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1、放空火炬冒黑煙問題原因深度剖析摘要：海上平臺放空火炬有時發(fā)現(xiàn)有冒黑煙現(xiàn)象，帶來了環(huán)保隱患。如何治理黑煙成為很多油田面臨的重要課題。該文從天然氣組分和燃燒機理分析出發(fā)，深度剖析了天然氣不完全燃燒的原因，并結(jié)合海上油田現(xiàn)狀給出了改善建議。關(guān)鍵詞：黑煙火炬乙炔天然氣組分中圖分類號：TE96文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2016)04(a)-0057-03黑煙是燃料燃燒不充分時產(chǎn)生的固態(tài)碳顆粒的宏觀表現(xiàn)形式［1］。天然氣由于燃燒不充分引起冒黑煙問題是人們的一個共識，但是為什么會燃燒不充分？產(chǎn)生黑煙的一般條件是什么？如何解決？仍然存在一些認識上的分歧，進而給油田現(xiàn)場治理黑煙現(xiàn)
2、象帶來了困惑。該文嘗試梳理清楚黑煙問題的真實原因，從而為現(xiàn)場治理黑煙問題提供有用的參考。1黑煙成因概述通常理解燃燒不充分的原因是供氧不足或者重組分含量偏高［2-8］;也有學者認為，炔烴的存在才是引起黑煙現(xiàn)象的根本原因［9］，其他解釋報道較少。具體到現(xiàn)場實施工藝上，可以歸納為以下幾點。(1)由于油氣分離器分離效率下降，造成油氣分離不凈，天然氣攜帶原油和重烴液滴進入火炬放空系統(tǒng)。(2)原火炬放空管線內(nèi)積液太多。(3)放空量超過原火炬放空能力。(4)火炬放空氣熱值不足，火炬放空氣至少需具有7500?9300kJ/m3的熱值才能完全燃燒，否則，必須另外補加燃料。(5)火炬頭設(shè)計缺陷，火炬
3、氧氣供給不足，導致燃燒不充分。其中文獻［9］中，作者就乙炔引起黑煙的觀點進行了分析。通過室內(nèi)實驗，從化學反應機理上做了更深入的研究，作者通過觀察甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及汽油(C5-C9烷烴)氣化燃燒的現(xiàn)象，證明空氣中燃燒烷烴不會發(fā)生黑煙現(xiàn)象；換言之，高碳組分并不是產(chǎn)生黑煙現(xiàn)象的充分條件亦非必要條件。而通過對比乙烷、乙烯和乙炔的燃燒發(fā)現(xiàn)，乙烯有輕微黑煙，乙炔有較濃的黑煙現(xiàn)象；初步判斷了產(chǎn)生黑煙問題的主要原因是炔烴的存在。而通化學鍵鍵能的分析，指出，本質(zhì)原因是炔烴不飽和化學鍵的存在，使得其反應速率超過其他烴類，從而引起黑煙。2炔烴產(chǎn)生的條件文獻［9］中描述的實驗現(xiàn)象為發(fā)現(xiàn)黑煙的真實原
4、因提供了重要線索，那么天然氣放空燃燒過程中會不會產(chǎn)生炔烴？條件又是什么？按照這個思路，筆者又進行了深入調(diào)研，從工業(yè)制乙炔的工藝技術(shù)中發(fā)現(xiàn)了一些有用的信息。利用天然氣制乙炔是一項規(guī)?；瘧玫募夹g(shù)，很多文獻［10-15］都有描述。主要工藝有3個：天然氣部分氧化法、電弧法和等離子射流法，其中部分氧化法是應用最多，規(guī)模最大的一項工藝。其機理就是通過甲烷與氧氣高溫化學反應，反應產(chǎn)物有C2H2、CO2、CO、H2、C和H2O，而C2H2屬于一種中間產(chǎn)物，需要迅速冷卻、收集，否則很快就能進一步分解為C和H2;而固體碳顆粒幾乎是反應過程中無法避免的副產(chǎn)物。天然氣在反應室中于1500°C高溫下化學
5、反應表達式為：(1)(2)(3)(4)(5)天然氣在空氣中燃燒溫度最高能夠達到2300°C,在氧氣中燃燒最高能夠達到3400°C，因此，對于放空火炬的天然氣而言，完全能夠?qū)崿F(xiàn)1500°C的溫度要求，另外對于火炬燃燒來講，為防止炭黑生成的“迅速冷卻”條件，一般不具備，所以平臺火炬放空過程中產(chǎn)生中間物乙訣一般是難以避免的，而碳顆粒的產(chǎn)生也是難以避免。3重組分含量的影響關(guān)于重組分含量與黑煙之間是否有必然聯(lián)系存在一定的爭議，文獻［2］中明確指出重組分含量超過6%是發(fā)生黑煙的一個臨界值。雖然文獻［9］給出了不同的觀點，但是考慮文獻［9］中的實驗條件的局限性，重組分含量高的天然氣燃燒時是否通
6、過其他的途徑帶來黑煙或者引發(fā)生成黑煙的條件并無法確定。從油田現(xiàn)場的宏觀顯現(xiàn)看，重組分含量問題引起黑煙的可能還是存在的。文獻［2］給出的案例是例證之一，而海上油田監(jiān)測的實際數(shù)據(jù)也是另外一個例證。表1和表2分別為渤海JZ1油田和JZ3油田的天然氣組分取樣數(shù)據(jù)。從表中數(shù)據(jù)可以看出JZ1油田天然氣組分重組分(C3+)含量總體較高，最大含量30.42%,最小5.18%，平均11.2%;而JZ3天氣然中重組分含量較低，多在2%以下。JZ1投產(chǎn)初期，放空量為0.2657萬方/d，火炬偶爾產(chǎn)生少量黑煙，當前火炬放空量為0.3588萬方/d，經(jīng)觀察火炬依然是偶爾產(chǎn)生黑煙，不過黑煙的量未有增大趨勢。
7、JZ3油田根據(jù)現(xiàn)場觀察，沒有黑煙現(xiàn)象。其他油田如S1油田現(xiàn)場觀測也偶爾有黑煙問題，其天然氣組分中也發(fā)現(xiàn)重組分含量較高，平均含量超過6%，該數(shù)據(jù)與文獻中產(chǎn)生黑煙現(xiàn)象的臨界值的研究是吻合的。4海上油田火炬黑煙問題總結(jié)與對策4.1天然氣組分問題除了“乙烷乙烯乙炔燃燒實驗現(xiàn)象分析及其探討一文對高含碳組分引起燃燒不充分這個認識進行否定外，從油田現(xiàn)場和其他研究人員的觀點看C3+重組分的存在帶來黑煙問題觀點是被普遍認可的，從遼東作業(yè)區(qū)SZ36-1油田和JZ25-1油田的天然氣組分情況看都在6%
