某海上智能氣田群二氧化碳減排工藝流程深度優化

齊寶寶，張 猛，鄭成明

（中海石油(中國)有限公司海南分公司，海南 海口 570100）

1 背景概述

中國力爭在2030 年前實現二氧化碳排放達到峰值、2060 年前實現碳中和，為低碳轉型之路設定了時間表。中國積極實施應對氣候變化的國家戰略，將減排目標作為約束性指標納入國民經濟和社會發展規劃。中國海油全面貫徹新發展理念，服務構建新發展格局，積極助力我國實現碳達峰碳中和[1]。

目前，由于上游海上氣田組份差異大，下游用戶組份要求嚴格，陸岸終端需要對天然氣凈化調配，其中每年脫除二氧化碳近70 萬t。氣田群一方面能耗、碳排“雙控”面臨較大壓力，另一方面產能釋放遇到瓶頸。氣田群需要深度優化、調整供配氣工藝流程從而節能減排、充分釋放上游產能，實現綠色低碳轉型，推動氣田群高質量發展[2]。

2 氣田群目前工藝流程與瓶頸分析

某海上智能氣田群主動融入南海萬億大管網，如圖1 所示，上游主要由樂東氣田群和東方氣田群組成，產出的天然氣和凝析油通過兩條海管混輸至陸岸終端，終端對天然氣凈化后外輸至化學公司與海南民生用氣，陸岸終端配氣流程，如圖2 所示。

圖1 南海萬億天然氣大管網與某智能海上氣田群示意圖

圖2 陸岸終端配氣簡圖

某海上智能氣田群投產近二十年，隨著不斷擴建增產，流程錯綜復雜，配氣管線交織，上游部分氣田產出天然氣含有大量二氧化碳，輸送至陸岸終端后為了滿足下游用戶需求，需要對二氧化碳脫除排放，高峰期陸岸終端三套脫碳系統滿負荷運行每天脫除二氧化碳近130 萬m3，每年脫除二氧化碳約70 萬t，隨著下游天然氣需求增加，脫碳量也將隨之增加。

因此，某海上智能氣田群一方面能耗、碳排“雙控”面臨較大壓力，另一方面產能釋放遇到瓶頸。

3 氣田群深度優化上下游配氣減碳增產

2021 年6 月25 日深海一號大氣田投產，南海萬億天然氣管網每天新增千萬方天然氣補充，此時于2019 年5 月投產的高溫高壓氣田DF13-2 氣田高烴天然氣具備調整至某海上智能氣田終端的條件。

因此某海上智能氣田群通過調整配產，主動減少海上高二氧化碳氣田產量、增大高烴氣田配產、陸岸終端新增高烴氣直輸流程、陸岸終端脫碳系統二氧化碳回收利用三項重大工藝流程改造實現大幅度節能減排、同時充分釋放上游海上氣田產能。

3.1 源頭減量—海上氣田調整配產、提高樂東海管天然氣組份

氣田群通過主動降低海上高CO2氣田產量，協調增加高烴氣氣田配產，從而提高樂東海管甲烷組份，從源頭減少CO2產量。當上游高CO2氣田產量降低后，運行風險也隨之降低，氣田群通過對現場設備智能化、無人化提升改造，合并運行，從而降低主動減產帶來的成本虧損，氣田群氣量組份調整（如表1）。

表1 某海上智能氣田群樂東海管組份調整對比表

3.2 過程調配—陸岸終端工藝流程適應性改造

3.2.1 增加樂東氣至東方脫烴單元入口流程

樂東海管天然氣甲烷組份提高后，陸岸終端給下游供氣能力大幅度增加，受限于陸岸終端樂東裝置脫烴、脫碳能力，樂東海管混相流上岸后經過氣液分離、過濾，大部分氣體需要導入東方裝置進行脫烴、脫碳，以滿足海南管網氣質要求，終端需要根據流量要求新增一條樂東過濾分離器出口至東方裝置脫烴入口的工藝管線，如圖3 流程管線所示。

圖3 陸岸終端工藝流程改造圖

3.2.2 增加東方脫烴單元入口單流閥流程

根據流量要求新增樂東過濾分離器出口至東方裝置脫烴入口管線后，樂東天然氣將源源不斷通過新管線流入東方裝置脫烴、脫碳、增壓外輸至海南官網。但是如圖3 所見，新增管線大幅度增加終端供給管輸能力的同時也可能會影響化學公司兩套裝置的組份，天然氣沿管線倒流導致小甲醇和化學一部組份升高，因此有必要給東方脫烴入口管線新增單流閥流程，如圖3 中流程2 所示。

3.2.3 增加東方脫碳單元旁通流程

根據供氣合同熱值計算，海南官網要求天然氣中二氧化碳體積分數小于5%，當大幅度提高樂東海管組份后，二氧化碳體積分數大幅度降低，目前已接近10%，此時當天然氣通過終端脫碳裝置后將全部脫除二氧化碳，因此需要新增脫碳裝置旁通流程，如圖3中流程3 所示。

3.3 資源化利用—陸岸終端新增二氧化碳回收利用工藝流程

陸岸終端高烴工藝流程改造后，化學公司與海南管網流程完全分離，隨著樂東海管組份提高，根據上下游供配氣量計算，在滿足海南管網200 萬供氣需求時，可以對脫碳系統的二氧化碳全部回收，注入東方海管上岸段塞流出口，此二氧化碳將通過樂東高烴氣配比合格后輸送至化學公司制造化肥，預計最大回注量將達到20 萬m3/d，工藝流程如圖4 所示。

圖4 陸岸終端新增二氧化碳回注工藝流程圖

4 改造后操作風險分析

4.1 生產操作應急風險分析

陸岸終端高烴流程與二氧化碳回收工藝改造后，樂東海管組份提高，東方海管組份降低，兩者之間的差異變大，相互配氣量增加，下游化學公司四套裝置用戶天然氣組份將主要通過樂東控制系統調節，管輸流程有異常工況時也將對樂東工藝系統壓力產生較大沖擊。因此，需要對樂東控制系統的應急程序進行修正修訂。同時新增的二氧化碳工藝流程，異常泄漏時將會刺激操作人員的呼吸中樞，導致呼吸急促，引起頭痛、神志不清等癥狀，人體吸入濃度不宜超過10%，需要對新系統進行HAZOP 分析，并增加相關的安全操作保護設備。

4.2 臺風模式工況調整

2022 年某海上智能氣田群繼續深入推進數字化變革、智能化發展，目前已基本實現井口平臺無人化、中心平臺少人化、綜合管理一體化，通過采用智能巡檢機器人、智能調配氣系統、綜合管理一體化平臺等，實現對現場油氣生產全面感知、實時監測、故障診斷、智能調配、高效協同。最終實現作業人員從海上到陸地，油氣田開發方式從傳統向現代化、數字化的雙重跨越。臺風期間，海上全部人員撤回陸地操控中心遠程監控、操作海上氣田生產。目前還不具備遙控復產功能，因此，在臺風來臨前，需要對新工況進行分析，選擇一種最優最穩定的工況運行。

鑒于下游用戶承受天然氣組份波動能力與臺風期間上游穩定供氣限制（下游化學公司最高承受73%甲烷，上游平臺臺風期最大供氣680 萬m3/d），新工況下兩條海管的組份都無法直接供給下游用戶，為了防止任意海管對應上游氣田停產導致組份無法調節情況，陸岸終端選擇避臺期間降低樂東海管組份，適當減少下游供氣，推薦新工況如表2 所示。

表2 某海上智能氣田群樂東海管臺風期間工況

4.3 二氧化碳回注系統腐蝕設備風險

二氧化碳對設備可形成均勻腐蝕，也可形成局部腐蝕。形成全面腐蝕時，金屬的全部或大部面積上均勻地受到破壞。形成局部腐蝕時，鋼鐵表面某些局部發生嚴重的腐蝕而其他部分沒有腐蝕或依然只發生輕微的腐蝕。不同類型的局部腐蝕形態不同，例如，點蝕出現凹空并且四周光滑，臺地腐蝕出現較大面積的凹臺，底部平整，周邊垂直凹底，流動誘使局部腐蝕形狀如凹溝，即平行于物流流動方向的刀形線槽溝。當管道和設備發生嚴重腐蝕時，往往造成穿孔、泄漏等嚴重后果。因此現場二氧化碳回收設備建議運用雙向不銹鋼材質，工藝系統對脫碳系統飽和含水的二氧化碳進行深度脫水處理，同時系統可以通過添加防腐劑、增加陰極保護設備、保護性涂層等措施防止二氧化碳腐蝕設備。

5 效益分析

5.1 經濟效益

通過源頭減量、過程控制、資源化利用等措施，協調上游高二氧化碳氣田主動減產、高烴氣田增產，陸岸終端工藝流程適應性改造與二氧化碳回收利用，實現節能減排、充分釋放上游海上氣田產能。經測算，僅2022 年生產能耗將降低1.5 萬t 標準煤、二氧化碳排放減少30 萬t、淡水消耗減少10 萬t，另一方面停運兩套脫碳系統，一套脫碳系統低負荷運行，將大幅度減少設備維護保養費用，顯著降低公司運營成本。

通過二氧化碳回注工藝實現二氧化碳零排放，按照每天回收二氧化碳尾氣20 萬m3計算，作為原料氣氣價按照1 元/m3，每年運行330 d，預計每年經濟效益0.66 億元。

5.2 社會效益和環境效益

中國積極實施應對氣候變化的國家戰略，將減排目標作為約束性指標納入國民經濟和社會發展規劃，力爭在2030 年前實現二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現碳中和，為中國的低碳轉型之路設定了時間表。中國海油全面貫徹新發展理念，服務構建新發展格局，讓綠色成為高質量發展的底色、安全成為高質量發展的基石，積極助力我國實現碳達峰碳中和。此次南海某海上智能氣田群提前謀劃、主動作為，減碳量相當于植樹2000 萬棵、減少近140 萬輛經濟型轎車一年尾氣排放量,可有力推進化石能源潔凈化、潔凈能源規模化、生產過程低碳化。