(1.中石化中原油田采油二廠，河南濮陽(yáng)，457001；2.中石化中原油田普光分公司天然氣凈化廠，四川達(dá)州，636156)

負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

姚紅芳1李濤1孟慶山2

(1.中石化中原油田采油二廠，河南濮陽(yáng)，457001；2.中石化中原油田普光分公司天然氣凈化廠，四川達(dá)州，636156)

主要研究了負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝技術(shù)，針對(duì)當(dāng)前負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝負(fù)壓螺桿壓縮機(jī)使用壽命低、工藝能耗高、低溫分離易凍堵等問題，通過Hysys工藝模擬，對(duì)負(fù)壓原油穩(wěn)定老舊工藝進(jìn)行改造優(yōu)化，研究一種節(jié)能型負(fù)壓原油穩(wěn)定新工藝，并將研究成果應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。新工藝實(shí)施后，從根本上消除了壓縮機(jī)組潤(rùn)滑油乳化變質(zhì)的問題，提高壓縮機(jī)使用壽命；穩(wěn)定塔塔頂氣經(jīng)冷凝分離后，氣質(zhì)組分變貧，相應(yīng)壓縮機(jī)負(fù)荷降低，總功率降低，工藝節(jié)能率20%左右。

負(fù)壓 原油穩(wěn)定 節(jié)能型 低溫分離 螺桿壓縮機(jī)

1 引言

原油穩(wěn)定工藝是實(shí)現(xiàn)油氣密閉集輸、降低原油蒸發(fā)損耗、減少油氣損失的重要措施。原油穩(wěn)定工藝的目的是將原油中C1-C5 輕組分脫除出來，減少在輸送與儲(chǔ)運(yùn)過程中的損失。目前主要原油穩(wěn)定方法有負(fù)壓分離穩(wěn)定法、加熱閃蒸穩(wěn)定法、分餾穩(wěn)定法，其中負(fù)壓分離原油穩(wěn)定方法被廣泛應(yīng)用于C1-C4含量<2%(重)的原油處理工藝中。

2 原油穩(wěn)定方法與評(píng)價(jià)

2.1 負(fù)壓穩(wěn)定法

又稱負(fù)壓閃蒸法，是指原油經(jīng)油氣分離和脫鹽脫水后，再進(jìn)入原油穩(wěn)定器，在負(fù)壓條件下(-0.05MPa左右)進(jìn)行閃蒸，脫出揮發(fā)性輕烴，從而使原油達(dá)到穩(wěn)定的方法，按工藝分為等溫閃蒸與絕熱等焓閃蒸。負(fù)壓原油穩(wěn)定輕烴回收工藝可分為兩個(gè)過程，一是原油在穩(wěn)定塔中的一次平衡汽化過程，二是抽出油氣在冷凝器中的一次平衡冷凝過程[1]。

負(fù)壓穩(wěn)定法適用于含輕烴較少的原油，一般當(dāng)每噸原油脫氣量在5m3左右時(shí)采用此法，本法穩(wěn)定質(zhì)量與加熱閃蒸法相同，介于多級(jí)分離穩(wěn)定法和分離穩(wěn)定法之間。

2.2 加熱閃蒸穩(wěn)定法

加熱蒸餾將原油中的輕組分蒸去，降低原油的蒸氣壓，優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定深度較負(fù)壓閃蒸大，但是由于操作溫度較高，易產(chǎn)生析鹽、結(jié)垢和腐蝕等現(xiàn)象。此工藝會(huì)使原油中重組分過多從塔頂蒸出，對(duì)原油品質(zhì)影響較大，此工藝目前應(yīng)用較少[2]。本法應(yīng)用于低壓下開采的油田，在原油需要較高的溫度進(jìn)行熱處理來降低粘度和凝固點(diǎn)時(shí)，則一次加熱可以滿足原油穩(wěn)定所需的溫度。原油穩(wěn)定不需要另外加熱時(shí)，采用加熱閃蒸最合理。該法穩(wěn)定質(zhì)量低于分餾閃蒸法，高于多級(jí)分離穩(wěn)定法。

2.3 分餾穩(wěn)定法

分餾穩(wěn)定法就是經(jīng)油氣分離、脫水后的原油通過分餾塔按精餾原理使輕重組分分離的工業(yè)過程。利用精餾原理對(duì)凈化原油進(jìn)行穩(wěn)定處理。優(yōu)點(diǎn)是能比較徹底地拔出原油中的甲烷、乙烷，少拔出重組分，穩(wěn)定深度高，穩(wěn)定質(zhì)量好。缺點(diǎn)是設(shè)備多，流程復(fù)雜，能耗大，對(duì)設(shè)備過程的操作要求較嚴(yán)格，適合于穩(wěn)定深度較高的場(chǎng)合[3]。

按操作壓力分為常壓分餾和壓力分餾兩種方法。常壓分餾操作壓力為常壓-50kPa，適用于密度較大的原油，壓力分餾法的操作壓力在50-100kPa之間適用于密度較小的原油。

分餾穩(wěn)定法適用于含輕烴較多的原油，當(dāng)每噸原油脫氣量達(dá)10m3或以上時(shí)，采用本法，該法結(jié)合原油脫水或熱處理加熱，節(jié)省能源。

2.4 多級(jí)分離穩(wěn)定法

將原油分若干級(jí)進(jìn)行油氣分離穩(wěn)定，實(shí)質(zhì)上是若干次平衡閃蒸使原油達(dá)到穩(wěn)定，每一級(jí)的油氣達(dá)到平衡狀態(tài)，一般采用3～4級(jí)分離，最多分離級(jí)達(dá)6～7級(jí)，分離的級(jí)數(shù)多，投資就大。

多級(jí)分離穩(wěn)定法適用于高壓下可采的油田，多級(jí)分餾法可以使80%以上的丁烷留在原油中，但仍保留了相當(dāng)數(shù)量的乙烷和丙烷，實(shí)際上原油未完全穩(wěn)定。

2.5 工藝適應(yīng)性與選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與原油介質(zhì)組分，一般C1～C4含量<2.5%(w)，選用負(fù)壓閃蒸原油穩(wěn)定工藝；C1～C4含量>2.5%(w)，并且有足夠的預(yù)熱時(shí)，選用正壓閃蒸或者分餾穩(wěn)定，由于分餾穩(wěn)定需要較高的能耗，一般采用多級(jí)分離穩(wěn)定。

3 負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝與分析

3.1 常規(guī)負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝流程

常規(guī)負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝采用負(fù)壓原油穩(wěn)定塔進(jìn)行負(fù)壓閃蒸，負(fù)壓由負(fù)壓壓縮機(jī)提供，閃蒸汽被抽出后經(jīng)由壓縮機(jī)增壓進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，冷卻后的閃蒸汽經(jīng)分離器分離后，液態(tài)輕烴由分離器底部通過輕烴泵輸送至混合輕烴儲(chǔ)罐，氣相組分則需要進(jìn)一步處理。工藝流程示意圖見圖1。

圖1 常規(guī)負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝流程示意圖

3.2 常規(guī)負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝存在的問題與分析

3.2.1 原油穩(wěn)定負(fù)壓壓縮機(jī)使用壽命短

目前應(yīng)用較多的負(fù)壓原油穩(wěn)定技術(shù)采用負(fù)壓穩(wěn)定塔閃蒸，穩(wěn)定塔頂部閃蒸氣通過負(fù)壓壓縮機(jī)抽出后冷凝分離處理，負(fù)壓是通過負(fù)壓壓縮機(jī)抽真空方式獲得。此工藝原油通過負(fù)壓閃蒸后，氣相組分主要為C1-C5輕烴和少量水蒸汽，含水原油閃蒸汽直接進(jìn)入壓縮機(jī)機(jī)組后會(huì)對(duì)機(jī)組潤(rùn)滑油密封系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。由于負(fù)壓穩(wěn)定工藝多數(shù)選用負(fù)壓螺桿壓縮機(jī)，潤(rùn)滑油采用噴油式方式注入潤(rùn)滑件中給機(jī)組冷卻、潤(rùn)滑、密封，含水輕烴進(jìn)入壓縮機(jī)后，會(huì)對(duì)機(jī)組潤(rùn)滑油造成稀釋、乳化、粘度降低、變質(zhì)，此時(shí)機(jī)組軸封溫度升高，摩擦增大，降低了壓縮機(jī)使用壽命。此工藝壓縮機(jī)使用壽命一般維持在3個(gè)月左右就不得不更換壓縮機(jī)潤(rùn)滑油密封系統(tǒng)或者更換負(fù)壓壓縮機(jī)，造成設(shè)備的浪費(fèi)。

3.2.2 原油穩(wěn)定能耗高

高溫含水原油閃蒸汽未經(jīng)冷卻分離直接進(jìn)入壓縮機(jī)，對(duì)壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)造成破壞的同時(shí)，增大了壓縮機(jī)組的壓縮負(fù)荷。壓縮機(jī)和壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)都在高負(fù)荷情況下工作，造成了系統(tǒng)整體負(fù)荷的提高，故工藝總能耗較高。

3.2.3 原油穩(wěn)定塔液位控制困難

目前原油穩(wěn)定塔原油液位控制設(shè)置較少，主要是由于原油穩(wěn)定塔設(shè)置壓差液位計(jì)等法蘭形式液位計(jì)時(shí)，法蘭與穩(wěn)定塔短接處原油常因低溫造成堵塞，而致使液位計(jì)發(fā)生堵塞，形成假液位。即使有通過優(yōu)化改造所增設(shè)的液位聯(lián)鎖控制也經(jīng)常失靈，無法正常運(yùn)行，而且會(huì)造成一定的破壞，存在一定的安全隱患。比如設(shè)置液位與穩(wěn)定塔塔底原油外輸泵聯(lián)鎖，液位計(jì)出現(xiàn)假液位后會(huì)聯(lián)鎖原油外輸泵，此時(shí)實(shí)際液位可能處于低液位情況，外輸泵運(yùn)行則會(huì)將原油穩(wěn)定塔內(nèi)原油抽空；實(shí)際液位處于高液位情況下，而又不會(huì)聯(lián)鎖外輸泵，則會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定塔原油冒頂，原油被負(fù)壓壓縮機(jī)抽出，造成后續(xù)工藝堵塞的事故。

4 負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝技術(shù)研究

4.1 節(jié)能型原油穩(wěn)定工藝研究

針對(duì)負(fù)壓原油穩(wěn)定老工藝中能耗高、負(fù)壓壓縮機(jī)潤(rùn)滑油易乳化失效、壓縮機(jī)使用壽命短的特點(diǎn)，新工藝采用“空冷+制冷劑低溫冷卻分離”技術(shù)，成功研究一種節(jié)能型、抗?jié)櫥腿榛冑|(zhì)的負(fù)壓原油穩(wěn)定新工藝。

新工藝在原原油穩(wěn)定工藝基礎(chǔ)上，增加穩(wěn)定塔塔頂氣制冷劑輔助冷凝、分離設(shè)備，通過低溫冷凝、烴水分離等措施，將穩(wěn)定塔閃蒸汽中的輕質(zhì)油、水與輕質(zhì)組分分離，避免了烴水混合液進(jìn)入壓縮機(jī)組，對(duì)機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)產(chǎn)生破壞，從根本上消除了壓縮機(jī)組潤(rùn)滑油乳化變質(zhì)的問題，提高壓縮機(jī)使用壽命；另一方面穩(wěn)定塔塔頂氣經(jīng)冷凝分離后，氣質(zhì)組分變貧，相應(yīng)壓縮機(jī)負(fù)荷降低，總功率降低，可節(jié)能20%左右；儀控部分設(shè)置穩(wěn)定塔液位開關(guān)，與泵和安全設(shè)施進(jìn)行聯(lián)鎖，液位開關(guān)解決了液位計(jì)低溫油堵塞問題。工藝流程參照?qǐng)D2。

圖2 負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝流程示意圖

4.2 新工藝技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

4.2.1 抗乳化、防腐蝕提高負(fù)壓壓縮機(jī)使用壽命

本工藝關(guān)鍵技術(shù)是穩(wěn)定塔閃蒸汽經(jīng)過兩級(jí)冷卻后溫度控制在12℃左右、水露點(diǎn)為90℃、輕露點(diǎn)小于85℃，在本工藝參數(shù)條件下，可以保證烴水混合液的析出，經(jīng)由低溫分離器后可以將液相分出，氣相進(jìn)入壓縮機(jī)后，避免了烴水液相與壓縮機(jī)潤(rùn)滑油結(jié)合，而造成潤(rùn)滑油乳化、變質(zhì)問題，保護(hù)壓縮機(jī)油封系統(tǒng)，從根本上解決了壓縮機(jī)摩擦損壞問題，同時(shí)避免了壓縮機(jī)內(nèi)部的腐蝕。壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)得到保護(hù)油，壓縮機(jī)不會(huì)再出現(xiàn)嚴(yán)重的摩擦和腐蝕問題，提高了負(fù)壓壓縮機(jī)使用壽命，同時(shí)減少了潤(rùn)滑油的損耗。經(jīng)過此工藝改造后，壓縮機(jī)使用壽命可以延續(xù)到3年。

4.2.2 防低溫凍堵技術(shù)

本工藝的核心技術(shù)是穩(wěn)定塔閃蒸汽冷凝分離，低溫由制冷劑壓縮機(jī)橇提供，可以采用丙烷制冷或者氟利昂制冷工藝，但是并不是溫度越低分離效果越好，由于原油中含水量<5%，經(jīng)過高溫負(fù)壓閃蒸后，一部分水蒸氣跟氣態(tài)烴一起閃蒸出來，此時(shí)如果制冷劑冷凝溫度低于0℃時(shí)，則會(huì)造成低溫?fù)Q熱器的堵塞，堵塞后流程不暢通，則會(huì)造成原油穩(wěn)定塔原油冒頂。經(jīng)工藝模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，低溫分離溫度控制在8～10℃，南方天氣可控制在5℃，北方天氣可適當(dāng)提高，防止冬季低溫凍堵。

4.2.3 液位開關(guān)聯(lián)鎖控制技術(shù)

由于常規(guī)液位計(jì)會(huì)出現(xiàn)原油堵塞造成假液位問題，本工藝采用浮球液位開關(guān)控制技術(shù)，浮球式液位開關(guān)最大的特點(diǎn)是有一個(gè)帶桿的浮球，隨著液位的變化，浮球聯(lián)動(dòng)的桿隨著變化，從而控制開關(guān)的閉合。此控制技術(shù)解決了假液位和堵塞問題，同時(shí)價(jià)格低廉，性價(jià)比高?？刂乒に囋O(shè)置低液位開關(guān)、高液位開關(guān)、高高液位開關(guān)分別與開關(guān)閥和泵聯(lián)鎖，液位開關(guān)設(shè)置兩套，信號(hào)采用二選一，防止液位開關(guān)的損壞。

4.2.4 新型節(jié)能型工藝

原工藝主要能耗在于負(fù)壓壓縮機(jī)和壓縮機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)，改造工藝主要能耗是塔頂冷凝、負(fù)壓壓縮機(jī)、壓縮機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)和增壓泵，通過Hysys工藝模擬，一套處理能力2t/h工藝，在輕烴收率相同情況下，原工藝總能耗Q=Q4+Q5=6.437kW，改造后工藝總能耗Q= Q1+Q2 +Q3+Q-100=5.195kW，節(jié)約能耗1.24kW，節(jié)能19.3%。工藝模擬及數(shù)據(jù)參照?qǐng)D3和圖4以及表1。

圖3 負(fù)壓原油穩(wěn)定Hysys工藝模擬及數(shù)據(jù)

4.2.5 制冷設(shè)備選用

本工藝中關(guān)鍵設(shè)備選型是穩(wěn)定塔閃蒸氣相組分冷卻器選用直通式冷箱，工藝上閃蒸汽采取上進(jìn)下出工藝。一方面工藝垂直進(jìn)料方式避免液體、雜質(zhì)等對(duì)冷箱的堵塞，另一方面冷箱采取直通式、全方位無死角，避免原油等進(jìn)入冷箱造成的堵塞。

圖4 負(fù)壓原油穩(wěn)定Hysys工藝模擬及數(shù)據(jù)

裝置能耗匯總表項(xiàng)目熱量能耗單 位kJ/hkWQ11168e+0043243Q2355609878Q3344109559Q457931609Q51738e+0044828Q?10032270008

5 工程應(yīng)用與實(shí)施效果

本工藝在中原油田采油六廠橋口聯(lián)合站、馬廠聯(lián)合站原油穩(wěn)定工程中應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)效果良好。自裝置2014年投產(chǎn)后，負(fù)壓螺桿壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)3年內(nèi)未出現(xiàn)損壞，負(fù)壓壓縮機(jī)噪音變小，未出現(xiàn)摩擦噪音和液積現(xiàn)象；原油穩(wěn)定塔液位控制良好，出現(xiàn)高液位后能夠迅速啟動(dòng)外輸泵，低液位報(bào)警及連鎖應(yīng)用情況良好；相比原工藝，能耗低，節(jié)能效率高達(dá)19.3%；裝置輕烴收率較高，輕烴收率可以根據(jù)原油組分狀況進(jìn)行調(diào)整(調(diào)整進(jìn)塔溫度)。

6 結(jié)論

通過負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝的研究，開發(fā)出一種節(jié)能型負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝。新工藝技術(shù)從根本上解決了老式負(fù)壓原油穩(wěn)定工藝中負(fù)壓壓縮機(jī)使用壽命短的問題，壓縮機(jī)壽命延長(zhǎng)，維修期增長(zhǎng)；新工藝具有很高的節(jié)能性能，并能提高輕烴回收率；新工藝解決了液位計(jì)假液位和原油堵塞問題，能夠很好地實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制。

[1] 陳飛,等. 應(yīng)用氣提原油穩(wěn)定工藝提高輕烴回收率[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2001,20(4):36-39.

[2] 羊東明,孟,等.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) :23-24,37.

[3] 諸林.影響冷凝分離法輕烴回收液化率的因素及其應(yīng)用[J]．西南石油學(xué)院學(xué)報(bào), 1997,19(1): 85-87.

ResearchandApplicationinNegativePressureCrudeOilStabilization

YaoHongfang1,LiTao1,MengQingshan2

(1.TheSecondOilExtractionPlantinZhongyuanOilfield,Sinopec,Puyang457001,Henan,China; 2.NaturalGasPurificationPlant,PuguanggBranchofZhongyuanOilfieldCompanyy,Sinopec,Dazhou636156 ,Sichuan,China.)

This paper mainly studies the stabilization process technology of negative pressure crude oil. aimed at the problem about crude oil stabilization，Mainly include：Negative pressure screw compressor has low service life、High energy consumption、Cold separation is easy to freeze，So we Through simulation by Hysysy，and The old and old process of negative pressure crude oil was improved and optimized. A new technology of energy saving and negative pressure crude oil is studied, The research results are applied to live production. After the new process is implemented, We find：The problem of emulsion deterioration of compressor is eliminated，Improve service life of compressor，and Stable tower top gas separation after condensation，The composition of the temperament is poor, the corresponding compressor load is reduced, the total power is reduced, the process energy saving is about 20%.

negative pressure; stability of crude oil；fuel-efficient；low temperature separation；screw compressor