负压原油稳定装置设计

1.引言
新疆油田公司采油二厂联合站位于距克拉玛依市区约40～50km处,原油稳定装置始建于1989年,是一处理能力为200×104t/a的负压原油稳定装置,站内建有完善的辅助配套系统和设施。

随着原装置长时间运行,装置中设备已严重老化,设施严重损坏,旧装置已无法继续使用和运行。

采油二厂决定在所建的原油稳定装置的基础上,拆除旧装置,重新设计1套处理规模为200×104t/a的原油稳定新装置。

2.设计基础数据
2.1 处理规模
设计处理规模200×104t/a;弹性范围160～240×104t/a。

2.2 原油物性
原油取样分析化验结果见表1和天然气组分表见表2。

2.3 进装置的原料原油组成
根据上述原油物性、原油来料温度70℃、压力390kPa等数据,通过采用HYSYS软件计算,得到进装置的原油的综合组分见表3。

2.4 界区边界条件及产品要求
原油进装置温度70℃,压力390kPa;稳定后的原油出装置温度69.74℃,压力60kPa,保证在最高储存温度下的饱和蒸汽压的设计值不超过当地大气压的0.7倍;回收的混合轻烃温度40～50℃,压力390kPa,产品质量符合《稳定轻烃》GB9053-1998标准;装置脱出的气体温度40～50℃,压力为390kPa,进入站内已建低压燃气管网;装置产生的含油污水温度40～50℃,压力390kPa,进入油区污水处理系统。

2.5 年开工时间
装置设计年正常运行开工时间为8000h,其余时间为检修期。

3.原油稳定工艺方法与参数的选择
3.1 工艺方法的选择
前国内外采用的原油稳定方法较多,但基本可归纳为两大类。

一类为闪蒸法,如负压稳定,加热稳定等;另一类为分馏法,如分馏稳定,提馏稳定等。

闪蒸法和分馏法都是利用原油中轻重组分挥发度的不同实现从原油中脱除C1～C4等轻烃,从而降低原油蒸汽压,达到稳定的目的。

前者属单级平衡闪蒸过程,故只能使轻重组分达到较低程度的分离;后者为精馏过程,可以使轻重组分达到一定程度的分离。

具体采用何种工艺是由未稳定原油的性质决定的,主要是看原油中轻组分C1～C4的含量的多少,从表3可以计算出原油中C1～C4轻组分的含量为0.124%(质),根据《原油稳定设计规范》SY/T 0069-2008 :“原油中轻组分C1～C4的含量在2%(质)以下宜采用负压稳定工艺;原油中轻组分C1～C4的含量大于2%(质)时可采用正压稳定工艺”。

因此采用负压稳定工艺。

负压稳定法按工艺过程可分为等温闪蒸与绝热(等焓)闪蒸。

为了节能降耗,本工程采用等温闪蒸。

3.2 工艺参数的选择
负压稳定工艺关键就是如何确定温度和真空度。

这主要取决于稳定深度、原油轻烃组分含量等因素,需根据工艺计算、方案对比进行优选,既要考虑油田整体
的大效益又要考虑采油厂的小利益,为了兼顾两者,在达到预期稳定效果的同时,设计时应根据确定的真空度,通过控制稳定以后原油的密度变化,计算出合理的稳定温度。

原油稳定的深度是指从未稳定原油中拔出多少挥发最强的轻组份(C1～C4),拔出的越多稳定深度越高。

原油稳定的深度是影响稳定原油质量与收率的关键,通常用最高贮存温度下原油的饱和蒸汽压来衡量。

根据《原油稳定设计规范》SY/T 0069-2008与《油气集输设计规范》GB50350-2005中规定:“稳定原油在最高储存温度下的饱和蒸汽压的设计值不宜超过当地大气压的0.7倍”。

因此,确定本工程塔顶操作压力60kPa(绝)。

通过计算稳定后原油的密度随着温度提升逐渐增大,原油等级逐渐降低。

稳定前原油属轻质原油,稳定后原油的密度也应控制在轻质原油等级的范围之内,使之原油的等级不降低。

已建电脱器出口温度为70～80℃,经综合考虑,确定原油稳定塔的操作温度为70℃。

4.工艺流程和装置特点
4.1 工艺流程
站外来油200×104t/a,气量1.08×106Nm3/d,经过油气分离,分离出来的气去气体处理厂处理,分离出来的油经提升泵提升到加热炉内加热到70℃,再经电脱进行油水分离,分离出来的不稳定原油199.52×104t/a,压力为390kPa(绝),进原油稳定塔,塔顶操作压力60kPa(绝),操作温度70℃,进入原油稳定塔的上部,进行油、气分离。

塔顶用负压压缩机抽气,为了防止压缩机人口带大量的液,在进入压缩机之前,首先进入1#冷却器冷却至40℃左右,大量的轻烃被冷凝下来,再进入1#分离器气液分离。

分离出来的气进入压缩机,压缩后的气经出口分两路:一路作为压缩机的回流返回到1#冷却器人口,以保证压缩机的入口压力和出口压力流量恒定;另一路去2#冷却器冷却到40℃左右,使部分轻烃、水冷凝下来,进入2#分离器分离。

分离出来的气经计量后进入站内已建低压燃气管网。

分离器分离出来的轻烃进入缓冲罐,经计量后,通过自压(或泵抽)至轻烃罐,再通过装车外运;缓冲罐出来的气进入站内已建低压燃气管网。

塔底分离出来的稳定原油,温度69.74℃(饱和蒸汽压为61.60kPa),靠位差直接进入原油储罐,或者直接用外输油泵外输。

4.2 装置特点
4.2.1平面布置特点
流程顺畅,布置紧凑、美观、大方、占地面积少、安全。

4.2.2 工艺流程简捷
本装置主要设备只有1具塔、2台缠绕式换热器、2台分离器、2台压缩机、4台轻烃泵;且设备都数量少,体积较小。

4.2.3 自动化水平高
可以实现远传终端控制,且仪表耐用、准确。

4.3 主要工艺设备
4.3.1 负压压缩机
负压原油稳定的关键设备是负压压缩机。

目前可供选择的压缩机有三种:螺杆式压缩机,活塞式压缩机和离心式压缩机。

由于活塞式压缩机连续运转时间短,
需设置备用机,并且不允许气体带液,一般不推荐使用。

离心式压缩机进口也不允许气体带液,而且当排量降低时还会发生喘振现象,必须设回流调节,浪费电能,操作复杂,一般用于排量比较大的场合。

螺杆式压缩机允许气体带少量液体,要求气体不含固体杂质。

喷液螺杆压缩机,工艺流程简单,操作也比较简单,一般是负压原油稳定装置的优先选用设备。

本工程采用的喷液式螺杆压缩机,排气量15Nm3/min。

吸入压力50～60kPa,排出压力400kPa,电机功率120kW ,驱动方式:直联。

4.3.2 原油稳定塔
负压原油稳定装置的另一个关键设备是原油稳定塔。

它的设计直接关系到装置的实际收率是否能达到或接近理论计算收率。

因此在结构设计时应给予足够的重视。

一般应根据原油的性质、起泡程度,消泡时间以及处理量来确定闪蒸面积和停留时间。

目前比较常用的有立式和卧式两种。

立式原油稳定器内设4～10块塔板,原油从塔板的筛孔中流下时将气体闪蒸出来。

卧式原油稳定器内设一定面积的分散板,原油流经分散板将气体闪蒸出来。

由于立式稳定器占地面积小,安装、操作方便,所以国内各油田采用较多。

本工程采用的是立式塔,操作压力:60kPa(绝),操作温度:70℃,规格:φ3000mm×34000mm。

5.经济效益
原油处理量200×104t/a。

回收混合轻烃约9480t/a,售价按4800元/t,回收不凝气约3.13×106 Nm3/a,售价按0.585元/Nm3,每年按333天计,则每年的产值收入约4733.70万元,装置的总投资约800～1000万元,其经济益显而易见。

同时也达到了降低蒸发损耗,减少环境污染,保证原油安全储运的目的。

6.结束语
石油自地下采出后,大量的伴生气虽已在井口及联合站的集油装置中分离出,但由于气液相间平衡关系,仍然有一部分轻组份留在原油中,使原油的蒸汽压升高。

所谓原油稳定就是采用一定的工艺方法把轻组份(主要是C1～C5轻烃)从原油中脱出来的过程,实质上也就是降低原油蒸汽压的过程。

其意义是:
[1]降低蒸发损耗,减少输送与储存过程时的损失;
[2]回收轻烃及不凝气,提高油田经济效益;
[3]因降低了原油的饱和蒸汽压,可以减少输送过程中由于轻组份汽化而造成的困难,降低管线流动阻力,节约加热能量,也延长了输送泵的使用寿命;
[4]减少环境污染,保证原油安全储运。

由此可见,采油二厂原油稳定装置的工艺流程简捷、安全可靠,切合实际,投资少、见效快,有良好的经济效益,可供今后类似工程借鉴参考。

◆
参考文献:
[1]李虞庚主编《油田地面工程设计手册》第二册北京:石油大学出版社,1995
[2]《原油稳定设计规范》SY/T 0069-2008北京:石油工业出版社,2008
[3]《油气集输设计规范》GB50350-2005 北京:中国计划出版社,2005。