某油田消除火炬黑烟的技术应用

代齐加，徐学智

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津300459)

1 问题概述

某油田火炬系统是保障油田安全生产的重要设施，由火炬管汇、火炬分液罐、火炬头组成。火炬管汇汇集流程设备正常生产时释放的多余伴生气以及异常工况下的应急放空气，经火炬分液罐进行气液分离后，在安全位置进行燃烧放空，以保证现场人员、设备设施的安全[1]。

火炬系统设计处理量 30×104m3/d，实际处理量约 2×104m3/d。自油田投产后，放空天然气燃烧时火炬存在间歇性黑烟现象，导致碳排放指标超标，污染海洋生态环境。随着经济和社会的快速发展，国家对环境保护愈发重视以及执法部门监管力度逐渐加强，火炬黑烟成为急需解决的问题。

2 原因分析

黑烟是放空天然气燃烧不充分时产生的固态颗粒的宏观表现形式[2]。放空天然气的重组分含量高是火炬产生黑烟的重要原因，放空天然气的重组分越多，碳氢比越大，等体积天然气充分燃烧耗氧量就越多，导致燃烧产物中炭黑组分比例增大，燃烧过程中形成的黑烟现象就越明显[3]。

从该油田放空天然气的组分化验结果(表 1)来看，C3以上重组分含量约 8.89%，超过火炬产生黑烟的临界值 6%[4]。表明天然气的重组分含量高是引起放空天然气燃烧时存在间歇性黑烟现象的主要原因。从工艺流程角度分析，控制放空天然气量以及减少其中重组分是解决火炬黑烟的重要举措。

表1 某油田放空天然气组分化验结果Tab.1 Test results of vented gas components in an oilfield

3 解决措施

3.1 新增低压压缩机回收放空天然气

二级分离器操作压力 50kPaG，处理气量约1.5×104m3/d，天然气的重组分含量为 9.84%。天然气直接进入火炬系统燃烧放空，不仅造成资源浪费，而且存在燃烧不充分导致火炬产生黑烟的风险。本着节能减排以及保护海洋生态环境的原则，新增1套低压压缩机，将二级分离器产生的伴生气增压至540kPaG后，进入燃料气系统处理合格后作为透平发电机的燃料气(图1)。

图1 新增低压压缩机流程示意图Fig.1 Schematic diagram of new low pressure compressor process

在低压压缩机投入使用后，放空天然气量减少约1.3×104m3/d，放空天然气的重组分含量由 9.84%下降至 5.78%，在有效解决火炬黑烟问题的同时，还产生可观的经济效益。

3.2 优化改造凝析油分离器处理流程

低压压缩机系统设置有凝析油分离器，主要作用是将天然气及其冷却降温后析出的凝析油进行分离，分离出的凝析油进入闭排罐。由于压力及温度的变化，凝析油挥发而成重组分含量较高的气体后直接进入火炬系统燃烧放空，造成火炬产生黑烟。

凝析油分离器操作压力 540kPaG，二级分离器操作压力 50kPaG，闭排罐为常压罐，根据设备布置及压力参数，将凝析油流程由闭排罐改造至二级分离器(图2)，满足排液要求。

图2 凝析油分离器流程改造示意图Fig.2 Schematic diagram of condensate separator process transformation

凝析油分离器处理流程改造后，凝析油被送往压力更高的处理设备，其中轻组分挥发成气体，重组分则随原油输送至下游流程，因凝析油挥发导致火炬产生黑烟的现象得到了有效控制。

3.3 增设放空气管汇U型弯排放流程

放空气管汇直径为300mm，长度约100m，汇集流程设备正常生产时释放的多余伴生气以及异常工况下的应急放空气，组分较重的放空气在经过放空气管汇放空过程中，重烃不断沉积，使放空气管汇中积聚了大量的凝液。受流速、压降、温差影响，蒸发的凝液进入火炬燃烧放空时产生黑烟。鉴于此，从放空气管汇的低点预留口处增加U型弯排放流程(图3)。

图3 放空气管汇新增U型弯排放流程示意图Fig.3 Schematic diagram of new U-bend discharge process of vent manifold

增设 U型弯排放流程后，保持排放流程处于常开状态，确保了放空气管汇中冷凝出来的重烃随时排放不再沉积，减少了火炬产生黑烟的风险。

4 结 论

通过认真分析火炬产生黑烟的原因，开展新增低压压缩机回收放空天然气、优化改造凝析油分离器处理流程、增设放空气管汇 U型弯排放流程等针对性优化改造，火炬颜色从原来不充分燃烧的黑红色变为现在充分燃烧的清澈透亮，而且还成功回收了部分放空天然气，效果显著。本文总结了一套分析问题和解决问题的技术思路和方法，对其他油田存在类似问题的工艺流程优化具有一定的指导和借鉴意义，有助于实现环境保护和经济效益的双丰收。■