国外油气处理终端火炬黑烟问题分析及建议

高秀宝

(中海油石化工程有限公司 储运室，山东 青岛 266000)

国外某油气处理终端主要接收从脱气站输送来的原油，现有设施主要包括原油脱盐、原油脱水、原油储存、计量和外输设施，以及含有污水处理设施。火炬系统是作为原油处理终端常用的安全处理泄放气的设施，该系统主要包括泄放管网、火炬气分液罐、阻火设施、火炬筒体和火炬头等。该油气处理终端的火炬设施主要用来处理多个工艺装置释放的火炬气以及储罐的罐顶气封气。目前，该火炬设施由于火炬气未充分燃烧而造成黑烟问题。本文将对该油气处理终端的火炬系统进行分析，探讨该火炬设施黑烟产生的具体原因并提出处理建议。

1 现有火炬设施工艺流程梳理

现有火炬设施主要接收新、老CPF(中心处理设施)，低压压缩机设施和天然气处理设施等设施的泄放气。老CPF的主要设施有段塞流捕集器、油气分离器、汽提塔、天然气洗涤器、以及天然分液罐等。新CPF的主要设施有段塞流捕集器、油气分离器以及低压压缩机等。现场正常工况下，泄放进火炬系统的连续气量约为8 mmscf/d(9500 m3/h)，最大的连续泄放量约为16 mmscf/d(19000 m3/h)。工艺流程图如图1。

图1 现有火炬管网系统

2 火炬气组分分析

根据文献[1]研究，火炬气中C3+的含量大于5%的时候，火炬黑烟现象比较明显；火炬泄放气中C3+的含量小于4.5%的时候，火炬黑烟现象基本上没有；火炬气中烷烃充分燃烧时生成二氧化碳和水，不能充分燃烧时火炬气中的重烃则会发生因缺氧而析碳的热裂解反应，从而产生黑烟现象。该油气处理终端各装置泄放的火炬气组分具体见表1。

表1 火炬气组分

根据表1中现场数据，该油气处理终端设施的火炬泄放气中C3+的含量最大达到68%，泄放气中最小的C3+的含量也达到了16%，均远远大于5%。因此，在处理该火炬气时，火炬设施应该有必要的消烟措施，保证火炬气中的重烃组分能够充分燃烧。

3 火炬设施分析

现有的火炬设施泄放主管管径为DN800，主管全长约800 m，管网中间未设置火炬气分液罐，在火炬装置单元设置有一个2 m(ID)×8 m(L)的火炬气分液罐以及2台火炬凝液泵。火炬泄放主管坡向该分液罐。

现有的火炬设施的火炬头内径为DN600，其设计最大处理能力为42.3 mmscf/d(50000 m3/h)。该火炬头为蒸汽注入式无烟火炬头，设计无烟处理能力为4.23 mmscf/d(5000 m3/h)。设计蒸汽消烟注入量为5 t/h。

根据API 521[2]，每0.45 kg(1 lb)火炬气需要供给0.11～0.45 kg(0.25～1.0 lb)的水蒸汽以保证其无烟燃烧。对于本项目，根据火炬气气体组分，考虑每0.45 kg(1 lb)火炬气需要供给0.27 kg(0.6 lb)的水蒸汽，对于正常状况下的泄放气，则需要8 t/h的水蒸汽。

4 结论及建议

4.1 结论

该油气处理终端火炬设施黑烟问题既有设计方面的原因，也有操作方面的原因。设计方面主要在设计初期未能充分考虑到C3+组分含量，消烟设施设计能力不足；操作方面主要在于正常工况下最大连续的泄放量超出了该火炬设施正常无烟排放的设计能力。

4.2 建议

(1)根据文献[3]，对于火炬泄放气中含有C5及以上烃类时，应在火炬气排出装置之前设置分液罐进行分液，除去大于或等于600 μm的液滴。该措施主要是用来除去由火炬气流携带出来的重组分。

(2)增大水蒸气供应量。

(3)管网设置火炬气分液罐，用于收集管网中的重烃组分在低温时的凝液。根据文献[4]，该部分管网中的凝液如果得不到及时处理，则会在白天气温高的时候蒸发，而夜晚气温低的时候冷凝沉积，这也是火炬白天黑烟要比晚上严重的一个原因。

(4)目前，该油气处理终端没有轻烃稳定装置。从低压压缩机、火炬分液罐、气体捕集器等设施收集的轻烃又重新输送回油气处理装置，该循环工艺中的重组分反而增加了火炬负荷。因此，建议增设一套轻烃稳定装置。