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摘要：某海上油田工艺处理系统产生的低压伴生气分别供给燃气发电机和燃气锅炉使用，剩下的伴生气经过火炬燃烧处理，火炬日均燃烧量约1.6万m3。文章分析了某海上油田低压伴生气的特点，依托现有生产流程，设计出适用于该油田低压力、不稳定流量伴生气的回收工艺方案，火炬日均燃烧量降至0.4万m3，减少了天然气放空量，提升了低压伴生气的利用效率和水平，实现了节能减排。
关键词：低压伴生气；天然气放空量；节能减排
1概述
在油田生产过程中，由于生产处理设备的限制，同时为满足安全生产需要，通常采用火炬燃烧的方式将一部分天然气消耗掉。这不仅造成了能源浪费，而且污染了生态环境，增加了温室气体排放，不符合国家节能减排、绿色发展理念[1]。
海上油田开发中井口物流需经过油、气、水等分离、处理和稳定后，才能满足储存、外输或外销的要求[2]。某海上油田天然气产出主要以伴生气为主，如图1所示，油气混合物流经过管道输送至处理平台，通过两级三相分离器降压脱气，分别分离出原油、生产水和天然气，油、水、气分别进入独立的生产流程进一步处理，直至达到标准要求。其中，绝大部分天然气经过一级分离器脱气后，进入天然气系统，经过脱水、净化后，用作燃气发电机的燃料，给油田电网供电，少部分天然气供给锅炉系统，给油田各设备提供热能，剩余的天然气则进入放空系统，通过火炬燃烧处理。一级分离器分离出的原油进入二级分离器二次减压脱气，脱出的天然气直接进入放空系统，与一级分离器剩余的气体一起排放。据推算，日均火炬放空量约1.6万m3。
2伴生气特点分析
通过对一级分离器运行压力的持续观察，发现一级分离器操作压力在460～670 kPa波动(操作压力设定值为560 kPa)，压力波动范围较大，油田伴生气呈现出流量不稳定的特点。同时，在对油田各油井产气量进行计量的过程中，也发现多数油井存在间歇性产气的特点。在油田用电高峰期，燃气发电机的负荷升高，其用气量大幅增加，致使燃气锅炉的用气量减少，锅炉运行不稳定，油田操作人员不得不通过降低锅炉负荷的方式来避免锅炉意外停炉。与此同时，随着锅炉负荷的降低，也给油田生产带来了困扰，例如热能供应不足导致原油系统油水分离效果变差、流程紊乱、冬季设备冻堵等问题。
另外，通过对油田伴生气组分进行分析，伴生气中甲烷组分占90%以上，具有较高的热值，回收利用的经济效益较大。
为了减少二氧化碳的排放量，提高能源利用率，积极响应国家“双碳”目标，进一步推进绿色低碳生产，落实油田高质量发展与海洋生态环境和谐共生的发展理念，减少火炬放空给生态环境带来的危害，同时确保燃气发电机和燃气锅炉安全平稳运行，本文综合考虑该海上油田伴生气的特点，结合油田现场生产的实际情况，设计了一套适用于本油田的低压伴生气回收利用方案。
3低压气回收流程设计
3.1流程设计原则
以节能减排、降本增效为原则，在保证人员和设施安全、防止海洋环境污染的前提下，满足开发和生产要求的同时，应与平台现有设计保持统一，方便平台的操作和管理[3]。
(1)为推进方案的有效实施，尽可能降低改造成本，流程设计应根据现场生产实际情况，充分依托油田现有的生产流程和设备；
(2)流程设计应达到功能要求，现场实施后，能够大幅度降低火炬系统的天然气放空量，同时确保为下游天然气各用户提供稳定的燃料来源；
(3)流程改造实施后，操作方便、安全可靠，无风险隐患；
(4)新增设备应合理布局，满足现场场地要求；
(5)新增设备必须安装符合国家要求或行业标准的安全保护装置和检测设备。
3.2方案调研
方案一：增压储存缓冲利用
本方案采用低压压缩机、高压压缩机对平台伴生气进行增压储存再利用，达到火炬放空气完全回收利用的目的。低压压缩机回收二级分离器及放空系统伴生气，经过增压回收至高压压缩机入口。高压压缩机增压一级分离器及低压压缩机回收气体，进行储存缓冲后供给燃气主机。增压过程中凝析轻烃经减压、气化后优先供给锅炉使用，当锅炉燃料气不足时由低压气缓冲罐补充。
方案二：低压气缓冲直接利用
本方案通过调整燃气主机的控制方式，结合低压燃气缓冲模式，提高伴生气使用率，减少火炬放空量。在二级分离器伴生气及放空系统伴生气后端增加一套低压气缓冲罐，提高伴生气的缓冲容积，减少燃气主机调载频率，以提高稳定性；将二级分离器的伴生气外输管道直接改造供给锅炉使用，减少放空量，锅炉燃料气不足时通过锅炉燃料气稳压阀组及时补充，从而达到整个系统平稳运行的目的。
3.3可行性分析与优势
方案一：增压储存缓冲利用
该方案新增改造核心设备较多，主要有低压压缩机、高压压缩机、低压缓冲罐、高压缓冲罐、燃气主机供气调节稳压控制阀组、凝析气罐，可以完全回收平台伴生气，燃料气供给系统调载能力较强，燃气发电机可以较长时间稳定运行，并能提供稳定负载。但是，新增设备较多，占用平台空间较多，若设备布局不合理将会带来安全生产隐患；设备投资较大，回收周期较长；新增设备中动设备较多，增加平台负载。
方案二：低压气缓冲直接利用
该方案具有较少的新增设备，仅需新增一个立式低压缓冲罐和一套锅炉燃料气稳压阀组，流程相对简单，施工改造工作量较少，工期短，施工较快，能够很快投入使用并产生效益；新增设备少，空间占用少；现场无高压设备，操作较为安全；无动设备，避免了后期大量维修工作。其缺点是伴生气不能完全回收，仍然存在少量放空；燃气发电机工作条件受物流变化影响较大，项目实施后，试运行阶段需反复调试，摸索出油田不同产气量下燃气发电机和锅炉的合理工作参数，同时锅炉燃料气稳压阀组的各项参数设定也需要通过反复试验，以获取最佳的工作状态，因此对操作人员的技能水平要求较高，需要进行专门的培训后方可上岗操作；燃气发电机需根据伴生气系统压力频繁调载，电网存在一定负载波动。
通过对以上两套方案进行优缺点分析以及经济效益对比，综合考虑实施成本等因素，优先选择符合现场实际情况的第二种方案实施改造。
3.4风险评估
风险评估过程主要包括风险因素识别、危害影响分析、风险可能性和后果等级确定等内容。通过对方案二中平台结构布局、生产工艺系统、电仪控系统、消防安全系统进行综合评估，得到以下结论：
(1)通过平台局部结构校核，该方案增加重量较小，改造后的设备布局满足甲板强度规范要求，甲板主梁挠度符合规范要求，平台总体布局合理可行；
(2)该方案一级分离器分离的伴生气经重烃回收装置处理后用于燃气发电机，通过在重烃装置后增加燃料气洗涤器，可为燃气发电机供气提供缓冲稳压；二级分离器分离的伴生气经过改造后直接用于锅炉用气，整个方案不改变平台的主工艺流程系统，且各系统处理能力满足要求；
(3)该方案涉及的新增仪表信号、火气探测信号全部接入平台中控系统，新增设备控制逻辑沿用现有平台关断级别，新增设备及管线电伴热接入平台现有电伴热系统；
(4)新增燃料气缓冲罐橇块需进行消防水覆盖保护，根据设计校核，原消防系统可满足要求。
4实施效果评价
低压气缓冲直接利用方案实施后，二级分离器伴生气及放空系统伴生气有了足够的缓冲作用，天然气的利用率明显升高，火炬系统放空量明显下降，燃气系统的运行压力更加平稳，经过调试，燃气发电机运行更加稳定，同时流程的稳定性提高，提升了油田增产空间。
(1)改造实施后，通过现场反复调试，发电机组可稳定在3 200 kW负荷左右运转，该装置投用后燃气系统压力波动明显降低；
(2)装置投用后，每日天然气放空量由1.6万m3减少至0.4万m3，节能减排效果显著；
(3)通过调整二级分离器的操作参数，可维持燃气锅炉稳定运转，满足油田热能供应。
5总结与建议
方案二改造实施后，通过调整生产流程运行参数，伴生气系统缓冲能力显著增强，有效解决了油田产气不稳定、天然气流量不稳定的问题，使燃气发电机组和锅炉运行更加稳定，达到了节能减排的目的，通过较低改造成本实现较高的经济效益。
为进一步优化低压伴生气回收处理流程的应用效果，提出以下建议：(1)提高低压气回收项目的二级分离器给锅炉供气的自力式补压阀设定值，减小阀前后压差，防止压差过大造成阀门损坏，同时可进一步提升锅炉运行的稳定性；(2)原锅炉燃料气经天然气洗涤器处理后供气，燃气质量相对较好，改造后由二级分离器直接供气的燃料气未经处理，含液较多，存在冬季冻堵和加速仪表阀等密封件损坏的风险，建议增设除液设备。
参考文献：
[1]王立秋.渤海某油田低压伴生气回收利用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(7):38-39.
[2]肖峰超,赵云峰.海上油田低压伴生气回收技术研究[J].天津科技,2016,43(10):44-46.
[3]郭俊杰,刘海艇,夏瑞杰,等.天然气液烃回收流程的设计与应用[J].化工管理,2021(31):148-149.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
某海上油田低压气回收流程的设计与应用论文
人参与 2024-09-30 09:55:52 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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