L=197 508.6元。以2020年全年柴油消耗量計算(統(tǒng)一視為0#柴油，且忽略年內(nèi)柴油市場價格波動)，則年節(jié)約生產(chǎn)成本：122.24 m3×1 000×6.13元/L=749 331.2元。

4 結(jié)語

綜上所述，旅大5-2油田火炬系統(tǒng)中存在大量凝析液態(tài)烴類物質(zhì)，通過對生產(chǎn)過程中所收集的凝析液與現(xiàn)場化學試劑和日用柴油進行目視對比，發(fā)現(xiàn)其間具有極高的互溶性。依此針對火炬系統(tǒng)現(xiàn)有流程設(shè)計一套凝析液回收裝置，可實現(xiàn)對系統(tǒng)中液相流體匯集、分離，并達到自動排放、回收、儲存的完整運行流程。