集氣站放空氣的回收工藝探討

王曉雯

摘 要：大牛地氣田在勘探開發生產過程中有大量的天然氣被直接排放或火炬燃燒，目前開展了CNG、LNG、高壓引流等措施回收了部分天然氣，但與放空總量相比不足10%。文章著重探討集氣站放空氣的回收與利用，提出合理的技術建議，為氣田節能減排提供技術參考。

關鍵詞：集氣站；放空氣；減排技術；回收與利用

中圖分類號：TE868 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0175-02

1 集氣站放空氣的現狀及特點

根據大牛地氣田氣藏特點和多年滾動開發經驗，形成了“井口不節流、高壓進站”的標準化單井采氣流程。取消了氣井井場處理設施，集中在集氣站統一處理，因此氣井生產過程中的放空也集中在集氣站發生。

集氣站放空的天然氣不同于油田伴生氣回收，它具體有以下特點：

①瞬時流量大。最大瞬時流量達到2 000 Nm3/h。

②氣體含液量大，且攜帶有凝析油、甲醇等物質，需要完全回收，流程中需多級氣液分離。

集氣站放空氣由于流程和壓力等級不同，分為高、中、低三級放空，放空管道均刷紅色漆。目前高壓壓力集中在4.5 MPa及以上，中壓集中在3.72 MPa，低壓集中在0.3 MPa及以下。

2 集氣站放空氣回收工藝選擇和風險評估

集氣站高中壓放空氣在站內匯總后，由DN80放空管道，進入站外的放空火炬區。經雙筒式分液罐分離后，氣體在火炬處點火燃燒；液體返輸回站內經油水計量罐后存放在油水緩沖罐。低壓放空氣經DN25放空匯管直接進入放空火炬點火燃燒。

2.1 回收氣的用途

集氣站放空氣回收后的用途有兩種：一是直接增壓后輸送到站內；二是加工成CNG、LNG后外銷。本文重點探討直接輸送站內。

2.2 回收系統壓力設計

高中壓放空氣經分液罐后進入火炬，由于罐體的設計壓力為0.3 MPa，因此出口處的壓力不大于0.3 MPa。低壓放空氣來自于儲罐等設備，壓力均為0.3 MPa。因此，放空區氣體的最高壓力為0.3 MPa，即為回收系統工藝氣的起點壓力。

考慮到回收的放空氣回注集氣站內，因此選取站內的壓力為回收系統工藝氣的終點壓力。集氣站共有三個壓力等級系統，分為進站高壓區、中壓分離外輸區和低壓儲罐區。其中，氣田集氣站進站壓力平均為7.68 MPa，出站壓力分布在3.56～4.05 MPa；低壓儲罐區的壓力全部為0.3 MPa。結合集氣站站內工藝流程，目前僅在外輸系統有一處預留閥門DN150。因此，最合理的選擇是外輸區，將終點壓力選擇為3.8 MPa。

2.3 回收系統工藝設計

2.3.1 回收工藝的篩選

目前國內天然氣回收技術共有7類，考慮到集氣站遠離城市配備有外輸系統且沒有低壓氣用戶，同時配備的變壓器負荷小供電能力有限，經過比選，選擇耗電小、壓縮比高、流程簡單的壓縮機增壓工藝回收放空氣。該流程所需的分液系統利用集氣站放空流程工藝。

2.3.2 取氣點位置的選取

考慮到放空氣需增壓，因此需要將氣體進行預處理，結合現有的工藝流程，選取在分液罐后回收放空氣為較理想的點。

原因主要有：

①雙筒式閃蒸分液罐可減少放空過程中天然氣攜帶游離水情況，消除氣體流速控制不當導致游離水進入放空火炬帶來的安全隱患[1]。

②分液罐的設計尺寸為Φ1 400×5 770，滿足分離氣體中液滴直徑大于300μm 的工藝設計條件[2]。

③分液罐和放空火炬間安裝有阻火器，可實現兩個系統的隨時切換，保證集氣站放空系統正常運行。

④高中壓放空氣均經分液罐進入火炬，在該點接入回收系統可最大程度地回收。

世界上早有在火炬系統回收的技術。1998年Umoe工藝技術公司（UPT）開發的火炬放空氣回收技術在北海挪威海區迅速興起。Gull-faks A是第一座安裝該系統的平臺，每年節資近 2 000萬挪威克朗，平均每年可外輸0.23×108 m3的氣體[3]。

2.3.3 回注點位置的選取

高壓系統：主要是進站閥組區，壓力多在 8MPa以上，且影響到全部進站生產單井，因此不宜設置為回注點。

低壓系統：集氣站內低壓系統允許收集氣體的設備是分水包。該設備公稱直徑為600 mm、高度為2 930 mm，最大工作壓力為0.3 MPa。考慮到集氣站瞬間放空量較大，對分氣包容積要求較大，因此不宜選擇為回注點。

中壓系統：主要分布著各類生產與計量分離器，是集氣站生產的核心區域，任何一臺設備、環節停產都將影響全站生產。其中，計量分離器設計時考慮接入8口氣井，若仍有未使用的流程可作為備選方案；外輸管道上設置有預留閥門，可作為回注點。

結合多數集氣站現場情況和大牛地氣田滾動開發模式，在外輸管道上選取預留閥門為回注點最佳。

2.3.4 回收核心設備的選取

放空氣含有少量的液體，壓縮比達到12.6，排氣范圍為1～5×104m3/d，經過對往復式壓縮機、離心式壓縮機、螺桿壓縮機各自優缺點及適用范圍的分析比較，決定選用往復式壓縮機。

2.4 回收系統工藝路線

回收系統具體工藝路線為：

①放空氣體經分離罐上部管路進入回收設備即三級往復式壓縮機；

②放空氣體進入增壓機后，依次一級、二級和三級壓縮，壓力增至4.0 MPa。壓縮后的氣體含液量很小，滿足外輸要求可直接輸入站內的外輸管線；

③壓縮過程中分離出的液體通過泵自動打入分離罐下部液箱內；

④原火炬流程保留，僅在分液罐上部管路安裝一個截斷閥和破裂膜片作為備用。若放空氣體量較大，回收裝置來不及處理，或設備維護檢修期間，氣體通過原流程放空；

⑤回收設備的啟停、各級溫度和壓力、瞬時流量、總流量、電壓電流、總功率等參數可在站內監控室進行監管，可遠程操作。

2.5 風險防控及措施

天然氣是一種易燃易爆氣體，和空氣混合后，溫度達到550 ℃即可燃燒。天然氣爆炸范圍也很小，當濃度達到5%～15%就會爆炸。因此，回收系統重點需要防控三方面的風險。

2.5.1 防控空氣混入管道

一是根據放空量選擇合適排量的設備。理論上電機功率足夠大，便可及時抽走放空的天然氣，但會帶來設備負荷大、能耗高的問題。需要準確測算放空氣量選用合適的機型。

二是回收系統工作時，與分離罐相連的火炬管線關閉，回收系統的放空氣體通常設置正常值。若超過設計值，回收系統關閉，火炬管線上的閥門自動或人工打開。

三是選用的電器設備全部為防爆產品。

四是電控箱與設備安裝符合防爆距離要求，并在站內監控室遠程監控設備運行狀態，設備有故障會及時報警，出現險情可及時自停或人工停機。

2.5.2 防控天然氣泄漏

一是做好設備的安裝和防震等工作。

二是定期巡查，做好生產管理。

三是安裝氣體監測傳感器，一旦泄露及時報警。

2.5.3 防控火炬回火

一是保留系統中原有的阻火器。為防止在回收作業的同時低壓系統放空，由于放空火炬安裝自動點火裝置，因此需要保留原有的阻火器防止回火。

二是在分液罐出口管道上安裝破裂膜片。一方面可阻擋回火，另一方面防止回收系統超壓時無法放空，作為備用。

3 集氣站放空氣回收效果預測

3.1 項目整體投資概算

方案1：選擇燃氣驅往復式壓縮機組（排量1 000～2 000 Nm3/h，功率208 kW，燃氣消耗86 Nm3/h），回收率可達100%。設備投資273萬元，流程改造和安裝調試費用50萬元，日常維護運行成本暫不考慮，項目總費用為323萬元。

方案2：選擇9 K機型（排量375 Nm3/h，功率55 kW），2臺回收裝置，回收率可達60%。設備投資180萬元，現場施工、運輸、安裝和調試費約20萬，項目總費用為200萬元。

結論：每座集氣站實現回收能力2 000 Nm3/h，需要投資費用350萬元。

3.2 經濟效益分析

大牛地氣田目前共投產62座集氣站，如果能安全將放空氣回收，將會產生巨大的經濟效益。

3.2.1 集氣站直接增產2.14%～10%

以2014年統計數據為例，平均每天的放空氣量為23.55×104 m3/d，全廠平均日產為1 096×104 m3/d，占比達到2.14%。以12號集氣站為例，平均日產量25×104 m3/d，每天放空的氣約為2～3×104 m3/d，約占全站產量的10%，經回收系統增壓回輸站內可實現增產10%的目標。按照回收50%計算，全年可增加銷售額7 951.06萬元（天然氣價格1.8元/m3）。

3.2.2 每年可大幅減少溫室氣體排放

以2015年總放空量0.9×108 m3為例，放空氣回收率達到50%，則每年可減少溫室氣體排放量達到7.92×104 tCO2（燃燒 1 m3天然氣，產生1.76 kg的二氧化碳），參與碳交易可獲得396萬元。

結論：每年回收50%的放空氣，在31座集氣站開展回收，可獲得經濟效益為8 346.06萬元。

3.3 社會效益分析

①減少集氣站周邊環境和土地的污染。放空系統設有分液罐，但在放空過程中仍有少量的液體被帶到火炬中噴灑到周邊的土壤中。由于液體中含有甲醇（易燃有毒）、少量的凝析油（易燃）、地層水等，給周邊環境帶來影響。

②減少了天然氣的燃燒量，實現了氣田的清潔生產。

③通過回收系統將放空氣中的液體充分回收，同時通過自控系統，可減少人工勞動強度。

根據全文分析，在31座集氣站投資10 850萬元回收放空氣，每年可獲利8 346.06萬元，投資回收期僅為1.3 a，并且社會和經濟效益巨大，可盡快試驗后推廣應用。

參考文獻：

[1] 溫立憲，許勇，呂海霞，等.集氣站放空系統改造可行性分析[J].石油化工 應用，2012，（31）.

[2] 余洋，黃靜，陳杰，等.天然氣站場放空系統有關標準的解讀及應用[J].油 氣儲運，2011（29）.

[3] 劉燕玲.挪威采用火炬放空氣回收系統取得經濟環保雙重效益[J].中 國海洋平臺，1998，（14）.

[4] 宣建寅，王銀亮，祖丙訶.天然氣增壓壓縮機組的選擇[J].油氣田地面工 程，2004，（23）.

[5] 孫道青，邊大勇，虎攀，等.螺桿式天然氣壓縮機在海上平臺的應用[J].海 洋工程裝備與技術，2014，（1）.