李靜 孫冬旭 韓非 馬紅娜

油田伴生氣回收的效益與風(fēng)險(xiǎn)

李靜 孫冬旭 韓非 馬紅娜

油田伴生氣的回收利用已成為我國(guó)資源回收的重要組成部分，如何合理利用分散油田伴生氣也成為重中之重，但伴生氣回收利用過程中存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，可能對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生破壞。綜合分析了伴生氣回收利用的效益與風(fēng)險(xiǎn)，提出相應(yīng)的防范措施，達(dá)到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益的共贏局面。

伴生氣；回收利用；效益；風(fēng)險(xiǎn)；措施

石油伴生氣是一種易燃易爆氣體，與原油一樣具有非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益，若在油區(qū)內(nèi)直接燃燒排放，不僅造成資源浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境空氣造成污染。根據(jù)油田所處地理位置的差異，可分為直接進(jìn)入管網(wǎng)的伴生氣以及零散和邊遠(yuǎn)井區(qū)的伴生氣[1]。

以陜西省某采油廠為例，由于油區(qū)地處黃土高原，部分油井分散不能接入管網(wǎng)利用，每年直接燃燒排放伴生氣量高達(dá)147.36h104m3。目前，國(guó)內(nèi)外能源緊張問題逐步加劇，因此，如何回收利用零散和邊遠(yuǎn)井區(qū)的伴生氣成為令人高度重視的問題。

1 零散伴生氣回收利用現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于伴生氣回收主要有7種裝置[1]：移動(dòng)式套管氣回收裝置、電加熱式套管氣調(diào)壓回收裝置、定壓放氣閥回收裝置、聯(lián)動(dòng)式低壓抽氣筒回收裝置、撬裝輕烴回收裝置、伴生氣井下回收裝置和偏心井口套管氣回收裝置，其中撬裝裝置易搬遷、設(shè)備集成性好，適合回收邊遠(yuǎn)地區(qū)油田伴生氣。

2 伴生氣回收效益分析

以陜北某采油廠采用撬裝輕烴回收裝置回收伴生氣為例（工藝流程見圖1），伴生氣回收設(shè)計(jì)規(guī)模175萬m3/a，產(chǎn)品為凝液和干氣。凝液產(chǎn)量520.5 t/a，進(jìn)入儲(chǔ)罐全部裝車外售，干氣產(chǎn)量141.6萬m3/a，用于廠區(qū)發(fā)電。伴生氣回收利用收益主要包括[2]：

1）干氣每年可發(fā)電量約288h104kWh，達(dá)到了節(jié)能增效的目的[3]。

2）根據(jù)當(dāng)前天然氣價(jià)格約2.0元/m3、凝液（按液化石油氣估）4 000元/t計(jì)算[4]，經(jīng)濟(jì)收益約491.4萬元/a。

3）清潔燃料干氣相當(dāng)年節(jié)約標(biāo)煤1 883 t，且與燃煤相比具有污染小、熱效率高、使用方便的顯著特點(diǎn)，按照2010年全國(guó)萬噸燃煤二氧化硫排放績(jī)效指標(biāo)90 t，項(xiàng)目可減少二氧化硫排放約16.9 t/a，減排效果明顯，同時(shí)凝液為國(guó)內(nèi)外緊缺、寶貴、附加值高的化工生產(chǎn)原料。

圖1 撬裝輕烴回收裝置回收伴生氣工藝流程

綜上所述，伴生氣回收利用項(xiàng)目建設(shè)有效減少了石油伴生氣的資源浪費(fèi)，社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益明顯，有效推進(jìn)了國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略實(shí)施，符合經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益同步增長(zhǎng)的原則。

3 伴生氣回收風(fēng)險(xiǎn)分析

伴生氣回收產(chǎn)品凝液和干氣屬于危險(xiǎn)物質(zhì)，當(dāng)生產(chǎn)設(shè)施或儲(chǔ)存設(shè)施發(fā)生泄漏事故時(shí)，泄漏伴生氣或凝液會(huì)帶來一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。以上述陜北某采油廠為例進(jìn)行分析。

根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》（GB 18218 2009），廠區(qū)內(nèi)凝液、干氣以及制冷劑氨的存在量小于臨界量，不構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，其泄漏速度按照伯努利方程計(jì)算：

式中：Qo液體的泄漏速度，kg/s；

Cd液體泄漏系數(shù)；

A 裂口面積，m2；

ρ 泄漏液體密度，kg/m3；

P，P0儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)壓力及環(huán)境壓力，Pa；

h 裂口之上液位高度。

表1 儲(chǔ)罐泄漏參數(shù)及結(jié)果表

3.1 儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)熱輻射傷害分析

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)軟件，計(jì)算凝液儲(chǔ)罐發(fā)生事故時(shí)的熱輻射傷害。

表2 噴射火火災(zāi)事故預(yù)測(cè)結(jié)果

表3 蒸氣云爆炸事故危害距離預(yù)測(cè)結(jié)果 單位：m

表4 BLEVE火球爆炸事故危害距離預(yù)測(cè)結(jié)果 單位：m

根據(jù)預(yù)測(cè)分析，BLEVE火球爆炸事故危害較噴射火和蒸氣云爆炸事故后果嚴(yán)重，因此伴生氣回收項(xiàng)目盡量遠(yuǎn)離敏感區(qū)設(shè)置，避免事故發(fā)生后對(duì)周圍環(huán)境敏感點(diǎn)的人員造成影響。

3.2 有害物質(zhì)對(duì)大氣環(huán)境影響

有害物質(zhì)對(duì)大氣環(huán)境造成的影響主要為凝液發(fā)生火災(zāi)事故情況下，不完全燃燒產(chǎn)生的CO對(duì)周圍環(huán)境空氣造成的影響，采用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則中推薦的多煙團(tuán)模式。

凝液燃燒CO的產(chǎn)生量可按下式進(jìn)行估算：

式中：CCO燃燒產(chǎn)生的CO量，t/s；

C 燃燒中碳的質(zhì)量百分比含量%，取85%；

q 凝液中碳不完全燃燒率%，取1.56%；

Q 參與燃燒的凝液量，t/s。

表5 凝液罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故產(chǎn)生CO源強(qiáng)

不同氣象條件下CO對(duì)下風(fēng)向的影響范圍見表6和圖2。

表6 不同氣象條件下CO對(duì)下風(fēng)向影響

可見在風(fēng)向一定的條件下，凝液罐火災(zāi)產(chǎn)生的CO對(duì) 下風(fēng)向造成影響最嚴(yán)重的氣象條件為D穩(wěn)定度、小風(fēng)情況下，但未超過半致死濃度（LC50）；在有風(fēng)情況下，各氣象條件下的最大落地濃度均小于立即威脅生命和健康濃度（IDLH），因此項(xiàng)目對(duì)附近村民不會(huì)產(chǎn)生較大影響；超過車間最高允許濃度最大影響范圍為1 500 m,該范圍的人群會(huì)受到一定的影響，但不會(huì)出現(xiàn)敏感目標(biāo)的人員傷亡情況。

圖2 凝液罐火災(zāi)在不同氣象條件下的CO分布濃度

3.3 地表水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析

主要是凝液罐區(qū)以及火災(zāi)爆炸事故情況下消防廢水泄漏對(duì)地表水環(huán)境的影響。罐區(qū)應(yīng)按照《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50183 2004）要求設(shè)置圍堰，其有效容積參照《油罐區(qū)防火堤設(shè)計(jì)規(guī)范》（SY 0075 93）不應(yīng)小于罐組內(nèi)一個(gè)最大油罐的容量。

圖3 事故處置程序示意圖

4 風(fēng)險(xiǎn)防范措施

4.1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范措施

從設(shè)計(jì)上完善站內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)防范措施，包括在可能發(fā)生氣體積聚的場(chǎng)所按照相應(yīng)規(guī)范要求設(shè)置可燃?xì)怏w濃度探測(cè)報(bào)警裝置、設(shè)置火警電話和滅火裝置等，并根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50160 2008）等規(guī)范完善罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)防范措施，同時(shí)加強(qiáng)站內(nèi)人員管理，強(qiáng)化站外運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)防范措施。

4.2 應(yīng)急處置措施

在發(fā)生突發(fā)性環(huán)境污染事故時(shí)，應(yīng)急處置的首要工作是控制事故污染源和防止污染物擴(kuò)散造成對(duì)周圍人群、動(dòng)植物的傷害，防止進(jìn)一步污染環(huán)境，伴生氣回收應(yīng)急處置措施主要體現(xiàn)在凝液泄漏與著火，事故應(yīng)急處置程序見圖3。

4.3 應(yīng)急預(yù)案

根據(jù)國(guó)家環(huán)保局(90)環(huán)管字057號(hào)文《關(guān)于對(duì)重大環(huán)境污染事故隱患進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的通知》等要求，通過對(duì)事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)企業(yè)在投產(chǎn)前，應(yīng)制定詳細(xì)的防止重大環(huán)境污染事故發(fā)生應(yīng)急預(yù)案、消除事故隱患的措施及應(yīng)急處理辦法。2010年國(guó)家環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《石油化工企業(yè)環(huán)境應(yīng)急預(yù)案編制指南》，建設(shè)單位應(yīng)根據(jù)環(huán)境污染事故應(yīng)急預(yù)案編制技術(shù)指南要求編制應(yīng)急預(yù)案，組織評(píng)審、征求意見，報(bào)其主管部門或上一級(jí)政府審批備案。

5 結(jié)論

伴生氣回收利用雖然可以節(jié)約資源，減少污染，但在運(yùn)行過程中存在一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此，裝置廠區(qū)應(yīng)合理選址，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范施工建設(shè)，并編制應(yīng)急預(yù)案預(yù)防突發(fā)事故發(fā)生，爭(zhēng)取做到經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)人類與自然共贏的局面。

[1] 許冬進(jìn), 馬麗, 程俊. 油田伴生氣回收裝置現(xiàn)狀和分析[J]. 石油科技論壇, 2010(4): 29-33.

[2] 戴英波, 李智. 外圍小油田伴生氣回收綜合利用[J]. 油田節(jié)能, 2004(4): 38-39.

[3] 金俠杰, 林財(cái)興. 油田伴生氣輕烴回收及綜合利用技術(shù)[J]. 油氣田地面工程, 2003(11): 5.

[4] 弓燕舞, 金穎, 江金華. 油田伴生氣液化利用探討[J]. 石油與天然氣化工, 2004(1): 15-16.

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2095-6444(2014)05-0062-03

2014-08-11

李靜、 韓非、馬紅娜，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心；孫冬旭，中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司。