齊寶寶，張 猛，鄭成明

（中海石油(中國(guó))有限公司海南分公司，海南 ?？?570100）

1 背景概述

中國(guó)力爭(zhēng)在2030 年前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)到峰值、2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和，為低碳轉(zhuǎn)型之路設(shè)定了時(shí)間表。中國(guó)積極實(shí)施應(yīng)對(duì)氣候變化的國(guó)家戰(zhàn)略，將減排目標(biāo)作為約束性指標(biāo)納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃。中國(guó)海油全面貫徹新發(fā)展理念，服務(wù)構(gòu)建新發(fā)展格局，積極助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和[1]。

目前，由于上游海上氣田組份差異大，下游用戶組份要求嚴(yán)格，陸岸終端需要對(duì)天然氣凈化調(diào)配，其中每年脫除二氧化碳近70 萬(wàn)t。氣田群一方面能耗、碳排“雙控”面臨較大壓力，另一方面產(chǎn)能釋放遇到瓶頸。氣田群需要深度優(yōu)化、調(diào)整供配氣工藝流程從而節(jié)能減排、充分釋放上游產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型，推動(dòng)氣田群高質(zhì)量發(fā)展[2]。

2 氣田群目前工藝流程與瓶頸分析

某海上智能氣田群主動(dòng)融入南海萬(wàn)億大管網(wǎng)，如圖1 所示，上游主要由樂(lè)東氣田群和東方氣田群組成，產(chǎn)出的天然氣和凝析油通過(guò)兩條海管混輸至陸岸終端，終端對(duì)天然氣凈化后外輸至化學(xué)公司與海南民生用氣，陸岸終端配氣流程，如圖2 所示。

圖1 南海萬(wàn)億天然氣大管網(wǎng)與某智能海上氣田群示意圖

圖2 陸岸終端配氣簡(jiǎn)圖

某海上智能氣田群投產(chǎn)近二十年，隨著不斷擴(kuò)建增產(chǎn)，流程錯(cuò)綜復(fù)雜，配氣管線交織，上游部分氣田產(chǎn)出天然氣含有大量二氧化碳，輸送至陸岸終端后為了滿足下游用戶需求，需要對(duì)二氧化碳脫除排放，高峰期陸岸終端三套脫碳系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行每天脫除二氧化碳近130 萬(wàn)m3，每年脫除二氧化碳約70 萬(wàn)t，隨著下游天然氣需求增加，脫碳量也將隨之增加。

因此，某海上智能氣田群一方面能耗、碳排“雙控”面臨較大壓力，另一方面產(chǎn)能釋放遇到瓶頸。

3 氣田群深度優(yōu)化上下游配氣減碳增產(chǎn)

2021 年6 月25 日深海一號(hào)大氣田投產(chǎn)，南海萬(wàn)億天然氣管網(wǎng)每天新增千萬(wàn)方天然氣補(bǔ)充，此時(shí)于2019 年5 月投產(chǎn)的高溫高壓氣田DF13-2 氣田高烴天然氣具備調(diào)整至某海上智能氣田終端的條件。

因此某海上智能氣田群通過(guò)調(diào)整配產(chǎn)，主動(dòng)減少海上高二氧化碳?xì)馓锂a(chǎn)量、增大高烴氣田配產(chǎn)、陸岸終端新增高烴氣直輸流程、陸岸終端脫碳系統(tǒng)二氧化碳回收利用三項(xiàng)重大工藝流程改造實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能減排、同時(shí)充分釋放上游海上氣田產(chǎn)能。

3.1 源頭減量—海上氣田調(diào)整配產(chǎn)、提高樂(lè)東海管天然氣組份

氣田群通過(guò)主動(dòng)降低海上高CO2氣田產(chǎn)量，協(xié)調(diào)增加高烴氣氣田配產(chǎn)，從而提高樂(lè)東海管甲烷組份，從源頭減少CO2產(chǎn)量。當(dāng)上游高CO2氣田產(chǎn)量降低后，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)也隨之降低，氣田群通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化、無(wú)人化提升改造，合并運(yùn)行，從而降低主動(dòng)減產(chǎn)帶來(lái)的成本虧損，氣田群氣量組份調(diào)整（如表1）。

表1 某海上智能氣田群樂(lè)東海管組份調(diào)整對(duì)比表

3.2 過(guò)程調(diào)配—陸岸終端工藝流程適應(yīng)性改造

3.2.1 增加樂(lè)東氣至東方脫烴單元入口流程

樂(lè)東海管天然氣甲烷組份提高后，陸岸終端給下游供氣能力大幅度增加，受限于陸岸終端樂(lè)東裝置脫烴、脫碳能力，樂(lè)東海管混相流上岸后經(jīng)過(guò)氣液分離、過(guò)濾，大部分氣體需要導(dǎo)入東方裝置進(jìn)行脫烴、脫碳，以滿足海南管網(wǎng)氣質(zhì)要求，終端需要根據(jù)流量要求新增一條樂(lè)東過(guò)濾分離器出口至東方裝置脫烴入口的工藝管線，如圖3 流程管線所示。

圖3 陸岸終端工藝流程改造圖

3.2.2 增加?xùn)|方脫烴單元入口單流閥流程

根據(jù)流量要求新增樂(lè)東過(guò)濾分離器出口至東方裝置脫烴入口管線后，樂(lè)東天然氣將源源不斷通過(guò)新管線流入東方裝置脫烴、脫碳、增壓外輸至海南官網(wǎng)。但是如圖3 所見(jiàn)，新增管線大幅度增加終端供給管輸能力的同時(shí)也可能會(huì)影響化學(xué)公司兩套裝置的組份，天然氣沿管線倒流導(dǎo)致小甲醇和化學(xué)一部組份升高，因此有必要給東方脫烴入口管線新增單流閥流程，如圖3 中流程2 所示。

3.2.3 增加?xùn)|方脫碳單元旁通流程

根據(jù)供氣合同熱值計(jì)算，海南官網(wǎng)要求天然氣中二氧化碳體積分?jǐn)?shù)小于5%，當(dāng)大幅度提高樂(lè)東海管組份后，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)大幅度降低，目前已接近10%，此時(shí)當(dāng)天然氣通過(guò)終端脫碳裝置后將全部脫除二氧化碳，因此需要新增脫碳裝置旁通流程，如圖3中流程3 所示。

3.3 資源化利用—陸岸終端新增二氧化碳回收利用工藝流程

陸岸終端高烴工藝流程改造后，化學(xué)公司與海南管網(wǎng)流程完全分離，隨著樂(lè)東海管組份提高，根據(jù)上下游供配氣量計(jì)算，在滿足海南管網(wǎng)200 萬(wàn)供氣需求時(shí)，可以對(duì)脫碳系統(tǒng)的二氧化碳全部回收，注入東方海管上岸段塞流出口，此二氧化碳將通過(guò)樂(lè)東高烴氣配比合格后輸送至化學(xué)公司制造化肥，預(yù)計(jì)最大回注量將達(dá)到20 萬(wàn)m3/d，工藝流程如圖4 所示。

圖4 陸岸終端新增二氧化碳回注工藝流程圖

4 改造后操作風(fēng)險(xiǎn)分析

4.1 生產(chǎn)操作應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)分析

陸岸終端高烴流程與二氧化碳回收工藝改造后，樂(lè)東海管組份提高，東方海管組份降低，兩者之間的差異變大，相互配氣量增加，下游化學(xué)公司四套裝置用戶天然氣組份將主要通過(guò)樂(lè)東控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，管輸流程有異常工況時(shí)也將對(duì)樂(lè)東工藝系統(tǒng)壓力產(chǎn)生較大沖擊。因此，需要對(duì)樂(lè)東控制系統(tǒng)的應(yīng)急程序進(jìn)行修正修訂。同時(shí)新增的二氧化碳工藝流程，異常泄漏時(shí)將會(huì)刺激操作人員的呼吸中樞，導(dǎo)致呼吸急促，引起頭痛、神志不清等癥狀，人體吸入濃度不宜超過(guò)10%，需要對(duì)新系統(tǒng)進(jìn)行HAZOP 分析，并增加相關(guān)的安全操作保護(hù)設(shè)備。

4.2 臺(tái)風(fēng)模式工況調(diào)整

2022 年某海上智能氣田群繼續(xù)深入推進(jìn)數(shù)字化變革、智能化發(fā)展，目前已基本實(shí)現(xiàn)井口平臺(tái)無(wú)人化、中心平臺(tái)少人化、綜合管理一體化，通過(guò)采用智能巡檢機(jī)器人、智能調(diào)配氣系統(tǒng)、綜合管理一體化平臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)油氣生產(chǎn)全面感知、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、智能調(diào)配、高效協(xié)同。最終實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員從海上到陸地，油氣田開(kāi)發(fā)方式從傳統(tǒng)向現(xiàn)代化、數(shù)字化的雙重跨越。臺(tái)風(fēng)期間，海上全部人員撤回陸地操控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作海上氣田生產(chǎn)。目前還不具備遙控復(fù)產(chǎn)功能，因此，在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前，需要對(duì)新工況進(jìn)行分析，選擇一種最優(yōu)最穩(wěn)定的工況運(yùn)行。

鑒于下游用戶承受天然氣組份波動(dòng)能力與臺(tái)風(fēng)期間上游穩(wěn)定供氣限制（下游化學(xué)公司最高承受73%甲烷，上游平臺(tái)臺(tái)風(fēng)期最大供氣680 萬(wàn)m3/d），新工況下兩條海管的組份都無(wú)法直接供給下游用戶，為了防止任意海管對(duì)應(yīng)上游氣田停產(chǎn)導(dǎo)致組份無(wú)法調(diào)節(jié)情況，陸岸終端選擇避臺(tái)期間降低樂(lè)東海管組份，適當(dāng)減少下游供氣，推薦新工況如表2 所示。

表2 某海上智能氣田群樂(lè)東海管臺(tái)風(fēng)期間工況

4.3 二氧化碳回注系統(tǒng)腐蝕設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)

二氧化碳對(duì)設(shè)備可形成均勻腐蝕，也可形成局部腐蝕。形成全面腐蝕時(shí)，金屬的全部或大部面積上均勻地受到破壞。形成局部腐蝕時(shí)，鋼鐵表面某些局部發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕而其他部分沒(méi)有腐蝕或依然只發(fā)生輕微的腐蝕。不同類型的局部腐蝕形態(tài)不同，例如，點(diǎn)蝕出現(xiàn)凹空并且四周光滑，臺(tái)地腐蝕出現(xiàn)較大面積的凹臺(tái)，底部平整，周邊垂直凹底，流動(dòng)誘使局部腐蝕形狀如凹溝，即平行于物流流動(dòng)方向的刀形線槽溝。當(dāng)管道和設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重腐蝕時(shí)，往往造成穿孔、泄漏等嚴(yán)重后果。因此現(xiàn)場(chǎng)二氧化碳回收設(shè)備建議運(yùn)用雙向不銹鋼材質(zhì)，工藝系統(tǒng)對(duì)脫碳系統(tǒng)飽和含水的二氧化碳進(jìn)行深度脫水處理，同時(shí)系統(tǒng)可以通過(guò)添加防腐劑、增加陰極保護(hù)設(shè)備、保護(hù)性涂層等措施防止二氧化碳腐蝕設(shè)備。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)源頭減量、過(guò)程控制、資源化利用等措施，協(xié)調(diào)上游高二氧化碳?xì)馓镏鲃?dòng)減產(chǎn)、高烴氣田增產(chǎn)，陸岸終端工藝流程適應(yīng)性改造與二氧化碳回收利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、充分釋放上游海上氣田產(chǎn)能。經(jīng)測(cè)算，僅2022 年生產(chǎn)能耗將降低1.5 萬(wàn)t 標(biāo)準(zhǔn)煤、二氧化碳排放減少30 萬(wàn)t、淡水消耗減少10 萬(wàn)t，另一方面停運(yùn)兩套脫碳系統(tǒng)，一套脫碳系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行，將大幅度減少設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，顯著降低公司運(yùn)營(yíng)成本。

通過(guò)二氧化碳回注工藝實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放，按照每天回收二氧化碳尾氣20 萬(wàn)m3計(jì)算，作為原料氣氣價(jià)按照1 元/m3，每年運(yùn)行330 d，預(yù)計(jì)每年經(jīng)濟(jì)效益0.66 億元。

5.2 社會(huì)效益和環(huán)境效益

中國(guó)積極實(shí)施應(yīng)對(duì)氣候變化的國(guó)家戰(zhàn)略，將減排目標(biāo)作為約束性指標(biāo)納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃，力爭(zhēng)在2030 年前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)到峰值、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，為中國(guó)的低碳轉(zhuǎn)型之路設(shè)定了時(shí)間表。中國(guó)海油全面貫徹新發(fā)展理念，服務(wù)構(gòu)建新發(fā)展格局，讓綠色成為高質(zhì)量發(fā)展的底色、安全成為高質(zhì)量發(fā)展的基石，積極助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。此次南海某海上智能氣田群提前謀劃、主動(dòng)作為，減碳量相當(dāng)于植樹(shù)2000 萬(wàn)棵、減少近140 萬(wàn)輛經(jīng)濟(jì)型轎車一年尾氣排放量,可有力推進(jìn)化石能源潔凈化、潔凈能源規(guī)?；?、生產(chǎn)過(guò)程低碳化。