某油田火炬黑烟来源分析及治理

呼文财，王 晶，胡 廷，戴俊峰，魏 强，张立杰

(1 中海油(天津)油田化工有限公司，天津 300452；2 中石油北京天然气管道有限公司山西输气管理处，北京 100101)

油田火炬黑烟的产生主要是由于天然气燃烧不充分导致，天然气燃烧是否充分与燃烧介质与火炬头设计密切相关[1-9]。由于更改火炬头设计需要在油田停产的条件下进行，为此会给油田带来较大的损失，该方法基本无法在现场进行实施。

本文主要对某油田火炬燃烧的介质进行了分析，得出了火炬燃烧不充分的主要原因，最终在不影响现场正常生产的情况下，通过对现场流程及物流的调整，极大改善了火炬的燃烧情况，基本解决的火炬的黑烟问题。

1 背 景

某油田自投产以来，火炬系统一直伴随着严重的黑烟现象，不能满足日趋严格的环保要求[10]。该油田原油系统处理设备依次为一级、二级、三级自由水自由水分离器，运行温度分别为50 ℃、60 ℃、65 ℃，三级自由水分离器油相出口经原油增压泵增压后由海底管线输送至陆地储油罐。一级、二级自由水分离器分离出的天然气通过天然气压缩机系统增压后经天然气海底管线输送至陆地处理厂进一步处理。由于三级自由水分离器气相压力较低，所以直接进入火炬系统进行燃烧。压缩机系统产生的凝析油排放至油田闭式排放系统，然后经增压增打入三级自由水分离器入口进入原油系统。当一级、二级自由水分离器、天然气压缩机系统运行压力高于正常操作压力时，各自的压力控制阀会释放一定的天然气至闭式排放系统，然后至火炬系统进行处理。

2 火炬黑烟来源分析

由于该油田停产对火炬头进行改造的可能性基本没有，所以主要从燃烧介质方面对火炬黑烟产生的原因进行分析。

对现场一级、二级、三级自由水分离器气相，闭式排放系统气相及综合放空气进行组分析。从表1中分析结果可以看出：一级、二级自由水分离器气相组成和一般天然气组成没有明显差异；三级自由水分离器气相，闭式排放系统气相及综合放空气中甲烷含量较低，乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷等重质组分含量较高。

从检测数据可初步得出：该油田火炬黑烟主要是由于三级自由水分离器气相与闭式排放系统气相中甲烷含量少，乙烷、丙烷、异 丁 烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷含量高，导致综合放空气中重质组分偏高，而使天然气不能在火炬头充分燃烧导致。

表1 天然气组分分析Table 1 Gas composition analysis

3 改进措施

3.1 三级自由水分离器气相改善

三级自由水分离器气相全部进入火炬进行燃烧，其对火炬燃烧的影响起主要作用。其气相甲烷含量偏少，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量偏高可能与其操作温度、压力有关，也有可能是由于现场将闭式排放系统的凝析油直接转移至三级自由水分离器入口，而导致大量重质组分在三级分离器中挥发至气相所致。经过初步分析，主要原因可能为后者。

现场将凝析油注入点由三级自由水分离器入口改为原油外输泵入口。从表2中检测数据可以得出：凝析油加注点调整后，三级自由水分离器气相、综合放空气中甲烷含量明显升高，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量较调整前均有所降低。凝析油加注点调整后，现场火炬黑烟现象得到大幅改善。

表2 流程调整前后天然气组分分析Table 2 Gas composition analysis comparison before and after the adjustment

3.2 闭式排放系统气相改善

闭式排放系统运行温度为55 ℃，来自天然气压缩机系统的凝析油直接排放至闭式排放系统，然后由增压泵转至原油系统。由于凝析油中含有大量的易挥发烃类，导致大量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷由闭式排放系统挥发至火炬系统，导致燃烧不充分而产生火炬黑烟现象。

由于易挥发的物质在低温下可减少其挥发，所以针对该问题现场增加了一台用于凝析油冷却的海水冷却器，经过改造后，凝析油首先进入海水冷却器进行冷却，然后进入闭式排放系统。增加海水冷却器后，闭式排放系统的运行温度由55 ℃降至30 ℃。从表3检测数据可以得出：闭式排放系统运行温度降低后，气相中甲烷含量较之前明显升高，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量较之前均有所降低；综合放空气中甲烷含量较之前有所升高，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量较之前均有所降低。通过降低闭式排放系统的运行温度，减少了凝析油中重质组分向气相的挥发，进一步降低了放空气中重质气相组分的含量。从现场的实际观察情况看，火炬黑烟现象基本消除。

表3 流程调整前后天然气组分分析Table 3 Gas composition analysis comparison before and after the adjustment

4 结 论

该油田火炬黑烟产生的原因为，放空气中重质组分较多导致；通过将凝析油加注点由三级自由水分离器入口改为原油外输泵入口及降低闭式排放系统的运行温度的方法，减少了凝析油中重质组分向火炬系统的挥发，较大改善了火炬系统放空气的燃烧质量，基本解决了该油田火炬燃烧的黑烟问题。