陳可營(yíng)（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司）

海上油田放空氣回收研究

陳可營(yíng)（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司）

某新投產(chǎn)的合作油田，在投產(chǎn)初期火炬放空量非常大，達(dá)到每天10×104m3。通過對(duì)工藝處理流程進(jìn)行梳理，同時(shí)考慮未來新油田投產(chǎn)情況，設(shè)計(jì)了放空氣回收的綜合改造方案，整個(gè)方案根據(jù)需要改造的迫切程度及投資收益共分為四個(gè)部分。目前已完成分離器獨(dú)立生產(chǎn)控制閥、放空氣回收系統(tǒng)、低壓海管連接流程等三個(gè)部分的改造。為了充分利用回收氣，設(shè)計(jì)了第四部分改造內(nèi)容：新增注氣壓縮機(jī)。通過實(shí)施改造，可將每日放空量降低到1×104m3以內(nèi)，保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

分離器；放空氣；天然氣壓縮機(jī)；伴生氣

某合作油田為新開發(fā)的海上油田，有一個(gè)中心處理平臺(tái)（PB平臺(tái)），2座井口平臺(tái)（A平臺(tái)和B平臺(tái)）。油田旁邊還有一個(gè)老油田的中心處理平臺(tái)（PA平臺(tái)）。PB平臺(tái)只進(jìn)行油氣水的處理，本身無生產(chǎn)井，其處理系統(tǒng)分合營(yíng)和自營(yíng)兩個(gè)系統(tǒng)。自營(yíng)系統(tǒng)每天處理原油近萬m3，并且隨后期油田的開發(fā)還在不斷增加。合營(yíng)系統(tǒng)只處理A及B平臺(tái)的來液，由于B平臺(tái)所生產(chǎn)的原油中硫化氫含量較高，因此，B段塞流捕集器的氣相放空去火炬燃燒。同時(shí)由于PA平臺(tái)放空系統(tǒng)已經(jīng)超負(fù)荷，因此在合作油田建成后，PA平臺(tái)將部分放空氣導(dǎo)入了PB平臺(tái)的放空系統(tǒng)中。投產(chǎn)初期，PB平臺(tái)每日放空量近10×104m3，造成了巨大的浪費(fèi)。油田梳理工藝流程，對(duì)放空氣進(jìn)行回收，設(shè)計(jì)了分四部分進(jìn)行實(shí)施的改造方案。

1 問題分析

1.1 工藝處理系統(tǒng)及放空氣來源

PB平臺(tái)的合營(yíng)系統(tǒng)和自營(yíng)系統(tǒng)的原油處理工藝是相同的，均是從上游平臺(tái)來液后進(jìn)入一級(jí)分離器（設(shè)計(jì)操作壓力350 kPa），二級(jí)分離器（設(shè)計(jì)操作壓力50 kPa）進(jìn)行兩級(jí)分離脫水及降壓脫氣，然后經(jīng)過電脫增壓泵增壓后進(jìn)入電脫水器進(jìn)一步脫水后外輸。天然氣的處理工藝為從自營(yíng)二級(jí)分離器脫除的天然氣經(jīng)過天然氣一級(jí)壓縮機(jī)（共2臺(tái)，使用1臺(tái)，單臺(tái)處理能力10×104m3/d）壓縮到350 kPa，與自營(yíng)及合營(yíng)一級(jí)分離器脫除的天然氣匯合后進(jìn)入天然氣二級(jí)壓縮機(jī)（共4臺(tái)，使用1臺(tái)，單臺(tái)處理能力12×104m3/d）壓縮到1300 kPa，然后與A段塞流捕集器脫除的天然氣匯合后，一部分天然氣輸送到PA平臺(tái)，一部分進(jìn)入燃?xì)鈮嚎s機(jī)（共2臺(tái)，使用1臺(tái)，單臺(tái)處理能力12.5×104m3/d）繼續(xù)壓縮到2900 kPa，供透平使用。合營(yíng)一級(jí)分離器脫除的部分天然氣供低壓燃?xì)庀到y(tǒng)使用（主要為熱媒系統(tǒng)），合營(yíng)二級(jí)分離器脫除的天然氣主要用來作為常壓操作容器的覆蓋氣。

PB平臺(tái)的火炬放空系統(tǒng)一方面用于處理事故工況（包括火災(zāi)工況）以及停產(chǎn)檢修等工況下的氣體放空[1]。另外，主要用于接收生產(chǎn)處理過程中來自A及B段塞流捕集器、合營(yíng)一二級(jí)分離器、自營(yíng)一二級(jí)分離器、原油緩沖罐、天然氣一二級(jí)壓縮機(jī)、燃?xì)鈮嚎s機(jī)、合營(yíng)及自營(yíng)生產(chǎn)水緩沖罐、合營(yíng)及自營(yíng)污油罐、注水緩沖罐、閉排罐、發(fā)電機(jī)、PA火炬放空氣等排放來的氣體，經(jīng)過火炬分液罐進(jìn)行氣液分離后，氣體經(jīng)計(jì)量后排去火炬頭燃燒，液體經(jīng)液位控制閥排去閉排系統(tǒng)。放空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按進(jìn)入平臺(tái)的最大伴生氣量考慮[2]，最大瞬時(shí)放空量約90.4×104m3/d。

1.2 存在的問題

油田通過對(duì)工藝處理流程進(jìn)行梳理，找到了造成火炬放空量大的幾個(gè)主要原因。

1）B平臺(tái)的段塞流捕集器脫除的油田伴生氣中含有大量硫化氫（1500×10-6），此部分氣全部放空，每天放空量近3×104m3。

2）合營(yíng)及自營(yíng)一、二級(jí)分離器的氣相出口均直接連接壓縮機(jī)入口管匯，未設(shè)計(jì)壓力控制閥。當(dāng)上游氣液來量波動(dòng)時(shí)，壓縮機(jī)的壓縮氣量無法跟著快速調(diào)整，造成分離器壓力升高時(shí)，部分氣從分離器的放空控制閥處放空。

3）通過排查發(fā)現(xiàn)部分容器的放空控制閥存在漏失現(xiàn)象，如A段塞流捕集器、自營(yíng)二級(jí)分離器等。

4）PA平臺(tái)作為另外一個(gè)中心處理平臺(tái)，每天油氣處理過程中放空氣量也非常大，且在PB平臺(tái)進(jìn)行放空。

另外，自營(yíng)生產(chǎn)處理系統(tǒng)還存在一個(gè)問題：隨著下游油田不斷開發(fā)，自營(yíng)系統(tǒng)的一級(jí)及二級(jí)分離器在設(shè)計(jì)操作壓力下油水處理量已經(jīng)接近設(shè)計(jì)處理量，造成分離后的生產(chǎn)水排出不及時(shí)，從而進(jìn)入下游電脫系統(tǒng)。

2 放空氣回收方案

2.1 工藝改造

油田針對(duì)所存在的問題，同時(shí)考慮未來開發(fā)的油田投用時(shí)處理液量的增加，制定了針對(duì)放空氣回收的綜合改造方案[3]（圖1）。方案按照投資的大小及需要改造的迫切程度分四部分進(jìn)行。

第一部分：自營(yíng)系統(tǒng)的外輸中，下游裝置對(duì)原油中是否含氣沒有要求，因此，自營(yíng)系統(tǒng)可以不進(jìn)行深度脫氣處理。通過改造對(duì)合營(yíng)及自營(yíng)一、二級(jí)分離器增加壓力控制閥（圖1中控制閥4～7），增加控制閥后，分離器實(shí)現(xiàn)了壓力的自主控制，不再受制于壓縮機(jī)吸入口的壓力。同時(shí)，新增了自營(yíng)二級(jí)分離器到天然氣二級(jí)壓縮機(jī)的流程（圖中紅色實(shí)線），并將自營(yíng)一級(jí)分離器操作壓力由350 kPa提高到550 kPa，自營(yíng)二級(jí)分離器操作壓力由50 kPa提高到350 kPa。分離器操作壓力提高后，游離水的排出速度加快，解決了油水處理量不能滿足生產(chǎn)要求的問題；同時(shí)，自營(yíng)二級(jí)分離器分離出的天然氣由一級(jí)壓縮機(jī)壓縮變?yōu)橛啥?jí)壓縮機(jī)壓縮，降低了一級(jí)壓縮機(jī)的負(fù)荷，為對(duì)回收的放空氣進(jìn)行壓縮騰出了余量。

第二部分：天然氣一級(jí)壓縮機(jī)的入口管匯有24 in，約30 m，可以起到氣體緩沖罐的作用。因此，設(shè)計(jì)了放空氣的回收流程，對(duì)火炬分液罐前的匯管進(jìn)行改造，由一路變?yōu)榱巳?，爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力為100 kPa，可防止放空氣突然大量釋放時(shí)憋壓；手動(dòng)控制閥可人為操作連通火炬分液罐直接放空；BDV泄放閥為生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生關(guān)停時(shí)，可連鎖打開實(shí)現(xiàn)緊急泄放?；鹁娣趴諝鈪R管的另外一端新增管線連接現(xiàn)有的24 in管匯，管匯壓力由一級(jí)壓縮機(jī)入口壓力來決定，為50 kPa，可實(shí)現(xiàn)對(duì)操作壓力超過100 kPa的容器的放空氣回收?；鹁娣趴諝鈪R管的壓力升高至50 kPa后，在火炬分液罐與放空氣回收流程之間新增設(shè)一條管線，新增隔離閥1，與原放空管線隔離，解決合營(yíng)及自營(yíng)生產(chǎn)水緩沖罐、注水緩沖罐、合營(yíng)及自營(yíng)污油罐、閉排罐等常壓容器（操作壓力為0～10 kPa）無法放空的問題。

圖1 放空氣回收綜合改造方案

第三部分：現(xiàn)在放空的氣量便是未來需要回收的氣量?，F(xiàn)在PB平臺(tái)燃?xì)鈮嚎s機(jī)及PA平臺(tái)的壓縮機(jī)均滿負(fù)荷運(yùn)行，但PA平臺(tái)的低壓海管尚有外輸余量。同時(shí)考慮所輸送天然氣中攜帶的凝析液對(duì)PA平臺(tái)的影響，新增一條燃?xì)鈮嚎s機(jī)滌氣罐后去PA平臺(tái)的管線，新增控制閥2，新增PA平臺(tái)1300 kPa壓力等級(jí)的管線連接低壓海管（800 kPa）的管線，新增控制閥3、減壓閥1，使回收的放空氣滌液后通過低壓海管外輸至下游裝置。

第四部分：由于B平臺(tái)捕集器放空量每天可達(dá)3×104m3，因此考慮未來增加脫硫裝置，回收此部分天然氣。由于未來新油田投產(chǎn)后，會(huì)陸續(xù)有1300 kPa壓力等級(jí)的天然氣補(bǔ)充到天然氣處理系統(tǒng)中來，且增加放空氣回收項(xiàng)目后，PA低壓海管也的外輸余量已很小，因此，未來在PB平臺(tái)增加2臺(tái)注氣壓縮機(jī)，將富余的氣回注地層或進(jìn)行氣舉采油。

通過以上改造，可實(shí)現(xiàn)對(duì)PA及PB平臺(tái)的放空氣及富余氣回收利用。

2.2 現(xiàn)狀及經(jīng)濟(jì)性分析

目前PB平臺(tái)已經(jīng)完成了前三部分的改造內(nèi)容。第一部分與第三部分改造已經(jīng)投入使用，減少了上游來液變化造成壓力波動(dòng)引起的放空，同時(shí)減輕了PA平臺(tái)壓縮機(jī)的負(fù)荷。第二部分改造，根據(jù)調(diào)試情況，目前每天可回收低壓放空氣6×104m3。前三部分改造設(shè)計(jì)、材料、人工共花費(fèi)300萬元。目前一年可回收放空氣約2000×104m3。按照1元/m3的銷售價(jià)格計(jì)算，僅需50天便可收回投資[4]。

第四部分改造完成后，最終每天最大回收低壓放空氣10×104m3，可將放空氣量進(jìn)一步降低到每天1×104m3以內(nèi)，到時(shí)每年可創(chuàng)造價(jià)值3000多萬元。

3 結(jié)論

PB油田的改造項(xiàng)目為其他需要進(jìn)行放空氣回收的油田提供了借鑒。

1）在進(jìn)行改造時(shí)充分考慮了本平臺(tái)及鄰近平臺(tái)的設(shè)備容量，最大程度地利用現(xiàn)有的設(shè)備及管線流程，解決現(xiàn)有生產(chǎn)問題；同時(shí)，將之前一級(jí)壓縮機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到到閑置的二級(jí)壓縮機(jī)，使用一級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)行放空氣回收，降低投資，并獲得最佳的收益。

2）在對(duì)放空氣進(jìn)行回收時(shí)，將安全放在了第一位，增加了爆破片、手動(dòng)控制閥、BDV泄放閥等，在緊急情況下三路均可實(shí)現(xiàn)壓力的泄放，確保生產(chǎn)安全。

3）回收改造時(shí)考慮了油田未來的發(fā)展，為未來新增的放空氣回收及利用做好了準(zhǔn)備。整個(gè)改造過程具有資源綜合利用、盤活設(shè)備、安全第一、可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)。

[1]楊秀發(fā)，張維華.火炬氣回收[J].國(guó)外油田工程，2000（6）：30-31.

[2]陳永江.火炬氣回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].石油化工設(shè)計(jì)，2002，19（3）：11-13.

[3]束長(zhǎng)好.煉油廠火炬氣回收利用的分析[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2009，30（6）：52-54.

[4]索晨霞，梁海霞.火炬氣回收裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2000（4）：57-60.

[5]張旭霞，李秀賓.火炬氣回收利用技術(shù)的研究[J].現(xiàn)代化工，2010（S2）：12-14.

[6]李成龍.火炬氣回收技術(shù)[J].節(jié)能，2002（11）：12-13.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.004

2017-03-22

（編輯 張興平）

陳可營(yíng)，工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）（油氣儲(chǔ)運(yùn)和工程管理專業(yè)），從事海上原油與天然氣開采與集輸處理工作，E-mail：Chenky5@cnooc.com.cn，地址：廣東省湛江市南油一區(qū)北苑11棟，524057。