油氣田VOCs污染源分析及管控對策

王明明

（南京大學環境規劃設計研究院股份公司，江蘇南京 210008）

當前我國大氣環境形勢嚴峻，VOCs 作為促進臭氧和PM2.5形成的主要前提物，受到了社會的廣泛關注，如何有效控制VOCs 已成為現階段我國大氣環境治理領域中的熱點問題。石油、天然氣的開發常常伴有大量揮發性有機物的逸散排放，油田開采初期油氣比例較高，經統計，多個油田油氣比在60～165m3/t。

1 VOCs污染源分析

根據油氣田項目的特點（開發建設期和油氣生產期兩個階段），其揮發性有機物主要來源以下過程。

1.1 設備動靜密封點泄漏

設備密封點泄漏是指油氣在集輸、分離、凈化處理等整個過程中，各種設備組件和連接處泄漏進入大氣的過程。

1.2 有機液體裝卸揮發損失

油氣田油氣集輸大多數均采用密閉管道運輸方式，但在一些邊遠油田原油采用汽車或火車拉運裝卸的方式，原油裝卸過程中會有VOCs 逸散排放。

1.3 有機液體儲存揮發損失

開采出來的原油儲存在原油罐中，未穩定的原油中含有大量的輕烴類物質，具有相對更高的飽和蒸汽，儲罐大小呼吸排放的VOCs 量較大。

1.4 運輸過程與洗車排放

汽車或者火車在裝油后會進行清洗操作，清洗中熱蒸汽會置換出上次裝載過程剩余的原油，從而造成VOCs 排放；另外，運輸過程中溫度的變化也可能導致罐車上部呼吸閥打開，會造成VOCs 的罐頂排放。

1.5 廢水廢渣集輸、處理過程逸散

油氣田鉆井階段會產生鉆井廢水、鉆井廢棄巖屑、廢棄鉆井液以及壓裂反排液，逸散VOCs。油氣田生產及加工階段，聯合站水處理中VOCs 可以通過廢水處理系統逸散到大氣中；另外，油水氣分離罐（未穩原油）一般油氣田均采用拱頂罐，也會才生VOCs 排放。

1.6 工藝有組織廢氣排放

油氣田項目有組織工藝排放源主要是硫磺回收裝置尾氣，反應尾氣中含有少量烴類，焚燒爐能去除大部分烴，但仍有少量排放。另外，原油穩定過程中閃蒸、分餾過程中會產生一部分VOCs 排放，此外，天然氣田加工處理過程中也會產生一定的VOCs。

1.7 工藝無組織廢氣排放

工藝無組織排放源幾乎貫穿于整個油氣開采階段。鉆井機械設備的排放、廢棄鉆井泥漿處理系統的排放、井下作業（洗井、清砂、完井射孔、修井）、壓裂過程、以及試油過程均產生VOCs 的逸散排放，另外還有壓裂過程壓裂柴油車產生的排放；油氣田采油過程也會不斷產生伴生氣（套管氣）的逸散。

1.8 燃燒廢氣

燃燒廢氣主要包括加熱爐以及動力鍋爐等，如工作人員采暖和生活用熱鍋爐，為整個系統提供動力的動力鍋爐，井口為防止水合物的形成而采用的水套加熱爐，天然氣處理廠脫水過程中再生氣加熱爐以及油氣分離加熱爐等。上述設施在正常工作條件下，均會由于燃燒而產生VOCs 的排放。

1.9 火炬排放

目前，各油氣田大多數井場均設置一套火炬放空系統，用于清管、設備檢修和緊急狀態放空。為保證火炬點火的及時性和可靠性，火炬設有常明燈。

1.10 事故排放

油氣田項目可能發生的事故包括井噴、泄漏等。

1.11 檢維修過程排放

開采過程中的檢維修作業，包括洗井、修井、除砂、清蠟等施工作業。

2 油氣田VOCs管控存在問題

2.1 油氣田VOCs管理理念不強

對于油氣田VOCs 的管控，首先要強化政府和企業的理念。如果政府及企業缺乏對VOCs 的管控認識，那對VOCs 的管理工作肯定做不到位。目前，我國環境管理部門及油氣田企業對油氣田VOCs 管控工作的重視程度較低，監管力度不足。再加上油氣田大多位于較偏遠地區，政府及企業環境管理人員不夠，導致油氣田VOCs 管控工作未全面開展。

2.2 油氣田VOCs控制技術缺失

由VOCs 污染源分析可知，油氣田的VOCs 排放大多數為無組織排放，且排放點較為分散，很難采用集中收集處理的方式對VOCs 進行控制。采用傳統的末端治理手段來治理油氣田排放的VOCs 基本失效。且目前對于油氣田行業中VOCs的排放和控制的研究較少，在VOCs 污染控制方面仍顯被動，缺少系統有效的VOCs 污染控制技術。

3 管控對策

3.1 建立油氣田VOCs管理制度

針對當前存在的管理問題，先要從管理制度的建立方面入手。根據油氣田VOCs 排放特點，結合石化企業VOCs 污染源排放指南，建立VOCs 源項手冊及對應的管理制度要求。在管控工作中根據實際情況不斷細化和調整管控制度，建立符合企業自身生產實際的VOCs 管控制度。政府相關環保部門要逐步加大對油氣田企業的VOCs 管理，合理、合法地提出管控要求，推進油氣田VOCs 管控的開展及不斷提高。

3.2 油氣田VOCs管控對策

基于油氣田VOCs 污染源較多，分散較廣，油氣田VOCs的管控手段需多樣化、全面化、精細化。從源頭、過程及末端來考慮VOCs 的管控對策。

3.2.1 源頭控制

對采油井場套管氣應盡可能回收利用，以避免烴類廢氣放空。

將未穩定原油中揮發性強的輕組分加以脫出回收，可降低原油的蒸汽壓，利于常溫常壓下儲存，達到回收資源、降低油氣蒸發損耗、減少油氣揮發排放帶來的環境污染、安全儲運的目的。對原材采用密閉儲存。

設備選型方面，未穩定原油儲罐及事故油罐應選用固定頂罐。未穩定原油中含有大量揮發性組分，若采用浮頂罐，由于降壓產生的大量閃蒸氣容易破壞浮頂罐的密封結構，甚至會發生密封結構破壞、浮頂沉沒等故障。

油氣集輸工藝流程應盡可能采用密閉流程，這是減少VOCs 排放的重要措施。

3.2.2 過程管理控制

現階段設備動靜密封點的過程控制主要是實施泄漏檢測與修復程序。LDAR 是一種全過程、精細化管理思想的體現，通過固定或移動式檢測儀器，定量檢測或檢查生產裝置中閥門等易產生VOCs 泄漏的密封點，并在一定期限內采取有效措施修復泄漏點，從而控制物料泄漏損失，減少對環境造成的污染。

3.2.3 末端控制

目前企業使用較多的VOCs 末端治理技術主要有吸附法、吸收法、冷凝法、蓄熱氧化法、蓄熱催化氧化法、生物法等。各個方法均有其優勢，也有其缺點：吸附法應用范圍廣，效率高，裝置結構簡單，但需更換吸附劑，運行費用較高，廢棄的吸附劑如果處置不當也會產生二次污染。吸收法運行費用較低、操作簡單、能耗低、操作彈性大，但回收率較低。冷凝法技術簡單，回收效果穩定，可以直接回收到有機液體，無二次污染。主要缺點是要想回收效率高，要增加設備投資和提高處理成本。蓄熱氧化法處理效率高，裝置結構簡單，安全性高。但設備投資費用及運轉費用都較高；較高的燃燒溫度會產生NOx 及二噁英等二次污染。蓄熱催化氧化法操作溫度較熱氧化低，允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料，降低了設備費用。但對廢氣成分要求較高，催化劑可能會受到雜質影響發生中毒現象；設備穩定性相對較差；催化劑價格較貴，運行成本較高。

4 結語

我國油氣田開發行業起步較晚，開發過程中環境方面的管理較為粗放，目前大部分企業尚未考慮VOCs 泄漏排放問題。同時，國內在油氣田行業VOCs 估算方法、排放基數等方面尚不清晰，油氣田開發行業VOCs 污染控制措施應用案例也較少，油氣田VOCs 管控工作整體處于初級階段。國家應加大對油氣田VOCs 管控研究，盡早指導企業開展油氣田VOCs管控工作。