原油分餾穩定工藝計算

劉 嘉，肖 婷，李憲昭，李大昌，尚增輝

（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

原油分餾穩定工藝計算

劉 嘉，肖 婷，李憲昭，李大昌，尚增輝

（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

主要對某油田所產原油的分餾穩定工藝進行研究。原油穩定是原油處理過程中一個重要的步驟。通過原油穩定可以有效減少原油中易揮發組分的含量以減輕原油在輸送過程中的揮發損耗,其中分餾穩定工藝是處理輕質組分含量較高原油的有效方法。某油田需要對原油進行穩定來保證合格油飽和蒸氣壓達到儲存要求。根據未穩定原油的性質原油的穩定選取分餾穩定工藝，并使用Pro/II軟件進行工藝模擬計算以獲得最優操作參數。

原油穩定； 分餾； Pro/II； 工藝計算

原油在油氣集輸過程中，為了滿足各種工藝需求，需要降壓、加熱、轉輸、儲存等，在這些過程中原油中的輕組分會揮發造成大量的油氣損耗。此類原油損耗主要發生在原油的飽和蒸汽壓大于當地大氣壓的情況下。原油穩定是原油處理中一個非常重要的階段。原油穩定的主要作用是將原油中易揮發的輕組分脫出，降低原油的飽和蒸汽壓，從而減少原油的揮發損耗，利于在常溫常壓下儲存和輸送[1]。

原油穩定的主要目的是脫除原油中的輕組分，原油中含有C1-C4的揮發性很強的輕組分，常溫常壓下是氣體，從原油中揮發時會帶走大量的戊、己烷等組分，造成原油的大量損失。

1 原油穩定工藝分類及特點

1.1 常用原油穩定工藝分類

目前常見的原油穩定的工藝主要有：負壓分離穩定法、加熱閃蒸穩定法、分餾穩定法和多級分離穩定法等[2]。

（1）負壓分離穩定法。原油經油氣分離和脫水之后，再進入原油穩定塔，在負壓條件下進行一次閃蒸脫除揮發性輕烴，從而使原油達到穩定。負壓分離穩定法主要用于含輕烴較少的原油。

（2）加熱閃蒸穩定法。這種穩定方法是先把油氣分離和脫水后的原油加熱，然后在微正壓下閃蒸分離，使之達到閃蒸穩定。

（3）分餾穩定法。經過油氣分離、脫水后的原油通過分餾塔，以不同的溫度，多次氣化、冷凝，使輕重組分分離。這個輕重組分分離的過程稱為分餾穩定法。這種方法穩定的原油質量比其它幾種方法都好。此種穩定方法主要適用于含輕烴較多的原油（每噸原油脫氣量達10 m3或更高時使用此法更好）[3]。

（4）多級分離穩定法。此穩定法運用高壓下開采的油田。一般采用3～4級分離，最多分離級達6～7級。分離的級數多，投資就大。

1.2 分餾穩定原理

使用分餾法進行原油穩定就是原油在一個完全塔內進行分離。如果以C5和C6作為輕與重關鍵組分，C6的拔出率不大于5%。根據穩定原油蒸汽壓的要求，確定C5的拔出率。C5拔出越多，蒸汽壓越低。當原油中的輕組分含量較高時，如果使用閃蒸穩定工藝，由于組織經過了單次氣液平衡分離，很難達到穩定原油的要求[4]。

在分餾穩定過程中，氣液兩相通過穩定塔里的塔盤或填料上經過多次氣液平衡。在適當的操作條件下，經過多次氣液平衡傳質以后塔底原油中的輕組分含量和蒸汽壓達到穩定原油的要求。

2 原油穩定分餾工藝計算

2.1 穩定原油的產品要求

在當地最高的氣溫下，穩定原油的飽和蒸汽壓低于當地大氣壓的0.7倍。（當地最高溫度37.80 ℃，大氣壓101.3 kPa）

2.2 原油的組成

本論文中所需處理原油的輕組分含量較高，其中C2-C4輕組分含量為12.96%。經過一級和二級分離器脫氣和電脫水器脫水后的未穩定原油的組成如表1所示。經綜合分析在該原油的穩定中使用分餾工藝。

表1 未穩定原油的組成Table 1 The composition of the unstabilized crude oil

2.3 熱力學方法選取

選取正確的熱力學方法是進行工藝計算的前提。PRO/II中提供了一系列工業標準的方法計算物系的熱力學性質。這些方法包括：一般關聯式、狀態方程、活度系數模型、氣相逸度方法，如以及特殊組分系統的計算方法等。本論文計算過程中選取在油氣處理中適用性最強的Peng-Robinson狀態方程。Peng-Robinson方程如下：

式中，aα、ai、αi是與氣體種類有關的常數。

2.4 工藝流程

本論文中原油所采取的分餾穩定工藝的流程如圖1所示。

未穩定原油經喂油泵和與穩定原油換熱后進入原油穩定塔。在本流程中原油穩定塔是一個不含塔頂冷凝器的不完全塔，該塔共有11塊塔板（含塔底再沸器）。塔頂蒸汽在經過空冷器冷凝后進入冷凝器（部分冷凝），凝液一部分作為穩定塔回流外其余做為凝液產品。冷凝器的出來的氣體將作為再沸器加熱爐燃料氣或進入低壓放空系統。穩定塔塔底產品是合格的穩定原油。塔底穩定原油經過換熱器加熱未穩定原油以回收能量提高能量利用[6,7]。

圖1 分餾原油穩定流程圖Fig.1 The process flow diagram of the crude oil stabilization by fractional distillation

2.5 主要設備操作參數

在本流程中原油穩定塔該塔共有11塊塔板（含塔底再沸器），進料位置是第5塊板。表2是原油分餾穩定塔的操作參數。

表2 穩定塔操作參數Table 2 The operation parameters of the stabilizer

塔頂產物經空冷器降溫后進入分離器進行氣液分離。塔頂空冷器的操作壓力是280 kPa，其產品出口溫度為40 ℃。分離器的操作壓力是200 kPa，操作溫度是40 ℃。

穩定原油與未穩定原油換熱器的操作壓力為190 kPa，其冷端出口溫度為185 ℃。

3 計算結果

表3是穩定塔頂氣體組成。從表3可以看出氣體中主要成分C2到C5，C6以上組分含量很少。

表3 穩定塔頂氣體的組成Table 3 The composition of the gas of the stabilizer

表4 穩定塔頂凝析油的組成Table 4 The composition of gas condensate the of the stabilizer

穩定塔頂凝析油的的組分主要是分布在C4到 C6，其具體組成如表4所示。

表5是穩定塔底穩定原油的組成。從表5可以看出穩定原油中C2到C5的輕組分含很少。

表5 穩定原油的組成Table 5 The composition of the stabilized crude oil

運用Pro/II軟件計算穩定原油在當地環境下的飽和蒸汽壓。通過計算該穩定原油在37.80 ℃時的飽和蒸汽壓是15.25 kPa，低于當地大氣壓的0.7倍符合工藝及儲存要求[8]。

4 結 論

通過以上計算和分析可以得出分餾穩定工藝適用于該油田所產原油的穩定處理,在選取的工藝流程和優化的操作參數下獲得的穩定后原油能夠達到工藝及儲存要求。

［1］宋紅，魏開華，李萍, 等. 原油深度穩定工藝研究[J]. 油氣田地面工, 2004, 6(23): 59.

［2］桑田. 分餾法原油穩定的幾個問題[J]. 石油規劃設計, 1992, 3(3): 11-16.

［3］顧克宇，呂宣義, 等. 加熱分餾原油穩定工藝技術淺析[J]. 油田地面工程, 1994, 13(3): 3-6.

［4］李海榮. 伊拉克某油田原油穩定工藝技術方案選擇[J]. 石油規劃設計, 2011, 3(22): 31-33.

［5］杜英生，趙汝義，李鑫鋼，王世昌，余國琮, 等. 負壓閃蒸原油穩定過程的汽液平衡計算[J]. 化學工程, 1985: 34-41.

［6］楊守國，蔡智, 等. 原油穩定塔結構改進及氣體工藝技術[J]. 油氣地面工程, 2004: 49-51.

［7］李鑫鋼. 現代蒸餾技術[M]. 北京: 化學工業出版社，2009.

［8］油田地面工程設計[M]. 東營: 中國石油大學出版社，2010.

The Process Calculation of the Crude Oil Stabilization by Fractional Distillation

LIU Jia, XIAO Ting, LI Xian-zhao, LI Da-chang, SHANG Zeng-hui
（China Petroleum Engineering Co.,Ltd. North China Company, Hebei Renqiu 062550，China）

The stabilization process of crude oil by fractional distillation in one oil field was investigated. Crude oil stabilization is an important step in the processing of crude oil. Crude oil stabilization can reduce volatile components of crude oil effectively. Fractionation stabilization is efficient to process the crude oil with high content of light components. In this oil field, the crude oil is needed to be stabilized to meet the requirements of storage. Considering the property of unstabilized crude oil, the fractional distillation process was selected for the crude oil stabilization, and the optimum operating parameters was obtained by simulation of Pro/II.

Crude oil stabilization; Fractional distillation; Pro/II; Process calculation

TE 624

： A

： 1671-0460（2015）02-0423-03

2015-01-08

劉 嘉（1983- ），男，工程師，研究方向：油田地面工程、總圖及工業建筑設計。

李憲昭（1986- ），男，助理工程師，碩士研究方向: 油田地面工程和長輸油氣管道。E-mail：lxz861020@yeah.net。