原油穩(wěn)定裝置提產(chǎn)措施效果分析

陳 巖，管西娟，謝一博，趙克賢

（中國石油長慶油田分公司第二采油廠，甘肅慶城 745100）

某聯(lián)合站三相分離器凈化原油中潛含C1～C4烴蒸氣（1.9%～2.5%），常溫、常壓下，敞口儲(chǔ)存和運(yùn)輸會(huì)從原油中揮發(fā)掉，C5在儲(chǔ)運(yùn)溫度高于常溫的情況下也要從原油中揮發(fā)出來（沸點(diǎn)：iC527.5 ℃，nC535.8 ℃）。在揮發(fā)過程中還會(huì)帶走部分C6以上重組分。油罐揮發(fā)氣對(duì)站場構(gòu)成較大的安全隱患，對(duì)環(huán)境造成破壞，同時(shí)揮發(fā)氣又是非常富的伴生氣資源，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)加以回收利用。因此，在某聯(lián)合站旁新建某輕烴廠一座，包含原油穩(wěn)定裝置及輕烴回收裝置各1 套。

某輕烴廠原油穩(wěn)定裝置2016 年投產(chǎn)，主要負(fù)責(zé)穩(wěn)定某聯(lián)合站原油，采用負(fù)壓閃蒸工藝，設(shè)計(jì)處理規(guī)模30×104t/a，年穩(wěn)定原油41×104t（日均1 147 t），裝置負(fù)荷率137%。日產(chǎn)穩(wěn)定氣7 000 m3，C3+組分含量77%，折合輕烴日產(chǎn)13.2 t。

原油穩(wěn)定裝置流程：某聯(lián)合站三相分離器來油經(jīng)加熱后進(jìn)入某輕烴廠原油穩(wěn)定塔負(fù)壓閃蒸，穩(wěn)定后原油經(jīng)輸油泵輸送至凈化罐。穩(wěn)定氣經(jīng)負(fù)壓壓縮機(jī)撬增壓、出口冷卻器冷卻后進(jìn)入抽氣分離器，分離出的氣相進(jìn)入伴生氣處理裝置，液烴進(jìn)入輕烴儲(chǔ)罐，水進(jìn)入污水回收撬。

1 原油穩(wěn)定裝置存在問題

1.1 原油中有效組分未完全回收

隨著某作業(yè)區(qū)周邊區(qū)塊大規(guī)模開發(fā)，產(chǎn)能建設(shè)不斷增大，原油產(chǎn)量逐年提升，某輕烴廠原油穩(wěn)定裝置負(fù)荷超過120%，達(dá)到137%，超負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致原油中C1～C4烴蒸氣無法完全拔出。某原油穩(wěn)定裝置日均穩(wěn)定原油1 147 t，穩(wěn)定氣折合輕烴日產(chǎn)13.2 t，原油拔出率為1.15%。按照長慶油田未穩(wěn)定原油平均損耗率1.5%計(jì)算，有0.35%有效組分未回收，折合輕烴產(chǎn)量為4.0 t/d。

1.2 原油飽和蒸氣壓不達(dá)標(biāo)

根據(jù)SY/T 0069—2008《原油穩(wěn)定設(shè)計(jì)規(guī)范》與GB 50350—2015《油田油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定：“穩(wěn)定原油在最高儲(chǔ)存溫度下的飽和蒸氣壓的設(shè)計(jì)值不宜超過當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?.7 倍”。某作業(yè)區(qū)當(dāng)?shù)卮髿鈮涸?5.0 kPa 左右，儲(chǔ)存最高溫度為45 ℃，原油飽和蒸氣壓要求低于59.5 kPa。經(jīng)檢測，某聯(lián)合站儲(chǔ)存溫度為45 ℃時(shí)，穩(wěn)定后原油飽和蒸氣壓為63.0～65.0 kPa，不滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2 提產(chǎn)措施制定

2.1 目前操作因素分析

原油穩(wěn)定的目的是分離出原油中易揮發(fā)的輕組分，以降低原油飽和蒸氣壓，原油穩(wěn)定裝置效果及拔出深度主要從穩(wěn)定氣量中的C3+組分含量來體現(xiàn)，所以實(shí)際生產(chǎn)中必須嚴(yán)格掌握好輕烴組分的拔出程度。對(duì)某輕烴廠原油穩(wěn)定裝置參數(shù)進(jìn)行分析，影響穩(wěn)定效果的因素主要有原油穩(wěn)定溫度、原油穩(wěn)定塔壓力兩個(gè)參數(shù)[1-4]。

穩(wěn)定溫度：已達(dá)到設(shè)計(jì)最高溫度60 ℃，無提升空間；

穩(wěn)定塔壓力：某原油穩(wěn)定裝置采用負(fù)壓閃蒸工藝，故操作壓力的控制是關(guān)鍵因素之一。如壓力過高，對(duì)閃蒸不利，致使輕組分拔出程度不夠，原油穩(wěn)定達(dá)不到要求，反之，降低壓力，可使輕組分易于逸出，產(chǎn)品收率增高。在溫度為50、55、60、65 ℃時(shí)產(chǎn)品收率隨真空度的變化關(guān)系見圖1。由圖1 可知，在不同溫度下，產(chǎn)品收率均隨真空度的增加而增大，而且當(dāng)真空度增大時(shí)，產(chǎn)品收率隨其增大的幅度也越大。60 ℃時(shí)實(shí)際產(chǎn)品收率與真空度的關(guān)系見圖2。由圖2 可知，在60 ℃時(shí)，真空度每提高10 mmHg 時(shí)，產(chǎn)品收率增加0.08%～0.09%，影響比較明顯。因此，適當(dāng)降低穩(wěn)定塔壓力即提高真空度可起到提高產(chǎn)量的作用。

圖1 真空度對(duì)產(chǎn)品收率的影響

圖2 60 ℃時(shí)真空度對(duì)產(chǎn)品收率的影響

穩(wěn)定塔壓力穩(wěn)定依靠抽氣壓縮機(jī)的抽吸作用達(dá)到設(shè)計(jì)壓力。抽氣壓縮機(jī)標(biāo)況下流量為20 m3/min，折算工況下流量為13 m3/min，目前穩(wěn)定氣量7 000 m3/d，抽氣壓縮機(jī)能力富裕，具備提產(chǎn)空間（表1、表2）。

表1 某輕烴廠原油穩(wěn)定裝置運(yùn)行參數(shù)

表2 某輕烴廠原油穩(wěn)定裝置設(shè)備明細(xì)

2.2 提產(chǎn)措施制定

通過以上分析，針對(duì)某原油穩(wěn)定裝置現(xiàn)狀采取措施，降低C3+組分壓力可提高產(chǎn)品產(chǎn)量。降低C3+組分分壓就要用到道爾頓分壓定律。

2.2.1 道爾頓分壓定律 約翰·道爾頓提出，在任何容器內(nèi)的氣體混合物中，如果各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則每一種氣體都均勻地分布在整個(gè)容器內(nèi)，它所產(chǎn)生的壓強(qiáng)和它單獨(dú)占有整個(gè)容器時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同。也就是說，一定量的氣體在一定容積的容器中的壓強(qiáng)僅與溫度有關(guān)。

道爾頓分壓定律從原則上講只適用于理想氣體混合物，對(duì)于低壓下真實(shí)氣體混合物也可以近似適用。

2.2.2 采用氣提工藝降低C3+組分分壓 原油穩(wěn)定氣為低壓混合氣，基本適用道爾頓分壓定律。氣提工藝就是依據(jù)分壓定律，在抽氣壓縮機(jī)的能力范圍內(nèi)，保證穩(wěn)定塔壓力穩(wěn)定的情況下，在穩(wěn)定塔內(nèi)自下而上通入干氣或不凝氣（C1、C2），從而增大C1、C2組分分壓，降低C3+組分分壓，有利于原油中C3+組分的氣化，提升產(chǎn)品收率。同時(shí)，干氣或不凝氣從下而上運(yùn)動(dòng)，對(duì)已經(jīng)分離出來的輕烴組分起到一定的攜帶作用，進(jìn)一步提高C3+組分的脫出效果（圖3）。

圖3 應(yīng)用氣提工藝的原油穩(wěn)定塔結(jié)構(gòu)示意圖

3 現(xiàn)場氣提工藝安裝

在不造成長時(shí)間停產(chǎn)的前提下，對(duì)穩(wěn)定塔進(jìn)行簡易改造。穩(wěn)定塔本體上有空置法蘭2 處，為液位計(jì)預(yù)留口，規(guī)格DN80，選取1 處作為干氣或不凝氣入口。氣提管線規(guī)格選取DN50，為保證塔內(nèi)通入的干氣均勻分散，塔內(nèi)部氣提管線制作為花管樣式。塔外氣提管線配套DN50 流量計(jì)1 臺(tái)、DN50 控制閥門1 具。

4 氣提措施效果分析

4.1 提產(chǎn)效果分析

在保持措施前后工藝參數(shù)不變的情況下，即穩(wěn)定溫度60 ℃，穩(wěn)定壓力-0.025 MPa，日均穩(wěn)定油量1 147 t，對(duì)C3+拔出量及產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比分析（表3）。

表3 氣提對(duì)產(chǎn)量的影響統(tǒng)計(jì)表

由表3 可以看出，氣提工藝提產(chǎn)效果比較明顯，隨著氣提氣量的增大，穩(wěn)定氣量隨之增加，穩(wěn)定氣中C3+組分含量有一定幅度的下降，但總體C3+組分含量是呈上升趨勢。當(dāng)氣提氣量在15.0 m3/h 左右時(shí)，C3+組分及折合輕烴產(chǎn)量達(dá)到最大，日增加輕烴產(chǎn)量5.1 t。

4.2 原油飽和蒸氣壓

經(jīng)過檢測，配套氣提工藝穩(wěn)定后，某聯(lián)合站儲(chǔ)存溫度為45 ℃時(shí)，穩(wěn)定后原油飽和蒸氣壓為56.0～58.0 kPa，滿足相關(guān)規(guī)范要求的小于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?.7 倍，即小于59.5 kPa。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 改造投資

氣提工藝改造主要需DN50 管線500 m，DN50 流量計(jì)1 臺(tái)、DN50 閥門1 具，預(yù)計(jì)投資15 萬元。

5.2 收益分析

氣提工藝每日可增加輕烴產(chǎn)量5.0 t，去除各類生產(chǎn)成本及損耗，按照每噸輕烴收益2 000 元計(jì)算，15 d即可收回成本，全年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益360 萬元。