油气田VOCs排放管控途径探索与实践

李向阳 高 飞 廖 健 常渭宁

(1.中国石油长庆油田分公司第二输油处；2.中国石油长庆油田分公司质量安全环保部；3.中国石油长庆油田分公司第九采油厂)

0 引 言

挥发性有机物(VOCs)是指参与大气光化学反应的有机化合物，或根据有关规定确定的有机化合物。按其化学结构，可分为：烷烃类、芳烃类、酯类、醛类和其他等，目前已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(TDI)、二异氰甲苯酯等。

VOCs作为PM2.5和O3的重要前驱体，已成为导致国内严重雾霾天气产生的重要因素之一，威胁人体健康。此外，部分VOCs废气排放入大气后，还会对臭氧层造成破坏，加剧温室效应。

习总书记指出：“生态环境保护是功在当代，利在千秋的事业”。VOCs是“十四五”大气治理的重中之重，2021年1月1日正式实施的GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》，对VOCs排放指标做出了严格要求[1-6]。

1 VOCs污染源分析

根据油气田项目的特点(开发建设期和油气生产期两个阶段)，油气田开发VOCs来源主要为开发建设期钻试作业、设备燃料燃烧及井喷事故等过程产生的废气无组织排放；生产运行期锅炉(加热炉)燃料燃烧、火炬燃烧、设备动(静)密封处泄漏、油气储存和装卸过程损失及废水收集、储存、处置过程逸散等废气无组织排放[7]。

1)挥发损失。油品储罐(未稳原油、凝析油等)和含VOCs物料的敞开式废液储存和处理设施在静止或工作过程中逸散出的气体。

2)水处理系统逸散。油气田废水处理系统逸散出的气体。

3)动静密封点泄漏。站场法兰、阀门、集输管线、设备设施等密封点泄漏。

4)装卸过程挥发损失。偏远井组拉油、卸油台及各类液体装卸过程中泄漏或逸散出的气体。

5)套管气排放。油田生产过程中未回收排放的伴生气。

6)火炬排放。油气田场站超压等紧急状态下通过火炬放空排放的气体。

7)维检修排放。油气井场、站场开停工及维检修过程中泄压和吹扫排放的气体。

8)事故排放。站内安全阀超压泄放或集输管道事故排放等。

9)燃烧废气。加热炉、锅炉、燃驱压缩机、脱水橇等燃料燃烧排放的烟气。

10)勘探开发排放。钻井、试油气等过程中的废钻井材料及设施、井口作业的放空气等。

近年来，油田通过实施地面密闭集输、原油稳定以及泄漏检测与修复(LDAR)等工作，最大限度减少了废气排放，降低了油气损耗。但通过对输油单位和油气生产单位大型场站VOCs抽样检测数据分析与论证，储罐与污水系统VOCs排放量较大，密封泄漏和其他排放量占比相对非常小。油气田企业应将储罐和污水系统作为重点治理对象，并加强管控[4-5]。

2 管控措施

2.1 加强前端配套，实现密闭集输

地面生产系统采用油气密闭生产和集输工艺，充分利用原始地层压力，推广控温输送，降低前端油气挥发损耗。从油井井口到下游处理站点全流程、连续化密闭生产，杜绝VOCs等物料外排[6]。

2.1.1 油井井口套管气全回收，井场零火炬

针对单井产量低、油井间歇性出液，坚持“以不加热油气密闭集输为基础，定压阀集气和密闭憋压”相结合的井口集油集气工艺模式，提高定压阀的完好率、适应率和覆盖率，提升油井油气密闭生产率。

2.1.2 管道密闭输送，沿程零排放

按照气量大小和输送距离划分，通过油气混输/分输相结合的工艺，井站油、气、水介质均通过管道密闭输送至下级站场，配套混输机组或压缩机，加大集供气管道配套，推广修旧利废，建设“站间串接、区域互补、湿气回收、干气返供”的油田伴生气管网，减少湿气直接燃烧，实现油气资源综合回收。

2.1.3 站场密闭脱水输油，杜绝中间环节放空

增压点、接转站事故油罐均作为旁接罐，不得作为正常生产工况下的生产油罐，禁止存油。联合站、脱水站采用“三相分离器密闭脱水+缓冲罐密闭输油”的密闭集输工艺，提升分离器脱水的一次合格率，减少沉降罐使用。当联合站与其他站点需计量交接时，应优先交接经原油稳定后的原油，储罐应配套大罐抽气设备，回收挥发逸散气。输油单位采油泵-泵密闭输油，减少油罐泄放，减少接收采油单位原油在生产罐的停留时间。

2.1.4 实施LDAR

全面开展LDAR工作，对泵、压缩机、阀门、法兰等易发生泄漏的设备与管线组件，制定LDAR计划，定期检测、及时修复，防止或减少“跑、冒、滴、漏”现象。设备与管线组件密封点≥2 000个的油气田企业场站的LDAR实施率不低于80%[7]。

2.2 实施专项工程，突出示范引领

2.2.1 常规火炬熄灭工程

加强火炬管理，严格控制火炬排放。所有常规火炬气量实现可计量、可核查，已有常规火炬应制定经济有效的消灭计划，通过回收设施配套、上游稳定运行、生产操作优化，减少物料排放，同时，禁止伴生气未经燃烧直接外排，新建项目做到零常规火炬。

2.2.2 伴生气综合利用工程

加强甲烷协同减排和VOCs治理协同管控，按照“前端密闭集输、后端集中稳定、中深冷轻烃回收、LNG联产干气利用、零散气就地利用等”的资源化利用路径，湿气全部回收，干气全部利用，凝析油全部返回系统的思路，通过加强上游集供气工艺配套、优化现有资源利用方式、加快伴生气综合利用工程建设、推进零散气回收等工作，增加各装置的原料气量，并提升装置运行达标率、C3+收率、干气利用率，减少排放量，实现伴生气“零排放、零火炬、全密闭、全回收、全利用”，助推油气田安全环保、节能减排、清洁生产绿色发展再上新台阶。

2.2.3 天然气试气回收

减少传统试气放喷方式，降低能源损耗，在没有回收条件的井场试气时，要严格执行试气操作流程，先点火后放喷，尽量减少放喷时间和放喷气量。

2.3 优化后端运行，提升装置效率

2.3.1 完善油气收集、回收系统配套

油罐车配备相应的油气收集系统；储罐应采用高效密封的内(外)浮顶罐，当采用固定顶罐时，通过密闭排气系统将含VOCs的气体输送至回收设备；油类运载车辆在装载过程中排放的VOCs密闭收集输送至回收设备或返回储罐或送入气体管网。

2.3.2 加强储罐密封性管理

平稳控制装置各项操作参数，减少大幅度波动造成物料挥发损失。对于已设置氮封系统的储罐等设施，应确保氮封系统的正常投运，减压阀完好有效，系统压力维持在微正压；对未设置氮封及密封改造的含挥发液体的储罐设施，应实施改造。

2.3.3 严格执行挥发性物料装卸操作规程

严格执行各类挥发性物料装卸操作规程，确保装卸管路连接紧固，防止发生“跑、冒、滴、漏”情况，装卸完成后立即密封装卸口。

2.4 理顺机制，建立监测管控体系

定期开展油气场站VOCs排查，开展环境监测。选择重点区域典型站场针对性检测有组织排放废气非甲烷总烃浓度，场站边界非甲烷总烃浓度，对泵、压缩机、阀门、开口阀或开口管线、泄压设备、取样连接系统进行一次泄漏检测，对法兰及其他连接件、其他密封设备进行一次泄漏检测，建好台账和治理清单，做好常态化对标。

2.5 协同治理，多措并举实现节能减排

企业应尽量采用资源可回收型的治理技术，在实现达标排放的基础上，尽可能回收有价值的资源，节约VOCs排污费，践行“碳减排”理念；推行清洁、绿色工艺，淘汰有恶臭气体排放且无法实现有效治理的工艺或产品路线；改进操作条件，防止泄漏，减少油气在输送及储存过程中的挥发损失，提升技术管理水平；提升管理理念，基于HSE三位一体化理念，科学经营管理现代工矿企业；从源头控制、过程控制与末端控制全方位多角度实施强化降污减排与VOCs协同监测与管控研究，首先应尽可能采用密闭流程，从根本上减少VOCs排放；实施LDAR等，防止泄漏，提升技术管理水平；对有/无组织排放源，全域收集和集中治理，并尽可能回收资源。

3 面临的问题

3.1 VOCs核算

目前，油气田VOCs排放总量底数不清，核算方法主要参照石化企业标准，由于石油开采与石化工艺流程、设备、物料存在较大差异，按照石化行业排放系数计算会导致油气田排放量与实际差异较大，有必要开展相关研究与调查，建立油气田企业排放系数及核算方法。

3.2 技术选择

VOCs治理技术比较成熟，但在油气田开展应用较少，如何根据油气田VOCs排放情况、现场实际及处理要求选择合适的技术是难点。

3.3 安全性考虑

储罐顶气相连接系统安全风险最大，做好气相连接系统风险评估与管控、尽量避免储罐间互相共用回收管道，推行单罐单控、选择性能优良的安全阀等安全防范措施。

4 治理实践探索与方案

通过对某油田各类场站污染源分析可知，联合站和转油站VOCs主要排放源为储油罐、干化池、输油泵房；措施返排液处理站主要排放源为储油罐、废水处理池；油泥处理厂主要排放源为油泥接收池区域；天然气处理厂和和天然气净化厂主要排放源为轻烃油罐、干化池。其油气场站非甲烷总烃浓度范围见表1。

表1 典型油气场站非甲烷总烃浓度范围 mg/m3

由表1可见，联合站、措施返排液处理站、天然气处理厂和天然气净化厂的储罐、干化池、污水池等敞开液面的非甲烷总烃浓度在41～26 048 mg/m3，未加盖的敞开池非甲烷总烃浓度均超过433 mg/m3；且烷烃类含量高，危险性大。由于储罐、敞开液面油气排放点多、分散、范围大，排放气量大、VOCs浓度波动大，因此急需进行油气场站储罐和敞开液面治理技术研究和研发VOCs治理方案。

根据以上各方案分析及对比，对不同油气排放浓度选取4种油气回收技术优化方案，结果见表2。

表2 不同浓度油气回收方案选定

5 结束语

我国油气田开发行业起步较晚，油田场站VOCs 主要排放源为各类储罐、放空气、动静密封点等，排放源特征不尽相同，核算没有行业标准，只能参照石化行业标准，导致核算结果与实际排放量存在较大差距。针对上游工艺中储罐容积小、介质种类多，VOCs 排放量受储存介质、储存量、环境温度等影响较大，排放浓度变化大，排放量小且波动大，治理难度大，需加强此类储罐治理技术研究与应用。如对浮顶罐储存，加强浮盘全方位密封管理，降低黏壁量，对油气田井口甲烷密闭收集回收，实现超低排放与本质安全。根据VOCs排放特征，进一步定制研发模块组合式的VOCs集成回收技术。