孟凡偉周學(xué)雙童莉郭森崔積山

（1.中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心；2.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司）

油氣田開發(fā)業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放來源及控制措施

孟凡偉1，2周學(xué)雙1童莉1郭森1崔積山1

（1.中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心；2.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司）

文章從源強(qiáng)產(chǎn)生角度，重點(diǎn)研究了油氣田行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）在項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)期和油氣生產(chǎn)期的排放來源，即開發(fā)建設(shè)期污染源主要為鉆井過程中、柴油機(jī)燃燒產(chǎn)生及井噴事故排放的VOCs，油氣生產(chǎn)期有組織排放及無組織揮發(fā)的VOCs。探討了其源頭控制、末端治理的措施，并針對(duì)目前存在的問題提出合理化建議，為提升我國揮發(fā)性有機(jī)物的治理水平提供技術(shù)支撐。

油氣田；揮發(fā)性有機(jī)物；排放來源；控制措施

0 引 言

當(dāng)前我國大氣環(huán)境形勢(shì)十分嚴(yán)峻，以臭氧、細(xì)顆粒物（PM2.5）和酸雨為特征的區(qū)域性復(fù)合型污染日益突出，區(qū)域內(nèi)大范圍出現(xiàn)空氣重污染現(xiàn)象的頻次日益增多，嚴(yán)重制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，威脅著人們的身體健康。VOCs作為促進(jìn)臭氧和PM2.5形成的主要前體物，日益受到社會(huì)關(guān)注，有效控制VOCs已成為現(xiàn)階段我國大氣環(huán)境治理領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題［1-2］。

2013年我國發(fā)布的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》明確要求，VOCs排放是否符合總量控制要求作為建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)審批的前置條件，并將其納入排污費(fèi)征收范圍，并計(jì)劃對(duì)石化、有機(jī)化工、表面涂裝、包裝印刷等行業(yè)實(shí)施VOCs綜合整治［3］。因此，在環(huán)境管理的各個(gè)環(huán)節(jié)都需對(duì)VOCs實(shí)行精細(xì)化管理。

目前我國對(duì)于油氣田行業(yè)中VOCs的排放和控制的研究較少，對(duì)其排放環(huán)節(jié)、估算方法和污染控制措施缺乏系統(tǒng)的分析。為此，本文重點(diǎn)研究了油氣田開發(fā)業(yè)VOCs排放來源，探討了其控制措施，針對(duì)目前存在的問題提出了合理化建議。

1 油氣田開發(fā)項(xiàng)目VOCs排放來源研究

油田開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目主要包括開發(fā)建設(shè)期和油氣生產(chǎn)期兩個(gè)階段。本文從源強(qiáng)產(chǎn)生的角度，對(duì)油氣田開發(fā)項(xiàng)目VOCs污染源進(jìn)行歸類解析，具體分類情況見表1，基本涵蓋VOCs的排放過程［4］。

表1 油氣田開發(fā)項(xiàng)目VOCs污染源解析

1.1 開發(fā)建設(shè)期VOCs污染源解析

油氣田開發(fā)建設(shè)期主要包括鉆井工程和地面工程建設(shè)。其中，鉆井工程主要包括井場(chǎng)基礎(chǔ)施工、安裝設(shè)備、鉆井、完井、測(cè)井、固井、安裝井口裝置等；地面工程建設(shè)主要包括集輸管線敷設(shè)、站場(chǎng)（集油／氣站、聯(lián)合站／天然氣處理廠等）及輔助工程建設(shè)等。該過程VOCs排放源主要來自鉆井過程中排放的無組織工藝廢氣、柴油機(jī)燃燒燃料產(chǎn)生的煙氣和井噴事故排放的氣體，均為短期無組織排放。

鉆井過程中無組織工藝廢氣

在鉆井過程中，含VOCs氣體可能會(huì)自井眼滲出溶解或夾帶在鉆井液中，在泥漿脫氣過程中會(huì)從泥漿中分離排入大氣；如果使用油基泥漿，泥漿為油包水乳化液，泥漿經(jīng)過振動(dòng)篩時(shí)，含VOCs的油氣會(huì)直接排放到大氣中；另外，泥漿池由于可能存儲(chǔ)含烴類的鉆井巖屑，VOCs會(huì)從泥漿池中揮發(fā)進(jìn)入大氣。

柴油機(jī)燃燒產(chǎn)生的煙氣

鉆井過程中由于使用大功率柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，燃燒煙氣中有少量的未經(jīng)充分燃燒的VOCs排入大氣。

井噴事故排放

井噴事故發(fā)生后會(huì)有大量油氣噴出，短時(shí)間內(nèi)會(huì)造成大量VOCs排放。

1.2 油氣生產(chǎn)期VOCs污染源解析

油氣生產(chǎn)期主要包括采油／氣、油氣集輸至站場(chǎng)、油氣初步加工處理、儲(chǔ)存與外輸?shù)冗^程。該過程分為有組織排放和無組織揮發(fā)兩類。

1.2.1 有組織排放

供熱設(shè)施燃燒煙氣

主要是指鍋爐、加熱爐、導(dǎo)熱油爐等供熱設(shè)施燃燒燃料過程排放的煙氣，燃燒煙氣中有少量的未經(jīng)充分燃燒的VOCs排入大氣。

非正常生產(chǎn)工況火炬燃燒排放

開、停工和故障時(shí)的泄壓、吹掃氣導(dǎo)入火炬系統(tǒng)，大多在燃料輔助下燃燒排放，燃燒煙氣中有少量的未經(jīng)充分燃燒的VOCs排入大氣。

1.2.2 無組織揮發(fā)無組織工藝廢氣

①原油加工過程：原油初步加工處理主要包括三相分離、原油穩(wěn)定和輕烴回收過程，正常情況下三相分離器和穩(wěn)定塔等設(shè)施排放的含VOCs氣體作為燃料燃燒，或送往輕烴回收裝置回收，不直接外排。

②天然氣初加工過程：天然氣初步加工主要包括天然氣初步分離、脫硫、脫水、脫烴和輕烴回收過程，凝析油氣田還需設(shè)置凝析油穩(wěn)定塔等裝置。正常情況下初步分離、脫硫、穩(wěn)定塔等設(shè)施排放的含VOCs氣體送往輕烴回收裝置回收，不直接外排。

天然氣脫水通常采用分子篩脫水或甘醇脫水。當(dāng)采用分子篩脫水時(shí)再生氣進(jìn)入管網(wǎng)，不外排；而采用甘醇脫水時(shí)，再生器會(huì)有少量含VOCs工藝廢氣放空排入大氣。

設(shè)備泄漏

設(shè)備泄漏指從設(shè)備的密封表面泄漏出的氣體。油氣田開發(fā)項(xiàng)目典型的無組織排放設(shè)備包括機(jī)泵、閥門、法蘭、連接器等，輸送油氣時(shí)這些設(shè)備的動(dòng)、靜密封處都可能會(huì)存在VOCs的泄漏。

儲(chǔ)罐損失

油氣田開發(fā)項(xiàng)目主要儲(chǔ)罐包括原油儲(chǔ)罐、甲醇、輕烴儲(chǔ)罐等。儲(chǔ)罐的油氣損失形式主要包括呼吸損失和工作損失。其中，呼吸損耗指由于日常的溫度和壓力的變化導(dǎo)致的儲(chǔ)存物料的蒸發(fā)損耗。工作損耗是指儲(chǔ)罐在進(jìn)料或出料的操作中物料蒸汽的損耗，進(jìn)料損耗指隨著物料注入，儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間變小壓力增大，VOCs等污染物隨氣相被排出罐外；出料損耗指隨著物料輸出，氣相空間變大壓力降低，則外部空氣進(jìn)入罐體，油氣濃度降低導(dǎo)致更多的油氣溢出進(jìn)入氣相。

裝卸損失

經(jīng)初步加工后的原油、天然氣及少量輕烴主要通過管道、火車和汽車輸送，在車輛裝載過程中罐車在進(jìn)料過程中物料蒸汽的損耗，隨著物料注入，儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間變小壓力增大，VOCs等污染物隨氣相被排出罐外進(jìn)入大氣。

廢水收集和處理過程逸散

油氣初步加工過程中分離出的廢水經(jīng)收集后送污水處理場(chǎng)處理，在此過程中部分VOCs會(huì)從水中逸散出來進(jìn)入大氣。

采樣過程損失

在采樣管線內(nèi)物料置換和置換出物料的收集儲(chǔ)存過程中，部分VOCs從中逸散。

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)逸散

由于設(shè)備泄漏，導(dǎo)致有機(jī)物料和冷卻水直接接觸，冷卻水將物料帶出，冷卻過程由于涼水塔的汽提作用和風(fēng)吹逸散，VOCs從冷卻水中排入大氣。

開停工、檢維修過程泄漏

一般情況下，設(shè)備在開、停工或檢維修時(shí)的初期泄壓、吹掃氣首先導(dǎo)入火炬系統(tǒng)，最后設(shè)備泄壓并吹掃氣體放空，致使部分含VOCs氣體排入大氣。

2 油氣田VOCs控制技術(shù)

2.1 源頭控制

改進(jìn)鉆井工藝，用水基泥漿代替油基泥漿，從源頭控制VOCs的產(chǎn)生。

選用高密封性設(shè)備，提高本質(zhì)安全；或?qū)υO(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，包括管線端口安裝管帽、使用密封泵等，減少VOCs的排放。

儲(chǔ)存過程選用浮頂式儲(chǔ)罐，裝卸過程采用液下裝卸系統(tǒng)均能有效降低VOCs的產(chǎn)生量。

2.2 末端治理

油氣開發(fā)項(xiàng)目主要的VOCs治理措施主要包括吸附法、吸收法和燃燒法［5-6］。

吸附法 吸附法是利用活性炭、硅膠等具有吸附能力的物質(zhì)，處理高、中、低濃度的含VOCs氣體污染物，可用于處理原油、輕烴儲(chǔ)存及裝卸過程中產(chǎn)生的VOCs廢氣，吸附效果取決于吸附劑性質(zhì)及吸附系統(tǒng)的操作溫度、濕度、壓力等因素，回收率通?？梢赃_(dá)到95%左右。

吸收法 吸收法是以柴油、煤油等低揮發(fā)或不揮發(fā)溶劑作為吸收劑，處理濃度較高、溫度較低的含VOCs氣體污染物，可用于處理原油儲(chǔ)存及裝卸過程產(chǎn)生的VOCs廢氣，吸收效果主要取決于吸收劑的性能和吸收設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征，回收率通常在80%左右。燃燒法 燃燒法是利用VOCs易燃性質(zhì)進(jìn)行處理的一種方法，其目的是通過燃燒將廢氣中有機(jī)組分轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。油氣田開發(fā)過程中事故狀況排放的廢氣通常排往火炬燃燒，去除率通?？梢赃_(dá)到98%以上。

3 存在的問題及建議

◆VOCs的管理控制理念落后，應(yīng)從源頭和末端同時(shí)治理

我國油氣田開發(fā)行業(yè)起步較晚，大部分企業(yè)尚未考慮VOCs泄漏排放問題，在VOCs污染控制方面仍顯被動(dòng)。

建議從源頭減少泄漏產(chǎn)生，在工藝選擇、設(shè)備選型等方面提出嚴(yán)格要求，從根本上將VOCs排放最小化。對(duì)現(xiàn)有企業(yè)，聯(lián)合站／天然氣處理廠等重點(diǎn)區(qū)域采用泄漏檢測(cè)和修復(fù)（LDAR）程序，對(duì)各類設(shè)備組件（如閥門、泵和法蘭）動(dòng)靜密封點(diǎn)處進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，篩選出VOCs排放源，對(duì)超出設(shè)定濃度的泄漏點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)；同時(shí)增設(shè)VOCs末端治理措施，以便迅速地減少排放。

◆VOCs排放基數(shù)不清，應(yīng)盡快開展估算方法研究工作

目前國內(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。建議盡快開展VOCs估算方法研究工作，為下一步確定VOCs污染物排放總量提供依據(jù)。

◆VOCs污染控制處于起步階段，盡快開展污染減排控制工作

目前，國內(nèi)油氣田開發(fā)行業(yè)VOCs污染控制措施應(yīng)用案例較少，整體處在污染治理的初級(jí)階段。建議在參考國內(nèi)石化企業(yè)VOCs污染控制技術(shù)基礎(chǔ)上，深入研究發(fā)達(dá)國家和地區(qū)油氣田行業(yè)VOCs污染控制方法，有針對(duì)性地推動(dòng)VOCs治理措施的進(jìn)步，為下一步推進(jìn)污染減排奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

油氣田行業(yè)VOCs排放源較多，儲(chǔ)罐損失、裝卸損失、設(shè)備泄漏、廢水收集和處理過程逸散等是重點(diǎn)排放源。

對(duì)于油氣田VOCs控制，應(yīng)采取源頭控制與末端治理相結(jié)合的方式，盡可能減少VOCs的排放。

［1］ 莊思源,沙莎,郭森,等.石化化工VOCs污染源控制的對(duì)策建議[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià),2014(1):18-19.

［2］ 邵敏,董東.我國大氣揮發(fā)性有機(jī)物污染與控制[J].環(huán)境保護(hù),2013(5):25-28.

［3］ 國發(fā)〔2013〕37號(hào)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃[S].

［4］ EPA.Preferred and Alternative Methods for Estimating Air Emissions from Oil and Gas Field Production and Processing Operations[R].1999.

［5］ 陸豪,吳祖良,高翔.吸附法凈化揮發(fā)性有機(jī)物的研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程,2013,31(3):93-97.

［6］ 袁曉華.石油化工無組織排放揮發(fā)性有機(jī)物的控制及處理技術(shù)綜述[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù),2010,26(2): 32-35.

（編輯 王蕊）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.03.011

：1005-3158（2015）03-0032-03

2014-05-28）

孟凡偉，2005年畢業(yè)于南京大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)和環(huán)境工程方面的研究工作。通信地址：北京市朝陽區(qū)北苑路28號(hào)迪蒙樓303室，100012