以下文字转自公众号：加村energy这些事。如涉侵权，请联系网站管理员删除。
一、伴生气的现实处境：被白白烧掉，真的只能放弃吗？
在油气田开发过程中，大量伴生气（Associated Gas）随原油一同产出。
受限于以下因素，伴生气在全球范围内长期被直接放空燃烧（Flaring）：
- 管道基础设施不足，难以并网或外输
- 气量分散、波动大，商业价值被低估
- 气质复杂，含有较高比例的 NGL（C₂+、C₃+、C₅+）与液体
- 发电设备对燃料气品质要求严格，选型风险高。
根据阿省AER发布的Upstream Petroleum Industry Emissions Report （2023）
披露的数据，阿省每年烧掉大概13~14亿立方伴生气。
从能量角度看，伴生气热值往往并不低，甚至在某些情况下明显高于管输天然气；从工程角度看，问题不在“能不能烧”，而在于**“怎么烧、用什么设备烧、是否安全可靠”**。
因此，伴生气是否可用于发电，不是资源问题，而是燃料气工程属性与机组选型是否匹配的问题。
二、两个关键指标：Wobbe Index 与 Methane Number
1. Wobbe Index（沃泊指数）：燃烧器“功率匹配”指标
定义：
其中：
- LHV：低位发热量
- SG：相对密度（相对于空气）
工程含义：
在喷嘴尺寸和供气压力不变的情况下，不同燃料气进入燃烧器的能量输入是否相近。
- Wobbe 接近 → 功率接近，可互换
- Wobbe 偏差大 → 过火、过热或熄火风险
对于燃气轮机、锅炉、燃烧器而言，Wobbe 是首要指标。
Wobbe ≈ 50,000 kJ/m³ 以上，通常意味着：
“从能量密度和喷嘴负荷角度看，这是一股‘看起来像标准天然气’的燃料。”
2. Methane Number（甲烷值，MN）：内燃机的“安全红线”
定义：
Methane Number 是燃气在火花点火内燃机中抗爆震能力的量化指标，类似汽油的辛烷值。
- 纯甲烷：MN = 100
- MN 越低 → 越容易在压缩末期提前自燃
关键工程结论：
MN 决定的是“会不会爆震”，而不是“能不能点着”。
对于高效率、稀燃、压缩比高的燃气内燃机（如 CAT、Jenbacher 等）：
- MN < 70–72：通常直接不接受
- MN 过低 → 爆震、敲缸、活塞与轴承寿命急剧下降
- 属于结构性安全风险，而非运行参数可调问题
为什么高 NGL 伴生气常出现“Wobbe 很好，但 MN 很差”？
- C₂+、C₃+、C₅+
- 🔼显著提高热值 → Wobbe 好看
- 🔽极大降低抗爆震能力 → MN 急剧下降
这正是高 NGL 伴生气“最具迷惑性、也最危险”的地方。
3 Case Study
这个一个典型的伴生气组分
• CH₄: 79.6%
• C₂H₆: 8.0%
• C₃H₈: 4.0%
• i/n-C₄: ~2.3% total
• C₅+: ~2.0%
• CO₂: 1.2%
• N₂: 0.06%
• H₂S: 0%
带入相应软件，计算可得出甲烷数和沃泊指数，如下所示：
上图可知 MN=45 代表什么：MN 越低越容易爆震（对稀燃预混、较高压缩比、追求高效率的燃气机尤其明显）。
内燃机里发生了什么
- 在燃气内燃机中：
- 活塞上行 → 混合气被压缩
- 压缩末期：温度 ↑；压力 ↑
- 正常情况：火花塞点火；火焰“平稳传播”
- 异常情况（爆震）：混合气中的一部分在火花之前自行着火；
- 多个火焰面相撞 → 压力波 → “敲缸”→爆震
哪些成分最容易“自己先着火”？
- 重烃是罪魁祸首：
| 组分 | 自燃倾向 |
| CH₄ | 最稳定 |
| C₂H₆ | 更容易 |
| C₃H₈ | 很容易 |
| C₄ / C₅+ | 极易 |
小结：哪怕很少量的 C₃+，也会显著拉低 MN，降低气体的抗暴特性
- 该气体组分的典型特征是：
- Wobbe ≈ 50,000+ kJ/m³（看起来像好气）
- MN ≈ 45（爆震地狱）
所以：
- 目前主流的商业机型性能指标都要求在MN不低于80下标定，并且即便采用降负荷调节点火正时的方式，MN也要求不得低于72，MN=45远远低于内燃机可以安全运行的一个下限；
- 如果强行运行，内燃机停机都算是一个好结果了，运气不好直接炸飞缸头，飞连杆也不是没可能。
- 甲烷数是内燃机选型的一个最核心关键指标。
三、加拿大冬季环境：让问题进一步恶化
如果项目位于加拿大或其他寒冷地区，伴生气利用面临额外的工程挑战：
1. 低温导致烃露点问题被放大
- 重烃在低温、调压（JT 效应）后极易二次凝析
- 即便上游已经分离掉游离液体，管线和阀组中仍可能“下雨”
2. 含液量急剧增加，燃料气极不稳定
- 冬季昼夜温差大
- 运行工况变化时，液体生成呈突发性、不可预测
3. 对内燃机尤为致命
- 内燃机对液体进入燃烧系统几乎零容忍
- 可能引发：
- 失火 / 爆震
- 机油稀释
- 阀门、火花塞、缸套损伤
因此，在加拿大冬季条件下，高 NGL 伴生气如果未经充分处理，工程风险呈指数级上升。
四、两条可行的工程路线
在实践中，围绕伴生气发电，逐渐形成了两条清晰的技术路线。
方案一：深度除 NGL + 燃气内燃机
基本思路：把伴生气“改造成”接近管输干气的品质，再使用高效率燃气内燃机。
关键措施：
- 深度脱除 C₃+ / C₅+
- 显著提高 MN（目标 ≥ 72~80）
- 严格控制烃露点，确保全年不出液
优点：
- 稳定气源、长期运行
挑战：
- 前处理系统复杂（制冷、吸收、低温分离等）
- CAPEX 与 OPEX 较高
- 对运行管理与气质监控要求极高
适用场景：
- 气量稳定
- 允许回收或处置 NGL
- 项目追求长期高效率
方案二：初步除 NGL + 燃气轮机
基本思路：不追求把气“变得很干”，只做基本的气液分离，将常温下的凝析液分离即可，避免液滴燃料直接进入燃气轮机，充分利用燃气轮机对重烃燃料的适应性。
关键措施：
- 可靠的气液分离（防液体）
- 控制露点，避免进入燃机前二次凝析
- 保证 Wobbe 在燃机允许窗口内
优点：
- 对低 MN、高 NGL 气适应性更强
- 系统相对简单
- 对气质波动更宽容
- 前置处理系统capex只有前一种方案1/5~1/8（具体取决于处理深度与现场条件）
适用场景：
- 高 NGL、MN 偏低的伴生气
- 寒冷地区
- 气质波动大、前处理能力受限的项目
五、结论和建议
综合上述分析，可得出以下工程级结论：
- 1）Wobbe Index 决定的是燃烧器层面的能量匹配与功率稳定性，而 Methane Number 决定的是内燃机是否存在不可接受的爆震风险。高 NGL 伴生气往往呈现出“Wobbe 看似合格、但 MN 极低”的特征，对高效率稀燃内燃机（目前主流商业机型都属于这种）构成结构性安全隐患。
- 2）在加拿大等寒冷地区，低环境温度将显著放大烃露点问题，使燃料气在调压、输送过程中发生二次凝析，导致含液量急剧增加、燃料品质高度不稳定。
该问题对内燃机尤为致命，因此建议在燃料气进气管线设置可靠的加热与保温措施，确保即使在冬季最不利工况下，进入机组前的燃料气温度仍稳定维持在 15 °C 以上。
该措施是防止调压后温降与环境降温叠加导致二次凝析的关键工程手段，应作为燃料气系统的基础配置，而非可选项。 - 3）硫化氢（H₂S）应视为“零容忍”杂质。即使在低浓度条件下，H₂S 也会对内燃机与燃气轮机的燃料系统、燃烧部件及下游排气系统造成快速腐蚀与不可逆损伤，显著缩短设备寿命，并带来严重的运维与安全风险。任何伴生气发电方案，均应在燃料进入机组前确保 H₂S 被彻底去除。
- 4）在工程路径选择上，伴生气发电项目通常面临两种可行路线：
- 深度脱除 NGL，提高 MN，配合燃气内燃机，实现高效率运行；
- 仅进行必要的气液分离与露点控制，选用对 MN 不敏感的燃气轮机，以换取系统稳定性与适应性。
最终，机组选型的本质不是“选哪台设备”，而是“接受哪一类燃料气工程属性”，并围绕这一属性构建完整、可控、全年稳定运行的燃料气处理与供气体系。
Leave a Reply