李靜 孫冬旭 韓非 馬紅娜

油田伴生氣回收的效益與風險

李靜 孫冬旭 韓非 馬紅娜

油田伴生氣的回收利用已成為我國資源回收的重要組成部分，如何合理利用分散油田伴生氣也成為重中之重，但伴生氣回收利用過程中存在一定的環(huán)境風險，可能對周邊環(huán)境產(chǎn)生破壞。綜合分析了伴生氣回收利用的效益與風險，提出相應的防范措施，達到社會、經(jīng)濟與環(huán)境效益的共贏局面。

伴生氣；回收利用；效益；風險；措施

石油伴生氣是一種易燃易爆氣體，與原油一樣具有非?？捎^的經(jīng)濟效益，若在油區(qū)內(nèi)直接燃燒排放，不僅造成資源浪費，而且對環(huán)境空氣造成污染。根據(jù)油田所處地理位置的差異，可分為直接進入管網(wǎng)的伴生氣以及零散和邊遠井區(qū)的伴生氣[1]。

以陜西省某采油廠為例，由于油區(qū)地處黃土高原，部分油井分散不能接入管網(wǎng)利用，每年直接燃燒排放伴生氣量高達147.36h104m3。目前，國內(nèi)外能源緊張問題逐步加劇，因此，如何回收利用零散和邊遠井區(qū)的伴生氣成為令人高度重視的問題。

1 零散伴生氣回收利用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)對于伴生氣回收主要有7種裝置[1]：移動式套管氣回收裝置、電加熱式套管氣調(diào)壓回收裝置、定壓放氣閥回收裝置、聯(lián)動式低壓抽氣筒回收裝置、撬裝輕烴回收裝置、伴生氣井下回收裝置和偏心井口套管氣回收裝置，其中撬裝裝置易搬遷、設備集成性好，適合回收邊遠地區(qū)油田伴生氣。

2 伴生氣回收效益分析

以陜北某采油廠采用撬裝輕烴回收裝置回收伴生氣為例（工藝流程見圖1），伴生氣回收設計規(guī)模175萬m3/a，產(chǎn)品為凝液和干氣。凝液產(chǎn)量520.5 t/a，進入儲罐全部裝車外售，干氣產(chǎn)量141.6萬m3/a，用于廠區(qū)發(fā)電。伴生氣回收利用收益主要包括[2]：

1）干氣每年可發(fā)電量約288h104kWh，達到了節(jié)能增效的目的[3]。

2）根據(jù)當前天然氣價格約2.0元/m3、凝液（按液化石油氣估）4 000元/t計算[4]，經(jīng)濟收益約491.4萬元/a。

3）清潔燃料干氣相當年節(jié)約標煤1 883 t，且與燃煤相比具有污染小、熱效率高、使用方便的顯著特點，按照2010年全國萬噸燃煤二氧化硫排放績效指標90 t，項目可減少二氧化硫排放約16.9 t/a，減排效果明顯，同時凝液為國內(nèi)外緊缺、寶貴、附加值高的化工生產(chǎn)原料。

圖1 撬裝輕烴回收裝置回收伴生氣工藝流程

綜上所述，伴生氣回收利用項目建設有效減少了石油伴生氣的資源浪費，社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益明顯，有效推進了國家節(jié)能減排戰(zhàn)略實施，符合經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益同步增長的原則。

3 伴生氣回收風險分析

伴生氣回收產(chǎn)品凝液和干氣屬于危險物質(zhì)，當生產(chǎn)設施或儲存設施發(fā)生泄漏事故時，泄漏伴生氣或凝液會帶來一定的環(huán)境風險。以上述陜北某采油廠為例進行分析。

根據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》（GB 18218 2009），廠區(qū)內(nèi)凝液、干氣以及制冷劑氨的存在量小于臨界量，不構成重大危險源，其泄漏速度按照伯努利方程計算：

式中：Qo液體的泄漏速度，kg/s；

Cd液體泄漏系數(shù)；

A 裂口面積，m2；

ρ 泄漏液體密度，kg/m3；

P，P0儲罐內(nèi)介質(zhì)壓力及環(huán)境壓力，Pa；

h 裂口之上液位高度。

表1 儲罐泄漏參數(shù)及結果表

3.1 儲罐區(qū)火災熱輻射傷害分析

根據(jù)風險預測軟件，計算凝液儲罐發(fā)生事故時的熱輻射傷害。

表2 噴射火火災事故預測結果

表3 蒸氣云爆炸事故危害距離預測結果 單位：m

表4 BLEVE火球爆炸事故危害距離預測結果 單位：m

根據(jù)預測分析，BLEVE火球爆炸事故危害較噴射火和蒸氣云爆炸事故后果嚴重，因此伴生氣回收項目盡量遠離敏感區(qū)設置，避免事故發(fā)生后對周圍環(huán)境敏感點的人員造成影響。

3.2 有害物質(zhì)對大氣環(huán)境影響

有害物質(zhì)對大氣環(huán)境造成的影響主要為凝液發(fā)生火災事故情況下，不完全燃燒產(chǎn)生的CO對周圍環(huán)境空氣造成的影響，采用環(huán)境風險評價導則中推薦的多煙團模式。

凝液燃燒CO的產(chǎn)生量可按下式進行估算：

式中：CCO燃燒產(chǎn)生的CO量，t/s；

C 燃燒中碳的質(zhì)量百分比含量%，取85%；

q 凝液中碳不完全燃燒率%，取1.56%；

Q 參與燃燒的凝液量，t/s。

表5 凝液罐發(fā)生火災爆炸事故產(chǎn)生CO源強

不同氣象條件下CO對下風向的影響范圍見表6和圖2。

表6 不同氣象條件下CO對下風向影響

可見在風向一定的條件下，凝液罐火災產(chǎn)生的CO對 下風向造成影響最嚴重的氣象條件為D穩(wěn)定度、小風情況下，但未超過半致死濃度（LC50）；在有風情況下，各氣象條件下的最大落地濃度均小于立即威脅生命和健康濃度（IDLH），因此項目對附近村民不會產(chǎn)生較大影響；超過車間最高允許濃度最大影響范圍為1 500 m,該范圍的人群會受到一定的影響，但不會出現(xiàn)敏感目標的人員傷亡情況。

圖2 凝液罐火災在不同氣象條件下的CO分布濃度

3.3 地表水環(huán)境風險分析

主要是凝液罐區(qū)以及火災爆炸事故情況下消防廢水泄漏對地表水環(huán)境的影響。罐區(qū)應按照《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》（GB 50183 2004）要求設置圍堰，其有效容積參照《油罐區(qū)防火堤設計規(guī)范》（SY 0075 93）不應小于罐組內(nèi)一個最大油罐的容量。

圖3 事故處置程序示意圖

4 風險防范措施

4.1 環(huán)境風險防范措施

從設計上完善站內(nèi)風險防范措施，包括在可能發(fā)生氣體積聚的場所按照相應規(guī)范要求設置可燃氣體濃度探測報警裝置、設置火警電話和滅火裝置等，并根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》（GB 50160 2008）等規(guī)范完善罐區(qū)風險防范措施，同時加強站內(nèi)人員管理，強化站外運輸風險防范措施。

4.2 應急處置措施

在發(fā)生突發(fā)性環(huán)境污染事故時，應急處置的首要工作是控制事故污染源和防止污染物擴散造成對周圍人群、動植物的傷害，防止進一步污染環(huán)境，伴生氣回收應急處置措施主要體現(xiàn)在凝液泄漏與著火，事故應急處置程序見圖3。

4.3 應急預案

根據(jù)國家環(huán)保局(90)環(huán)管字057號文《關于對重大環(huán)境污染事故隱患進行風險評價的通知》等要求，通過對事故的風險評價，生產(chǎn)運營企業(yè)在投產(chǎn)前，應制定詳細的防止重大環(huán)境污染事故發(fā)生應急預案、消除事故隱患的措施及應急處理辦法。2010年國家環(huán)境保護部發(fā)布了《石油化工企業(yè)環(huán)境應急預案編制指南》，建設單位應根據(jù)環(huán)境污染事故應急預案編制技術指南要求編制應急預案，組織評審、征求意見，報其主管部門或上一級政府審批備案。

5 結論

伴生氣回收利用雖然可以節(jié)約資源，減少污染，但在運行過程中存在一定的潛在風險，因此，裝置廠區(qū)應合理選址，嚴格按照設計及規(guī)范施工建設，并編制應急預案預防突發(fā)事故發(fā)生，爭取做到經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益相協(xié)調(diào)，實現(xiàn)人類與自然共贏的局面。

[1] 許冬進, 馬麗, 程俊. 油田伴生氣回收裝置現(xiàn)狀和分析[J]. 石油科技論壇, 2010(4): 29-33.

[2] 戴英波, 李智. 外圍小油田伴生氣回收綜合利用[J]. 油田節(jié)能, 2004(4): 38-39.

[3] 金俠杰, 林財興. 油田伴生氣輕烴回收及綜合利用技術[J]. 油氣田地面工程, 2003(11): 5.

[4] 弓燕舞, 金穎, 江金華. 油田伴生氣液化利用探討[J]. 石油與天然氣化工, 2004(1): 15-16.

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2095-6444(2014)05-0062-03

2014-08-11

李靜、 韓非、馬紅娜，中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心；孫冬旭，中交第一公路勘察設計研究院有限責任公司。