海上采油平台火炬冒黑烟的治理研究范文

摘要：通过对海上采油平台火炬燃烧产生黑烟的机理分析，探索研究火炬燃烧消除黑烟的方法和可行性，进而形成系统可行的实施改造方案，消除火炬放空气燃烧产生的黑烟，减轻对海洋和大气环境生态的污染，确保采油过程中对环境生态的保护，实现人类与自然的和谐统一。

关键词：火炬；伴生气；放空气；组分；黑烟

由于海上各个采油平台采出的原油和伴生气品质不一样，在原油处理过程中产生的放空气组分和数量不一样，导致各个平台火炬燃烧放空气产生的黑烟现象不一，有的平台火炬燃烧冒黑烟程度严重，有的平台火炬燃烧冒黑烟程度轻微。随着人类社会对环境保护的认知越来越重视，消除火炬燃烧冒黑烟的问题越来越得到各个采油平台的高度重视，成为各个采油平台安全生产的重要部分,探讨、研究和确定消除火炬冒黑烟的有效方法，减轻采油平台环保压力，确保采油平台各排放指标满足国家和总公司有关环境保护方面的法律、法规的有关要求。

1采油平台放空火炬燃烧的机理

1.1采油平台火炬放空气的来源

海上采油平台在原油开采过程中，通常伴随着大量的伴生气产生，这些伴生气是易燃、有毒、腐蚀性的烃类气体，如果不及时将这些气体有效处理，直接排入大气后可能会造成火灾爆炸和严重的污染事故。这些伴生气只有通过火炬充分燃烧后，才能避免污染事故和可能发生的火灾爆炸。海上采油平台火炬燃烧气的气源主要有两种，一种是采油过程中产生的伴生气，这些伴生气一部分用于采油平台透平压缩机发电，一部分用于采油平台热介质锅炉的燃料气，还有一部分伴生气通过海管送到陆地终端进行处理，对于剩余的无法处理的伴生气通过火炬放空燃烧；还有一种火炬放空气的气源是采油平台在原油处理设备故障状态下由泄压阀释放出来的气体汇集。海上采油平台设置火炬系统的目的就是将采油过程中产生的多余的无法处理回收的伴生气和各生产设施中泄放出来的气体在一个安全的位置上充分燃烧掉，以确保采油平台生产安全。

1.2放空火炬燃烧的机理

以海上某采油平台火炬放空气组分为例，对火炬燃烧原理进行深入分析，探讨火炬放空气在燃烧过程中产生黑烟的原因，以探索研究消除火炬燃烧冒黑烟的方法。根据采油平台现场火炬放空燃烧的效果看，BZ1采油平台火炬燃烧冒黑烟严重，BZ2低压火炬燃烧冒黑烟严重，BZ2高压火炬燃烧冒黑烟轻微。发现C3+、iC4+、nC4+、iC5+、nC5+、C6+等重组分含量高时，火炬燃烧冒黑烟比较严重。而多数文献也都认为，天然气中的重烃（C3+以上的重组分）含量较高（经验值为超过5%）时，会造成冒黑烟问题，但是这个结论是根据经验推断出来的，目前并没有系统理论上的论断。海上采油平台产生的伴生气和放空气通过火炬燃烧，其中炭黑的生产是一个复杂的物理化学过程，包括伴生气和放空气中的重组分的裂解、多环芳烃的形成、炭黑颗粒的生成和生长、炭黑颗粒的碰撞凝结。伴生气和放空气通过火炬燃烧形成多环芳烃，其重组分的热解速度影响着炭黑颗粒的形成，并影响着火炬燃烧的冒黑烟的特性。在火炬燃烧过程中，火焰中的局部温度给重组分的分子键的断裂提供足够的活化能，伴生气和放空气中的重组分热裂解的产物一般为烃分子和烃自由基，两者又化合反应形成多环芳烃，多环芳烃相互之间通过碰撞，形成二聚体、三聚体和四聚体，最终形成小的炭黑颗粒，随着炭黑颗粒的不断碳化稳定长大，即形成“黑烟”。以上通过对火炬燃烧机理的分析，基本可以确认采油平台伴生气和放空气中的重组分的存在导致火炬燃烧冒黑烟的原因，并随着重组分含量的增加，火炬燃烧冒黑烟的程度更加明显。

2火炬燃烧冒黑烟的治理措施

海上采油平台火炬燃烧需要的氧气来自于空气，可以认为参加燃烧的氧气量基本稳定，火炬燃烧冒黑烟的严重程度，取决于伴生气和放空气中的重组分的含量。重组分的含量越高，燃烧越不充分，越容易形成炭黑颗粒且数量会越多，最终表现为火炬冒“黑烟”。基于这种结论，笔者认为解决火炬燃烧冒黑烟的思路从以下两个方面着手。

2.1从工艺处理的角度减少重组分的含量

从原油处理流程上优化操作工艺，尽量减少重组分从原油中析出，减少伴生气中重组分的含量。例如适量提高一级分离器的操作温度，缩短原油在一级分离器内滞留的时间；适当降低一级分离器的操作压力，提高一级分离器的气相分离的能力，将从一级分离器分离出来的气体送给锅炉燃烧，增加平台需要的热能；在二级分离器进口适量增加消泡剂的注入；适量降低二级分离器的操作温度，同时适量提高二级分离器的操作压力，减少从二级分离器分离的气体的数量；适量降低火炬分液罐的操作温度，使火炬放空气中的部分重组分凝析成液体，通过火炬分液罐回收到闭排罐。以上这些措施都能有助于减少火炬放空气中的重组分的含量，当然这些操作措施的制定都要根据各个采油平台的原油品质和操作流程的不同而不同。从流程改造的角度出发，在火炬分液罐的出口增加膜分离设备，火炬放空气先经过膜分离设备进行放空气重组分的分离，将分离出来的放空气重组分送至锅炉充分燃烧产生平台生产需要的热能，既可以降低火炬放空气中的重组分的含量，减少放空气通过火炬燃烧产生黑烟的可能性；又能给平台生产带来一定的经济效益，这也是一种消除火炬黑烟的方法。

2.2在火炬燃烧过程中增加氧气含量，使重组分得到充分燃烧

火炬放空气燃烧产生黑烟的原因是火炬放空气中的重组分不能充分燃烧，产生黑色颗粒形成黑烟。这给消除火炬燃烧冒黑烟提供另外一种思路，强制增加氧气的供应量，使火炬放空气在燃烧过程中有足够的氧气进行助燃，达到火炬放空气的充分燃烧。改变火炬的结构设计，在火炬头的结构上增加压缩空气注入点，设置两路消烟压缩空气来强制产生燃气湍流与压缩空气充分混合，同时利用压缩空气和排放气自身压力和燃烧火焰，卷吸周围空气进行助燃，实现火炬放空气充分燃烧，以达到消除黑烟的目的。采用新型无烟火炬头，新型无烟火炬头具有独特的喷嘴设计，具有一定压力的火炬放空气通过文丘里型喷嘴，使火炬放空气的流速达到或者接近当地音速，火炬头利用自身高速流动放空气带入足够的空气进行混合燃烧，从而改变了传统火炬燃烧时在火焰中心缺氧的状况。从而保证了火炬放空气的充分燃烧，减少放空气燃烧过程中产生的炭黑颗粒可能性，也能达到消除火炬燃烧冒黑烟的目的。

3结语

综上所述，根据海上各个采油平台火炬放空气燃烧冒黑烟的机理以及原油品质特性，研究分析火炬放空气体中重组分的含量，并积极采取优化工艺流程操作的措施，减少放空气中的重组分的含量；对火炬放空气流程进行适当的改造，增加膜分离装置，将放空气中的重组分在燃烧前分离回收，努力降低和控制火炬放空气中的重组分的含量，减少火炬放空气不充分燃烧的可能；或者对火炬燃烧器的结构进行重新设计或者选型，强制增加火炬放空气燃烧的氧气含量，提高火炬放空气的助燃能力，实现火炬放空气的充分燃烧，减少燃烧过程中产生炭黑颗粒的机率，实现消除火炬燃烧冒黑烟的目的。这两种消除火炬燃烧冒黑烟的思路值得海上采油平台探讨和应用。

参考文献：

[1]《海洋石油工艺设计指南»第一册«海洋石油工程设计概论与工艺设计》.

[2]隋先富，王玉，张岭.放空火炬冒黑烟问题原因深度剖析[J].工业技术，2016(10)：57-58.

作者:张千东 单位:中海油能源发展装备技术有限公司