＊劉 真

（中石化石油工程設(shè)計有限公司 山東 257026）

原油穩(wěn)定是油田油氣處理系統(tǒng)的重要工藝環(huán)節(jié)，穩(wěn)定工藝主要有負壓閃蒸穩(wěn)定、加熱閃蒸穩(wěn)定和分餾穩(wěn)定[1-3]，其中，負壓閃蒸穩(wěn)定是油田采用的主要原油穩(wěn)定方式。據(jù)統(tǒng)計，我國各油田已建的原油穩(wěn)定裝置80%左右采用負壓穩(wěn)定工藝[4]。隨著油田開發(fā)進入高含水期后，產(chǎn)油量逐步下降，閃蒸氣量減少，負壓穩(wěn)定系統(tǒng)高耗低效運行的狀態(tài)愈發(fā)嚴重，而穩(wěn)定裝置的拔出率是影響原油穩(wěn)定工藝效率與能耗的關(guān)鍵因素。拔出率也稱汽化率或氣相產(chǎn)品收率，為穩(wěn)定塔氣相流量（摩爾流量或質(zhì)量流量）與進料流量之比[3]。凈化原油進入穩(wěn)定塔進行負壓穩(wěn)定操作，穩(wěn)定塔的操作壓力、操作溫度以及進塔原油含水率均對拔出率起著關(guān)鍵作用。本文基于HYSYS軟件，數(shù)值優(yōu)選負壓穩(wěn)定系統(tǒng)的操作溫度、壓力以及進塔原油含水率，分析穩(wěn)定塔塔頂流出氣體和塔底流出穩(wěn)定原油的組分及組成，使穩(wěn)定系統(tǒng)優(yōu)化運行，以提高油氣處理系統(tǒng)效率、降低能耗。

1.原油負壓穩(wěn)定工藝過程概述

原油負壓穩(wěn)定的目的是降低原油的飽和蒸氣壓，以降低原油在儲存及輸送過程中的油氣損耗[5]。圖1是某油田聯(lián)合站原油負壓穩(wěn)定工藝流程。經(jīng)脫水處理后的凈化原油，進入負壓穩(wěn)定塔進行閃蒸穩(wěn)定分離，易揮發(fā)組分在負壓下析出進入氣相并從塔頂流出，經(jīng)負壓壓縮機增壓再經(jīng)冷凝器冷卻至40℃，流入三相分離器，重力分離成不凝氣、粗輕油并脫出水，塔底流出的穩(wěn)定原油進入儲罐，經(jīng)外輸泵增壓后外輸。

圖1 原油負壓穩(wěn)定工藝流程

2.負壓穩(wěn)定工藝的數(shù)值模型

本文研究的對象為某油田聯(lián)合站的負壓穩(wěn)定系統(tǒng)。已知凈化原油流量為1134.5m3/d。取體積含水率為0.5%、1.0%、1.5%的凈化原油，在操作壓力變化范圍40～70kPa、操作溫度變化范圍55～80℃條件下進行穩(wěn)定裝置拔出率的影響規(guī)律分析，進而獲得負壓穩(wěn)定裝置的優(yōu)化工藝參數(shù)。凈化原油組分及組成如表1所示。建立HYSYS數(shù)值模擬模型見圖2。

表1 穩(wěn)定前凈化原油組分及組成

圖2 負壓閃蒸穩(wěn)定工藝的HYSYS模型（已輸入數(shù)據(jù)）

3.結(jié)果討論與分析

(1)拔出率隨壓力-含水率變化特性

由氣液相平衡原理可知[3]，原油穩(wěn)定塔操作壓力越低，氣相中輕烴組分的分壓越小，則原油中的輕組分越容易被拔出來。但是在不同的溫度下，將呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律（見圖3）。

圖3 拔出率-壓力-含水率關(guān)系曲線

從圖3可以看出：穩(wěn)定溫度低于70℃時，拔出率隨含水率的變化不敏感，隨含水率的增加略呈下降趨勢，隨著壓力的升高，拔出率下降的幅度明顯減小，從40kPa上升到45kPa，拔出率最大下降幅度約為0.76%，而從65kPa到70kPa，最小下降幅度約為0.11%；當溫度大于等于70℃且壓力低于60kPa時，拔出率隨含水率增大的變化較為明顯，低于50kPa時，幾乎呈線性關(guān)系變化。由此可見：在較高的溫度和較低的壓力下，原油含水率對拔出率影響較大。

(2)拔出率-溫度-含水率變化

分析發(fā)現(xiàn)，拔出率在溫度區(qū)間60～70℃變化比較敏感。同理，溫度越高，液體表層分子運動越劇烈，越容易能夠克服分子引力而逃逸出來，并攜帶其它組分一起進入氣相中。但是在不同的壓力下，也呈現(xiàn)不同的規(guī)律，如圖4所示。

圖4 拔出率-溫度-含水率關(guān)系曲線

從圖4可見，壓力為40kPa時，65℃是一個轉(zhuǎn)變溫度，在大于65℃時，拔出率隨溫度幾乎呈線性遞增，且含水率越高，增幅越明顯；50kPa時是一個過渡，65℃是一個關(guān)鍵的臨界溫度，高于此溫度和低于此溫度，拔出率隨含水率呈截然相反的變化趨勢，在低于65℃時，拔出率隨含水率的增加反而遞減；在60kPa時，曲線趨近于水平，但拔出率隨溫度的增加而增幅逐漸增大，最大增幅達0.3%。

(3)拔出率-壓力-溫度變化

在一定的原油含水率下，溫度和壓力是影響拔出率的兩個最主要的因素。但含水率不同，變化規(guī)律也是不一樣，如圖5所示。

圖5 拔出率-壓力-溫度關(guān)系曲線

從圖5可以看出，在相同的含水率和溫度下，拔出率隨壓力的升高而降低，且降低的幅度逐漸減??；在相同的含水率和壓力下，拔出率隨溫度的升高而升高，但升高的幅度先急劇增加后逐漸減小趨近于常數(shù)，約為0.5%；在不同的含水率下，曲線都存在畸形變化區(qū)域，即為溫度敏感區(qū)間和壓力敏感區(qū)間，且隨著含水率的增加，溫度敏感區(qū)間對應(yīng)的溫度增大，壓力敏感區(qū)間對應(yīng)的壓力降低。

(4)拔出氣體組分分析

拔出氣體的組分除了含輕烴以外，還含有水和重?zé)N。若拔出率的增加僅僅是因為水和重?zé)N的增加造成的，這樣是得不償失的，因此需要分析拔出氣體的組分變化趨勢。不同含水率下原油負壓穩(wěn)定過程拔出組分分析見圖6，圖中，m1、m2、m3、m4分別為拔出組分總質(zhì)量增加量、水組分質(zhì)量增加量、重組分質(zhì)量增加量、輕組分質(zhì)量增加量，且m1=m2+m3+m4。

圖6 拔出組分質(zhì)量分析曲線

從圖6（a）中可以看出，在含水率為0.5%，壓力一定時，質(zhì)量增加量的峰值幾乎在同一溫度區(qū)間同時出現(xiàn)，且在峰值出現(xiàn)之前，m4＞m3，在峰值之后，m4＜m3，說明在高溫度區(qū)間，重組分被拔出來的質(zhì)量增加快過輕組分；隨著壓力的增大，峰值對應(yīng)的溫度區(qū)間明顯向高溫區(qū)移動，由50kPa時對應(yīng)的峰值溫度區(qū)間60～65℃上升到70kPa時的70～75℃。其他含水率下拔出組分質(zhì)量增加量也有類似的規(guī)律，如圖6（b）、圖6（c）所示。

圖6（b）中，除了有類似圖6（a）中的峰值規(guī)律外，水組分和重?zé)N組分質(zhì)量增加量稍微超越了輕組分，且水組分質(zhì)量增加量比較明顯，這是由于原油中含水率增加的緣故。

同樣的，圖6（c）中峰值也有像圖6（a）中的類似變化規(guī)律，水組分質(zhì)量增加更加明顯，幾乎超越重組分質(zhì)量增量而躍居第二位；輕組分質(zhì)量增量隨壓力增加變化不再明顯，低值在給定溫度區(qū)間里消失了。

(5)穩(wěn)定原油含水率分析

負壓穩(wěn)定過程中水分的逸出有助于輕烴的拔出，同時對穩(wěn)定后原油含水率也帶來了相應(yīng)的影響。由表2可以看出，隨著溫度的升高和穩(wěn)定壓力的降低，穩(wěn)定后原油的含水率均降低；進塔凈化原油含水率為1.0%時，在50～70kPa的負壓原油穩(wěn)定壓力范圍內(nèi)，當穩(wěn)定溫度高于75℃時，穩(wěn)定后原油的體積含水率均小于0.5%，特別是溫度80℃時，該項指標已遠低于0.1%。此規(guī)律表明：穩(wěn)定上游的原油脫水環(huán)節(jié)可適當放寬凈化原油的含水率處理指標至1.0%～1.5%，經(jīng)原油穩(wěn)定處理后，穩(wěn)定原油的含水率仍可滿足商品原油含水率的要求。

表2 穩(wěn)定原油體積含水率變化

4.結(jié)論

通過分析原油的含水率、穩(wěn)定操作溫度和壓力對拔出率的影響規(guī)律，以及拔出各組分質(zhì)量增量峰值隨含水率和壓力的變化規(guī)律，一定程度上指導(dǎo)原油負壓穩(wěn)定系統(tǒng)優(yōu)化運行，提高輕烴的回收率。同時也指出，當原油含水率在1.0%左右進穩(wěn)定塔時，由于水的攜帶和水蒸氣的沖稀作用，對輕烴的回收是有利的。適當提高凈化原油含水率，經(jīng)穩(wěn)定裝置后可保證穩(wěn)定原油的體積含水率滿足商品原油的含水率要求。