張子波，胡文杰，梁金鶯，徐敏航，彭建君

中海油研究總院，北京100028

潿洲終端原油負(fù)壓閃蒸工藝溫度及含水敏感性分析

張子波，胡文杰，梁金鶯，徐敏航，彭建君

中海油研究總院，北京100028

潿洲終端負(fù)壓閃蒸原油穩(wěn)定系統(tǒng)中的負(fù)壓壓縮機(jī)運(yùn)行在其排量范圍的上限，原油的閃蒸溫度和含水顯著影響塔頂氣量。通過大量計算，分析了潿洲終端負(fù)壓閃蒸工藝對溫度的敏感性，塔頂氣量增大過程中臨界點(diǎn)的出現(xiàn)印證了含水對塔頂氣量的影響，同時溫度和含水率也顯著影響了塔底原油質(zhì)量。對溫度影響曲線進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)溫度敏感性與溫度為線性關(guān)系，含水率影響該直線的斜率。提出了利用控制脫水深度來控制塔頂氣量的方法。

原油穩(wěn)定；負(fù)壓閃蒸；壓縮機(jī)；敏感性

隨著潿洲12-8W/6-12油田的開發(fā)，潿洲終端在2011年進(jìn)行了改造設(shè)計，新增一套原油負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定裝置。因負(fù)壓閃蒸需要的溫度低[1]，終端原油進(jìn)站溫度主要依賴海底管道輸送溫度。潿洲12-2、11-4N油田開發(fā)后，進(jìn)終端油量將進(jìn)一步增大，同時實際生產(chǎn)進(jìn)站組分也有所變化。在上岸油量最大的年份負(fù)壓壓縮機(jī)運(yùn)行在其排量范圍的上限[2]，溫度的波動、含水變化等因素很容易導(dǎo)致氣量超出壓縮機(jī)排量范圍，因此有必要對負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定工藝進(jìn)行敏感性分析。

1 潿洲終端負(fù)壓閃蒸工藝

脫水合格原油[3]進(jìn)站后，先進(jìn)入進(jìn)料緩沖罐緩沖，然后進(jìn)入負(fù)壓閃蒸塔進(jìn)行閃蒸穩(wěn)定，塔底原油經(jīng)泵增壓后，輸至原油儲罐儲存。塔頂氣經(jīng)負(fù)壓螺桿壓縮機(jī)增壓，空冷器和冷凝器冷卻后，進(jìn)入分離器進(jìn)行油、氣、水三相分離，分離出的氣相經(jīng)未凝氣壓縮機(jī)增壓后進(jìn)入輕烴回收裝置進(jìn)行輕烴回收，液烴經(jīng)輕烴泵提升后進(jìn)入輕烴處理系統(tǒng)，分離出的污水去污水處理裝置。負(fù)壓閃蒸工藝流程如圖1所示。

2 溫度敏感性

原油組分采用潿洲12-2油田基本設(shè)計項目中進(jìn)終端的原油組分，C1～C4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.78%，含水率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.56%，原油流量為12 590 m3/d。

2.1 溫度對工藝的影響分析

操作壓力分別定為50、60、70 kPa，操作溫度范圍定為40～80℃，計算結(jié)果如圖2所示。

圖1 負(fù)壓閃蒸工藝流程示意

圖2 負(fù)壓閃蒸塔操作溫度與塔頂氣流量以及穩(wěn)后原油55℃飽和蒸汽壓的關(guān)系

從圖2可以看出，隨著負(fù)壓閃蒸塔操作溫度的升高，塔頂氣量逐步增大。起初塔頂氣量增大的速度隨著溫度升高而加快，當(dāng)溫度增大到某個點(diǎn)時增速趨于平緩。隨著閃蒸塔溫度升高，穩(wěn)后原油55℃飽和蒸汽壓不斷降低，當(dāng)降低到某點(diǎn)后，以一個更小的速率降低。為了更好地研究出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因，以70kPa的操作壓力條件為例，考察在這個溫度變化的過程中，穩(wěn)后原油組分的變化情況，計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 負(fù)壓閃蒸塔操作溫度與穩(wěn)定原油組分摩爾流量的關(guān)系

由圖3可以看出，穩(wěn)定原油中各組分摩爾流量減小的速度隨著溫度升高而加快，當(dāng)溫度增大到某個點(diǎn)時速度趨于平緩。穩(wěn)定原油中的水含量下降速度隨溫度升高越來越快，約73℃時，含水率已經(jīng)幾乎為零，因此在圖中73℃時出現(xiàn)了一個拐點(diǎn)。但其他組分在73℃時含量并未降到零，卻也在73℃時出現(xiàn)了拐點(diǎn)。這個拐點(diǎn)的出現(xiàn)是由于水蒸氣出現(xiàn)拐點(diǎn)導(dǎo)致的。在未達(dá)到73℃時，水蒸氣持續(xù)蒸出，蒸出的水蒸氣有效降低了油蒸汽中各組分的分壓，所以利于油蒸汽的蒸出，到達(dá)73℃時，水蒸氣近似全部蒸出，不能進(jìn)一步分擔(dān)油蒸汽的分壓，因此油蒸汽的蒸出速率明顯放緩，出現(xiàn)拐點(diǎn)。也就是說，水蒸氣的存在，促進(jìn)了原油穩(wěn)定過程。

為了證實這一點(diǎn)，將原油中的水完全拔除，與之前未拔除水的結(jié)果對比。

圖4 原油含水與不含水的對比

由圖4可以看出拔除水后拐點(diǎn)消失，印證了上述“其他組分拐點(diǎn)的出現(xiàn)是水蒸氣拐點(diǎn)的出現(xiàn)所致”。未拔除水時塔頂氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于拔除水后的塔頂氣量，其中有很大一部分是水蒸氣，減掉這部分水蒸氣的體積后結(jié)果見圖4淺藍(lán)色線，仍然大于深藍(lán)色線不含水工況的塔頂氣，多出的這部分，就是水蒸氣對輕組分蒸出的促進(jìn)作用，印證了之前的結(jié)論。55℃飽和蒸汽壓曲線出現(xiàn)了交叉。溫度較低時，水蒸氣蒸出量少，原油中水的存在致使原油55℃飽和蒸汽壓高于不含水原油。當(dāng)溫度上升到一定程度時，水蒸氣的蒸出量大，水蒸氣多帶出了一部分較輕組分，此時多帶出的這部分輕組分對于55℃飽和蒸汽壓的降低起了重要的作用，所以含水原油55℃飽和蒸汽壓低于不含水原油。

2.2 溫度敏感性定量分析

為分析溫度波動對塔頂氣量的影響，將圖4中兩條塔頂氣量曲線擬合，擬合結(jié)果如下：

含水工況：

不含水工況：

式中：t為負(fù)壓閃蒸塔操作溫度，℃；Q1和Q2分別為含水工況和不含水工況下塔頂氣量，m3/h。

為討論溫度敏感度，對上述兩式求導(dǎo)，得

從結(jié)果可以看出，在不同的溫度下，溫度波動對塔頂氣量的影響是不一樣的。隨著溫度的升高，溫度敏感性不斷增大，溫度和單位溫度變化產(chǎn)生的氣量變化呈線性關(guān)系。

原油中的水對于溫度影響敏感性較大，不同的水量將直接影響上述溫度-溫度敏感性直線的斜率。

以潿洲12-2油田基本設(shè)計項目2015年數(shù)據(jù)為例，上岸原油溫度約64℃，代入式（3），得Q1′=274.9 m3/h，即在64℃時，如果閃蒸溫度波動1℃，塔頂氣量將波動274 m3/h，潿洲終端采用的壓縮機(jī)在-70 kPa下的排量為255～2 550 m3/h，可知，在這樣的操作條件下，溫度的波動影響是顯著的，可能直接影響到塔頂氣量是否處于壓縮機(jī)排量范圍內(nèi)。

3 含水率影響分析

負(fù)壓操作條件下乳化水很難參與相平衡，但是在工藝模擬計算塔頂氣量時，尤其是負(fù)壓壓縮機(jī)處在排量上界時，不能不考慮含水的影響。

為了分析含水率對塔頂氣的影響，操作壓力取70 kPa，操作溫度分別取60、70、80℃，改變原油的含水率，計算結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同溫度下原油含水率與塔頂氣流量的關(guān)系

由圖5可以看出，不同的操作溫度下，含水率對塔頂氣量的影響很大，溫度越高，能夠影響塔頂氣量的含水率范圍越大。例如在70℃的操作溫度下，想要通過控制脫水深度來控制塔頂氣量，需要將脫水深度控制在0.4%以下，而80℃時含水率在0.77%時就已經(jīng)可以影響到塔頂氣量的大小。

4 結(jié)論

（1）水的存在顯著影響負(fù)壓閃蒸過程，分擔(dān)原油中輕組分的蒸汽壓，增大原油中輕組分的蒸出量，促進(jìn)輕油回收。

（2）水的存在對穩(wěn)定原油55℃蒸汽壓的影響隨溫度的不同而不同。

（3）負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定工藝中，溫度的敏感性隨著操作溫度的增加而增大，二者呈線性關(guān)系。水的存在顯著影響上述直線的斜率。

（4）如果負(fù)壓閃蒸裝置中負(fù)壓壓縮機(jī)運(yùn)行在排量的上限，在操作溫度以及當(dāng)前含水率合適的情況下，可以通過適當(dāng)增大上游脫水流程的脫水深度，來使負(fù)壓壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況得到改善。

（5）如果需要保證輕油的回收率，或者負(fù)壓壓縮機(jī)運(yùn)行在排量的下限，技術(shù)允許的情況下，可以適當(dāng)降低上游流程的脫水深度，充分利用水蒸氣對閃蒸過程的促進(jìn)作用。

[1]羊東明，孟凡彬.塔河油田原油穩(wěn)定的負(fù)壓閃蒸工藝[J].油氣田地面工程，2000，19（2）：23-24.

[2]劉秀林.往復(fù)式壓縮機(jī)工藝管道的布置及防振措施[J].石油工程建設(shè)，2009，35（2）：19-22.

[3]李朝陽，馬貴陽.原油脫水技術(shù)數(shù)值研究 [J].天然氣與石油，2011，29（5）：68-71.

[4]SY/T0069-2008，原油穩(wěn)定設(shè)計規(guī)范[S].

Sensitivity analysis of temperature and water content for vacuum flash evaporation process in Weizhou Terminal

ZHANG Zibo，HU Wenjie，LIANG Jinying，XU Minhang，PENG Jianjun
CNOOC Research Institute，Beijing 100028，China

The negative pressure compressor in crude oil vacuum flash evaporation stabilizing system of Weizhou Terminal runs in the upper limit of displacement range.The gas flow at the tower top is significantly influenced by the flash temperature and water content of oil.Massive calculations are done to analyze the sensitivity of temperature and water content.There is a turning point of gas flow，which confirms the influence of water content on gas flow.Temperature and water content affect obviously the quality of oil at the tower bottom as well.It is found by the temperature curve fitting that the sensitivity of temperature is linearly proportional to temperature,and water content influences the slope of the fitted straight line.The method is proposed to controlthe gas flow by controlling the depth of dehydration.

crude oilstabilization；vacuum flash evaporation；compressor；sensitivity

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.010

張子波（1985-），男，山東東營人，工程師，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣儲運(yùn)工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事油氣處理工藝設(shè)計和研究工作。Email：zhangzb3@cnooc.com.cn

2017-06-10