油田火炬放空天然气回收利用实施

周自武　刘帮文（中国石油吐哈油田分公司鄯善采油厂）



油田火炬放空天然气回收利用实施

周自武刘帮文（中国石油吐哈油田分公司鄯善采油厂）

放空火炬系统是石油化工企业生产中不可缺少的安全设施，其作用在正常生产时和事故状态下排放可燃气体。通过对温米、丘陵、丘东等油田的火炬放空气体进行回收，回收天然气每标准约52 000 m3/d，回收混轻约11 t/d，年产值2 445.96万元，年纯利润1 567.92万元，投入产出比1∶2.53。实现天然气节能环保的目的，为其它油田推广应用火炬放空气回收利用提供了借鉴的依据。

天然气放空回收技术压缩机

温米、鄯善、丘陵、红连、丘东油田在原油和天然气处理的同时，也产生了部分需排放到大气中的天然气，由于受建设初期技术条件的限制，各联合站的放空火炬处于常年燃烧状态。放空燃烧天然气约每标准3×104～7×104m3/d。

1　火炬天然气回收工艺

火炬放空天然气来源比较复杂，主要有来自联合站两相、三相分离器以及原稳气。放空量受诸多因素的影响，研究主要是正常工况下回收火炬放空天然气，事故工况下火炬能安全燃烧，保证油田生产安全。

1.1工艺技术

1）工艺流程。从火炬总管上引出天然气到回收压缩机入口，增压后再进到轻烃装置回收处理，火炬总管线上增加气动蝶阀控制火炬总管压力、并联爆破片旁通流程及手动闸阀回路，用阻火器防止回火，达到安全回收利用的目的。

2）回收压缩机选型。压缩机是火炬气回收的关键设备，因此压缩机的选型很重要，以下对3种压缩机从投资、运行费用等方面进行比选，见表1。

根据表1（以30 000 m3/d回收能力例）可知。选择螺杆压缩机，其投资适中，运行费用较低，对火炬气气量波动较大的特点，容易使用变频控制方式跟踪连续调节，适应性强。

3）高空火炬点火方式。目前，各联合站火炬均采用人工手动点火，不安全，该项目使用现有技术成熟的高空自动点火装置，可保证点火成功率达100%。

高空点火装置由自动点火控制PLC柜、火焰探测、火炬流量检测、火炬压力检测、高能点火发生器、高压电缆、抗蚀电极发弧装置、电磁阀组以及高空点火枪组成。PLC控制系统接收火炬总管压力、火焰探测等信号实现自动点火算法，触发高空点火装置，用高空点火枪引燃火炬。

4）防回火措施。火炬发生回火是会产生严重的事故，应严加防范。火炬系统可设置分子密封器、水封罐、阻火器3种防止回火措施。

分子密封器是保证火炬筒体发生回火普遍采用的设备，向分子密封器内通入惰性气体氮气。由于目前各个联合站没有制氮装置，现场没有氮气可用，因此，分子密封器不适合作为防回火措施。水封罐能够可靠的保护火炬排放系统，即使发生了回火事故，火焰传播至水封面即被阻止。水封罐要有自动补水系统，但是由于冬季气温低，易发生冻堵，要做好防冻措施。在进火炬筒体前的火炬总管上安装阻火器，能有效阻止火焰向工艺系统传播。

2　项目实施

吐哈油田火炬放空气回收工程被列为2006年股份公司的重点环保节能项目，2006年3月开始设计，9月开工建设，12月正式投运。

2.1主要内容

1）温米油田，选用22 000 m3/d（标况）的螺杆压缩机，额定排气压力0.35 MPa，压缩机采用空冷方式。用水封控制火炬总管压力，用阻火器防止回火。设高空自动点火装置和配套FCS控制系统，设水封罐及自动补水系统、并联爆破片旁通回路。

2）丘陵油田，对原稳压缩机吸气流程进行调整，从火炬总管上引出放空气到原稳压缩机入口，利用原稳压缩机的富裕回收能力，增压后再进到轻烃装置入口，回收火炬放空气。火炬总管线上设置气动蝶阀控制总管压力，设高空自动点火装置和配套的FCS控制系统。

3）丘东气田，选用回收能力28 000 m3/d（标况）的螺杆压缩机，额定排气压力0.9 MPa，采用水冷方式。用水封控制火炬总管压力，用阻火器防止回火。设高空自动点火装置和配套的FCS控制系统，设水封罐及自动补水系统、并联爆破片旁通回路，更新火炬头。螺杆压缩机回收简易工艺流程自控图见图1。

表1　压缩机选择对比

图1　火炬气回收简易工艺流程图

2.2主要应用设备

2.2.1螺杆压缩机

机组型式：喷液内冷变频调节双螺杆压缩机。机组功率：185 kW（丘东）90 kW（温米）。吸入压力/温度：0～50 kPa（G）/-5～50℃。

排气量：15m3/min（温米），20m3/min（丘东）。

排气压力/温度：0.35 MPa（G）/75℃（温米），0.9 MPa（G）/75℃（丘东）。

2.2.2高空自动点火装置

高空自动点火装置克服了高空点火电缆易烧毁破坏绝缘以及点火失效的技术难题。实现了安全自动点火的功能，并且终身免维护。高空自动点火装置参数见表2。

表2　自动点火装置重点参数

2.2.3水封罐及自动补水系统

温米联合站新建水封罐采用双层孔板结构，有利于气液分离，减少放空气的雾沫夹带。

水封侧设有液位计和液位变送器，液位变送器设高、低液位报警。水封罐采用高液位溢流控制水封高度。为了提高回收系统运行的稳定性、可靠性和安全性，同时也为了减少操作强度，新建水封罐设置自动补水电磁阀。自动补水设手动和自动2种操作模式。

2.2.4气动蝶阀

丘陵联合站初始建设没有设置传统的水封罐，改造时考虑冬季防冻措施难度大，不考虑增设水封罐，设计采用火炬总管蝶阀（国内首次使用）。气动蝶阀DN500，气关型，远程自动控制，带防爆阀位反馈。由于近年蝶阀技术发展迅速，大口径蝶阀的密封等级能够达到5级密封，技术上是达到火炬气封的要求，并在中控室中能显示阀位状态。

2.2.5爆破片

温米和丘东联合站水封罐各设置并联爆破片旁通回路1套，丘陵联合站在火炬总管气动蝶阀上并联爆破片旁通回路1套，以防止水封冻堵或气动蝶阀故障时火炬总管的通畅，从而达到保护站内装置和火炬系统的目的。

2.2.6火炬头

火炬头采用分散火炬气、小孔对撞的燃烧方式以达到良好的燃烧效果。火炬头上设有聚火块稳焰器，用以保证放空气火焰稳定，防止火炬头出现脱火现象。

2.2.7火炬阻火器

各联合站设置波纹板式火炬阻火器1套。材质304SS。阻火器可有效防止火炬回火，产生的压力降满足火炬回收和正常排放的需要。

2.2.8控制系统

丘陵、温米、丘东联合站各设置SIEMENS分布式现场总线控制系统（FCS）1套。

丘东、温米联合站FCS控制系统分别由2套PLC控制柜、1套变频控制柜和1套马达配电控制中心组成。四者通过高速高可靠的Profibus总线相联结，整合成1套既相对独立又完整无缝的现场总线控制系统（FCS），实现实时数据共享和协同调度控制。

2.3主要控制策略

2.3.1温米、丘东联合站

用水封高度控制火炬总管压力。当总管压力控制在1～8 kPa时，放空气回收；当总管压力大于8 kPa时，回收部分放空气并启动自动点火程序；当总管压力大于12 kPa时，水封罐自动补水系统停止；当总管压力下降到8 kPa以内后，恢复补水到自动模式。当水封罐后气体流量大于30 m3/h（标况），且火焰探测显示火炬熄灭时，系统自动启动点火发生器，直到点火成功。

2.3.2丘陵联合站

用气动蝶阀自动控制火炬总管压力。当火炬总管压力在5～35 kPa时，原稳压缩机入口调节阀自动开启，正常回收；当总管压力超过50 kPa时气动蝶阀开启，启动点火程序，当总管压力超过100 kPa时爆破片破裂；当总管压力逐渐减小到10 kPa以下时，火炬调节阀关闭。

3　效益分析

油田火炬放空气回收项目实施后，回收火炬放空气约每标准52 000 m3/d（其中温米联合站每标准20 000 m3/d，丘东联合站每标准25 000 m3/d，丘陵联合站每标准7000 m3/d），每年回收天然气0.156× 108m3，回收的天然气进入轻烃装置再处理加工，经计算折合生产混轻约11 t/d，运行时间按300天/a计算，天然气价格按吐哈每标准0.616元/m3，混轻产值按4500元/d计算，每年天然气的产值960.96万元，每年混轻的产值是1485万元，年总产值为2 445.96万元。

按运行成本来计算依托各采油厂现有人员统一管理，不需要增加定员，成本主要是压缩机的耗电和维护费用，温米、丘东2台耗电198 kWh/a，年电费162.23万元，温米、丘东、丘陵各联合站运行维护费用估算为300万元，年运行成本462.23万元，增利税415.81万元，年纯利润1 567.92万元。该项目投资967.22万元，投入产出比为1∶2.53，取得了良好的经济效益和社会效益。

4　结论

研究成果适用于联合站或天然气处理装置火炬放空天然气的回收应用，既可利用已建设施，减少占地面积、降低运行成本、减少投资，也可进行局部改造提高处理能力。也适用于边远单井天然气的回收利用。

通过对油田火炬放空气现状的调查，进行火炬放空气回收技术分析研究，针对各联合站火炬的不同特点，采用相应工艺成熟、安全可靠，一次性投资相对较低的回收利用新方法，成果目前2006年已在温米、丘东、丘陵联合站的火炬中进行应用。对国内其它油田的火炬气的回收具有借鉴意义。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.009

2015-05-20）

周自武，高级工程师，1992年8月毕业于西南石油学院，从事油田开发生产管理工作，E-mail：tiouliu@126.com，地址：新疆鄯善火车站镇，838202。