刘培林，孙伯娜，陈文峰，于成龙，潘大新

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

1 轻烃回收的目的和意义

海上油田伴生气是天然气资源的一种，伴生气的量一般较小，可利用的压力能较低，除部分增压后作为平台的燃料气使用，多余的燃料气通常泄放至火炬，直接燃烧。该做法不仅造成很大的资源浪费，由于伴生气组分较重，热值较高，燃烧时可能产生黑烟，造成严重的环境污染。浮式装置上轻烃回收(LPG回收)装置的建立不仅可以降低油气损耗，提高轻烃资源综合利用程度，获得液态轻烃资源的更大价值，还能减少大气污染，对提高油田整体经济效益，具有重要的现实意义。

2 浮式装置与陆地轻烃回收设计的差异性

LPG回收基于精馏原理，根据不同的组分的沸点不同(不同的压力和温度下)，对不同组分进行分离。在陆地上，LPG回收工艺设计技术已经较为成熟，主要包括吸附法、低温法、油吸收法等，浮式装置的LPG回收从本质原理上与陆地回收工艺无差别，但由于装置进料条件以及所处环境等条件不同，浮式装置LPG回收设计与陆地设计又有较大差异。

2.1 进料条件不同

陆地的LPG回收系统常位于油气处理的终端，因此，陆地LPG回收系统的气源流量和组分均相对稳定，有利于LPG回收装置的长期稳定运行，而海上浮式装置不同。海上浮式装置的进料来源于单个油田或油田群的平台多余伴生气，由于油田多数采用衰竭式开发方式，逐年的伴生气量也会有较大的不同，且处于减小趋势；同时，油田的组分范围变化也可能较大，因此在系统设计时，要充分考虑组分变化以及进料量变化带来的影响，确保不同条件下系统均能稳定运行，处理达标。

2.2 回收目标不同

陆地轻烃回收装置气源稳定，且运行年限长，经济性较好，因此陆地的LPG回收常设计较为复杂的工艺流程来尽可能地提高产品的回收率，获得最大的产品经济效益。而海上浮式装置，投资回收期相对较短，因此，要综合考虑产品的回收率、经济性以及流程的复杂性。目前，在浮式装置上，LPG回收通常以解决燃料气热值以及火炬燃烧污染等问题为主要目标，不过分追求产品收率从而导致设计流程复杂化。

2.3 浮式装置空间限制

浮式装置上通常设有油、气、水等处理系统处理油田产物，同时设置有多个辅助系统以及生活楼等。基于浮式装置的尺寸和空间的限制，过于复杂的LPG回收处理工艺在浮式装置上并不适用。通常要综合考虑回收的目标，产品收益以及设备投入等，确定最合适的回收工艺。

2.4 浮式装置的晃动特性

与陆地不同，浮式装置处于海上晃动的条件下工作，晃动会直接影响塔内液体的分布，从而影响塔的处理效果，因此海上浮式装置上的LPG回收要从塔尺寸、塔内件、设备负荷等多方面进行综合考虑，确保在晃动条件下的处理效果。

2.5 浮式装置LPG的储存与外输

基于陆地的条件以及储存规模，陆地LPG的储存常采用低温常压的储存模式，而基于海上的条件，浮式装置上LPG的存储优先采用常温压力式储存方式。陆地的LPG外运采用罐装车而海上LPG外运采用外输油轮，因此外输方式具有较大差别。浮式装置的LPG通过外输软管输送到LPG船，通常包含充压、外输、回收以及吹扫四个步骤，确保外输的复杂流程的可靠性和安全性。

3 南海某浮式装置的轻烃回收设计

南海某浮式装置的天然气伴生气组分如表1。可以看出，组分中含有较多的重组分，热值较高，超出了装置上燃料气用户的热值需求范围，同时该项目的伴生气量较大，除作燃料气，生产前期有大量的伴生气需要排放至火炬燃烧，由于组分重，会造成严重的浪费以及环境污染，因此，需要设置一套可以满足燃料气品质且流程尽量简化的轻烃回收工艺解决上述问题。

表1 伴生气的组分和热值Tab.1 The component and heat value of associate gas

3.1 轻烃回收设计工艺流程设计

受平台的空间限制，基于基础数据，对两种不同的回收工艺进行了模拟对比：方案1，双塔回收工艺；方案2，基于丙烷制冷工艺的双塔回收工艺，即分子筛脱水+丙烷预冷+双塔回收的回收流程。基于两种不同的回收流程，对于LPG的回收量、轻油的回收量、系统的冷负荷以及热负荷综合进行对比，对比的结果如表2。

表2 不同回收流程产品及负荷对比Tab.2 Production and heat duty difference of two process flow

通过对比可知，方案2利用陆地传统工艺增加天然气的预处理和预冷工艺，可以在一定程度上提高产品的收率，但是增加预处理和预冷工艺会增加冷热负荷，同时也会增大设备投资，占用更多的平台空间，且增大了操作的复杂性，这些对于海上浮式平台是不利的。而方案1，满足了项目的基本需求，降低燃料气的热值，也能回收部分LPG 产品，流程简单，投资和占地空间小于传统工艺。 经过模拟对比，最终选择方案1双塔回收流程，如图1。

图1 基于双塔回收工艺的流程Fig.1 LPG recovering process base on two tower

3.2 基于晃动条件的特殊设计

晃动特性是海上浮式装置与陆地油气开发项目较大区别之一，晃动特性对塔器的分离效果影响最为明显，因此陆地工艺方案应用于海上尤其要考虑晃动对LPG回收工艺的影响。相同塔器在静止和晃动条件下，运行数据如表3。

表3 静止塔与摇摆塔数据对比Tab.3 Differences between static and floating tower

从表3可以看出，在相同理论塔板数下，相对于静止塔，摇摆塔的LPG产品收率明显降低，同时加热和冷却负荷明显增加。

为降低晃动的影响，可以采取以下措施：

(1)适当增加塔径，来减小晃动引起的液体分布不均。根据水力计算结果，在满足泛点率的基础上，可以考虑将塔径增加1个～2个尺寸级别。

(2)选择合适的塔内件，降低晃动的影响。填料塔在抗晃性方面与板式塔相比具有较大优势，板式塔由于结构特点的原因，晃动条件下容易出现漏液等问题，因此海上浮式装置优先选用填料塔来降低晃动的影响。

(3)适当降低每段填料的高度，增加填料的段数。调研发现，晃动条件下，塔的高度越高，其顶部部分摇摆幅度越大，对气液传质效率影响越大，同时加大了在海上浮式装置上塔器本身强度和结构支撑要求，因此必须严格控制塔的总高度。脱乙烷塔内和脱丁烷塔分别设置三段填料，每段填料高度分别为4.83 m和5.46 m，塔内采用压力式分布器，确保液体分布均匀。

4 小结

在浮式装置上设置轻烃回收，可以很好地解决浮式装置用户的燃料气热值过高以及火炬燃烧冒黑烟问题，同时可以获得LPG产品。 虽然海上浮式装置空间受限，且处于晃动的条件下，但是通过选取合适的流程以及合适的内件，海上浮式装置也可有效回收多余伴生气中的LPG，充分实现“节能减排，降本增效”的设计理念，值得在今后海洋石油开发中大力推广。