油氣田VOCs污染源分析及管控對(duì)策

王明明

（南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份公司，江蘇南京 210008）

當(dāng)前我國(guó)大氣環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻，VOCs 作為促進(jìn)臭氧和PM2.5形成的主要前提物，受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注，如何有效控制VOCs 已成為現(xiàn)階段我國(guó)大氣環(huán)境治理領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問(wèn)題。石油、天然氣的開發(fā)常常伴有大量揮發(fā)性有機(jī)物的逸散排放，油田開采初期油氣比例較高，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，多個(gè)油田油氣比在60～165m3/t。

1 VOCs污染源分析

根據(jù)油氣田項(xiàng)目的特點(diǎn)（開發(fā)建設(shè)期和油氣生產(chǎn)期兩個(gè)階段），其揮發(fā)性有機(jī)物主要來(lái)源以下過(guò)程。

1.1 設(shè)備動(dòng)靜密封點(diǎn)泄漏

設(shè)備密封點(diǎn)泄漏是指油氣在集輸、分離、凈化處理等整個(gè)過(guò)程中，各種設(shè)備組件和連接處泄漏進(jìn)入大氣的過(guò)程。

1.2 有機(jī)液體裝卸揮發(fā)損失

油氣田油氣集輸大多數(shù)均采用密閉管道運(yùn)輸方式，但在一些邊遠(yuǎn)油田原油采用汽車或火車?yán)\(yùn)裝卸的方式，原油裝卸過(guò)程中會(huì)有VOCs 逸散排放。

1.3 有機(jī)液體儲(chǔ)存揮發(fā)損失

開采出來(lái)的原油儲(chǔ)存在原油罐中，未穩(wěn)定的原油中含有大量的輕烴類物質(zhì)，具有相對(duì)更高的飽和蒸汽，儲(chǔ)罐大小呼吸排放的VOCs 量較大。

1.4 運(yùn)輸過(guò)程與洗車排放

汽車或者火車在裝油后會(huì)進(jìn)行清洗操作，清洗中熱蒸汽會(huì)置換出上次裝載過(guò)程剩余的原油，從而造成VOCs 排放；另外，運(yùn)輸過(guò)程中溫度的變化也可能導(dǎo)致罐車上部呼吸閥打開，會(huì)造成VOCs 的罐頂排放。

1.5 廢水廢渣集輸、處理過(guò)程逸散

油氣田鉆井階段會(huì)產(chǎn)生鉆井廢水、鉆井廢棄巖屑、廢棄鉆井液以及壓裂反排液，逸散VOCs。油氣田生產(chǎn)及加工階段，聯(lián)合站水處理中VOCs 可以通過(guò)廢水處理系統(tǒng)逸散到大氣中；另外，油水氣分離罐（未穩(wěn)原油）一般油氣田均采用拱頂罐，也會(huì)才生VOCs 排放。

1.6 工藝有組織廢氣排放

油氣田項(xiàng)目有組織工藝排放源主要是硫磺回收裝置尾氣，反應(yīng)尾氣中含有少量烴類，焚燒爐能去除大部分烴，但仍有少量排放。另外，原油穩(wěn)定過(guò)程中閃蒸、分餾過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一部分VOCs 排放，此外，天然氣田加工處理過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定的VOCs。

1.7 工藝無(wú)組織廢氣排放

工藝無(wú)組織排放源幾乎貫穿于整個(gè)油氣開采階段。鉆井機(jī)械設(shè)備的排放、廢棄鉆井泥漿處理系統(tǒng)的排放、井下作業(yè)（洗井、清砂、完井射孔、修井）、壓裂過(guò)程、以及試油過(guò)程均產(chǎn)生VOCs 的逸散排放，另外還有壓裂過(guò)程壓裂柴油車產(chǎn)生的排放；油氣田采油過(guò)程也會(huì)不斷產(chǎn)生伴生氣（套管氣）的逸散。

1.8 燃燒廢氣

燃燒廢氣主要包括加熱爐以及動(dòng)力鍋爐等，如工作人員采暖和生活用熱鍋爐，為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力的動(dòng)力鍋爐，井口為防止水合物的形成而采用的水套加熱爐，天然氣處理廠脫水過(guò)程中再生氣加熱爐以及油氣分離加熱爐等。上述設(shè)施在正常工作條件下，均會(huì)由于燃燒而產(chǎn)生VOCs 的排放。

1.9 火炬排放

目前，各油氣田大多數(shù)井場(chǎng)均設(shè)置一套火炬放空系統(tǒng)，用于清管、設(shè)備檢修和緊急狀態(tài)放空。為保證火炬點(diǎn)火的及時(shí)性和可靠性，火炬設(shè)有常明燈。

1.10 事故排放

油氣田項(xiàng)目可能發(fā)生的事故包括井噴、泄漏等。

1.11 檢維修過(guò)程排放

開采過(guò)程中的檢維修作業(yè)，包括洗井、修井、除砂、清蠟等施工作業(yè)。

2 油氣田VOCs管控存在問(wèn)題

2.1 油氣田VOCs管理理念不強(qiáng)

對(duì)于油氣田VOCs 的管控，首先要強(qiáng)化政府和企業(yè)的理念。如果政府及企業(yè)缺乏對(duì)VOCs 的管控認(rèn)識(shí)，那對(duì)VOCs 的管理工作肯定做不到位。目前，我國(guó)環(huán)境管理部門及油氣田企業(yè)對(duì)油氣田VOCs 管控工作的重視程度較低，監(jiān)管力度不足。再加上油氣田大多位于較偏遠(yuǎn)地區(qū)，政府及企業(yè)環(huán)境管理人員不夠，導(dǎo)致油氣田VOCs 管控工作未全面開展。

2.2 油氣田VOCs控制技術(shù)缺失

由VOCs 污染源分析可知，油氣田的VOCs 排放大多數(shù)為無(wú)組織排放，且排放點(diǎn)較為分散，很難采用集中收集處理的方式對(duì)VOCs 進(jìn)行控制。采用傳統(tǒng)的末端治理手段來(lái)治理油氣田排放的VOCs 基本失效。且目前對(duì)于油氣田行業(yè)中VOCs的排放和控制的研究較少，在VOCs 污染控制方面仍顯被動(dòng)，缺少系統(tǒng)有效的VOCs 污染控制技術(shù)。

3 管控對(duì)策

3.1 建立油氣田VOCs管理制度

針對(duì)當(dāng)前存在的管理問(wèn)題，先要從管理制度的建立方面入手。根據(jù)油氣田VOCs 排放特點(diǎn)，結(jié)合石化企業(yè)VOCs 污染源排放指南，建立VOCs 源項(xiàng)手冊(cè)及對(duì)應(yīng)的管理制度要求。在管控工作中根據(jù)實(shí)際情況不斷細(xì)化和調(diào)整管控制度，建立符合企業(yè)自身生產(chǎn)實(shí)際的VOCs 管控制度。政府相關(guān)環(huán)保部門要逐步加大對(duì)油氣田企業(yè)的VOCs 管理，合理、合法地提出管控要求，推進(jìn)油氣田VOCs 管控的開展及不斷提高。

3.2 油氣田VOCs管控對(duì)策

基于油氣田VOCs 污染源較多，分散較廣，油氣田VOCs的管控手段需多樣化、全面化、精細(xì)化。從源頭、過(guò)程及末端來(lái)考慮VOCs 的管控對(duì)策。

3.2.1 源頭控制

對(duì)采油井場(chǎng)套管氣應(yīng)盡可能回收利用，以避免烴類廢氣放空。

將未穩(wěn)定原油中揮發(fā)性強(qiáng)的輕組分加以脫出回收，可降低原油的蒸汽壓，利于常溫常壓下儲(chǔ)存，達(dá)到回收資源、降低油氣蒸發(fā)損耗、減少油氣揮發(fā)排放帶來(lái)的環(huán)境污染、安全儲(chǔ)運(yùn)的目的。對(duì)原材采用密閉儲(chǔ)存。

設(shè)備選型方面，未穩(wěn)定原油儲(chǔ)罐及事故油罐應(yīng)選用固定頂罐。未穩(wěn)定原油中含有大量揮發(fā)性組分，若采用浮頂罐，由于降壓產(chǎn)生的大量閃蒸氣容易破壞浮頂罐的密封結(jié)構(gòu)，甚至?xí)l(fā)生密封結(jié)構(gòu)破壞、浮頂沉沒(méi)等故障。

油氣集輸工藝流程應(yīng)盡可能采用密閉流程，這是減少VOCs 排放的重要措施。

3.2.2 過(guò)程管理控制

現(xiàn)階段設(shè)備動(dòng)靜密封點(diǎn)的過(guò)程控制主要是實(shí)施泄漏檢測(cè)與修復(fù)程序。LDAR 是一種全過(guò)程、精細(xì)化管理思想的體現(xiàn)，通過(guò)固定或移動(dòng)式檢測(cè)儀器，定量檢測(cè)或檢查生產(chǎn)裝置中閥門等易產(chǎn)生VOCs 泄漏的密封點(diǎn)，并在一定期限內(nèi)采取有效措施修復(fù)泄漏點(diǎn)，從而控制物料泄漏損失，減少對(duì)環(huán)境造成的污染。

3.2.3 末端控制

目前企業(yè)使用較多的VOCs 末端治理技術(shù)主要有吸附法、吸收法、冷凝法、蓄熱氧化法、蓄熱催化氧化法、生物法等。各個(gè)方法均有其優(yōu)勢(shì)，也有其缺點(diǎn)：吸附法應(yīng)用范圍廣，效率高，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需更換吸附劑，運(yùn)行費(fèi)用較高，廢棄的吸附劑如果處置不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生二次污染。吸收法運(yùn)行費(fèi)用較低、操作簡(jiǎn)單、能耗低、操作彈性大，但回收率較低。冷凝法技術(shù)簡(jiǎn)單，回收效果穩(wěn)定，可以直接回收到有機(jī)液體，無(wú)二次污染。主要缺點(diǎn)是要想回收效率高，要增加設(shè)備投資和提高處理成本。蓄熱氧化法處理效率高，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性高。但設(shè)備投資費(fèi)用及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都較高；較高的燃燒溫度會(huì)產(chǎn)生NOx 及二噁英等二次污染。蓄熱催化氧化法操作溫度較熱氧化低，允許使用標(biāo)準(zhǔn)材料來(lái)代替昂貴的特殊材料，降低了設(shè)備費(fèi)用。但對(duì)廢氣成分要求較高，催化劑可能會(huì)受到雜質(zhì)影響發(fā)生中毒現(xiàn)象；設(shè)備穩(wěn)定性相對(duì)較差；催化劑價(jià)格較貴，運(yùn)行成本較高。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)油氣田開發(fā)行業(yè)起步較晚，開發(fā)過(guò)程中環(huán)境方面的管理較為粗放，目前大部分企業(yè)尚未考慮VOCs 泄漏排放問(wèn)題。同時(shí)，國(guó)內(nèi)在油氣田行業(yè)VOCs 估算方法、排放基數(shù)等方面尚不清晰，油氣田開發(fā)行業(yè)VOCs 污染控制措施應(yīng)用案例也較少，油氣田VOCs 管控工作整體處于初級(jí)階段。國(guó)家應(yīng)加大對(duì)油氣田VOCs 管控研究，盡早指導(dǎo)企業(yè)開展油氣田VOCs管控工作。