凝析油穩(wěn)定裝置運行評述及操作優(yōu)化

葉 波　曹 東　熊 勇　余占明　李 麗

1. 中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠　2. 中國石油西南油氣田公司天然氣研究院

凝析油穩(wěn)定裝置運行評述及操作優(yōu)化

葉 波1曹 東1熊 勇1余占明1李 麗2

1. 中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠2. 中國石油西南油氣田公司天然氣研究院

摘要中亞某天然氣凈化廠凝析油穩(wěn)定裝置多次出現(xiàn)物料乳化堵塞系統(tǒng)和外排氣田水的H2S含量超標(biāo)、穩(wěn)定凝析油機械雜質(zhì)超標(biāo)等情況，嚴(yán)重影響裝置正常運行。針對上述問題，從工藝和設(shè)備方面進(jìn)行了分析，提出裝置流程及操作的優(yōu)化方案，裝置優(yōu)化后運行情況良好。

關(guān)鍵詞凝析油穩(wěn)定氣田水乳化機械雜質(zhì)三相分離器優(yōu)化

中亞某天然氣處理廠位于沙漠地帶，投產(chǎn)至今已5年多，裝置在運行過程中多次因氣田水乳化嚴(yán)重堵塞裝置并導(dǎo)致停產(chǎn)。同時，造成下游凝析油處理后機械雜質(zhì)超標(biāo)、未穩(wěn)定凝析油帶水、凝析油收率降低、外排氣田水H2S含量超標(biāo)以及夏季噴淋后丙烷罐、球罐周圍管線、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等一系列問題。通過優(yōu)化裝置操作，解決了裝置生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的異常情況，提高了凝析油收率，使裝置運行平穩(wěn)。

1凝析油穩(wěn)定裝置工藝流程簡介

集氣裝置來料、再生氣分離器分離出的污油及來自脫烴裝置的凝液共3股物料直接進(jìn)入三相分離器。脫硫單元排出的污油和污水裝置撇出的污油進(jìn)入罐區(qū)污油罐后，再由污油泵送至三相分離器。

三相分離器利用降壓閃蒸的原理，對未穩(wěn)定凝析油、氣田水中部分H2S和輕質(zhì)組分進(jìn)行初步分離，同時分離氣田水和未穩(wěn)定凝析油，提供緩沖空間，以保證后續(xù)處理設(shè)施進(jìn)料平穩(wěn)。

分離出的未穩(wěn)定凝析油分為兩股，一股經(jīng)凝析油換熱器換熱升溫后進(jìn)入凝析油穩(wěn)定塔中部，另一股直接進(jìn)入頂部。穩(wěn)定塔底部設(shè)有重沸器，以蒸汽作為重沸器的熱源。凝析油在穩(wěn)定塔中精餾，脫除輕質(zhì)組分和H2S。

經(jīng)穩(wěn)定塔穩(wěn)定后的凝析油產(chǎn)品自塔底出來，依次經(jīng)未穩(wěn)定凝析油換熱器和穩(wěn)定凝析油冷卻器冷卻后直接去凝析油罐區(qū)儲存。

凝析油穩(wěn)定裝置工藝流程圖見圖1，由圖1可知，裝置未設(shè)置機械雜質(zhì)脫除設(shè)施，該流程中僅三相分離器可以利用氣田水將部分機械雜質(zhì)帶出。

2裝置運行評述

中亞某天然氣處理廠設(shè)有兩套相同的凝析油穩(wěn)定裝置，按正常情況下兩套裝置同時運行設(shè)計，每套裝置正常處理量為89.64×103t/a，年生產(chǎn)時間為330 d。若其中一套裝置停工檢修，則另一套裝置運行達(dá)到單套裝置最大處理量134.46×103t/a，裝置中未穩(wěn)定凝析油三相分離器的最大處理量為179.28×103t/a，其中穩(wěn)定系統(tǒng)不能處理的未穩(wěn)定凝析油送至凝析油罐區(qū)未穩(wěn)定凝析油罐儲存，待檢修完畢，兩套裝置同時運行時，再從未穩(wěn)定凝析油罐用泵輸送至凝析油穩(wěn)定裝置進(jìn)行處理。

凝析油穩(wěn)定裝置的設(shè)計目的是脫除未穩(wěn)定凝析油中的易揮發(fā)輕質(zhì)組分及H2S，以保證穩(wěn)定后的凝析油在運往原油儲罐場或煉油廠過程中的運輸安全。

自投產(chǎn)以來，凝析油穩(wěn)定裝置出現(xiàn)了以下問題，嚴(yán)重影響裝置的正常運行。

2.1氣田水乳化和外排氣田水H2S含量超標(biāo)

氣田水乳化嚴(yán)重，多次堵塞裝置并導(dǎo)致停產(chǎn)。同時，造成下游凝析油處理后機械雜質(zhì)超標(biāo)。

從上游來的天然氣和油水混輸，首先進(jìn)入處理廠集氣單元。在集氣單元將天然氣和油水進(jìn)行分離，天然氣去脫硫脫碳單元，油水則在凝析油穩(wěn)定裝置進(jìn)一步分離。在凝析油穩(wěn)定單元發(fā)現(xiàn)黑色乳化物，排出的乳化物具有如下特征：

(1) 乳化物呈黑色漿糊狀，黏度極大，流動性極差。

(2) 乳化物密度不恒定，隨組成變化而發(fā)生變化，大部分存在于油水之間的界面(水相以上、油相以下)，還有少部分懸浮在油面上方。

(3) 乳化物吸收溶解了大量氣體，故均含有氣泡，并釋放出H2S、CH4等氣體。

乳化物流動性差和含有氣泡是造成裝置堵塞的根本原因，因裝置壓力表、變送器及液位計等處發(fā)生堵塞，造成測量數(shù)據(jù)失真。凝析油穩(wěn)定裝置排出的乳化物見圖2。

2.2穩(wěn)定凝析油機械雜質(zhì)超標(biāo)

穩(wěn)定凝析油多次出現(xiàn)凝析油機械雜質(zhì)超標(biāo)情況，不能合格外輸。機械雜質(zhì)主要為黑色的粉末狀物質(zhì)，直徑小于100 μm，懸浮在凝析油中，需經(jīng)過很長時間的沉淀，造成外運凝析油中機械雜質(zhì)含量指標(biāo)超高。

在上游氣源生產(chǎn)過程中，氣井切換時帶出的液體夾帶的固體雜質(zhì)較多，不同氣井雜質(zhì)種類和量不同，產(chǎn)液機械雜質(zhì)較多的氣井生產(chǎn)時，集氣來料帶入穩(wěn)定裝置的固體雜質(zhì)增加，使穩(wěn)定凝析油質(zhì)量達(dá)不到指標(biāo)要求，見表1。

段塞流捕集器、三相分離器、球罐具有一定的沉淀分離機械雜質(zhì)作用，被氣田水帶走部分固體雜質(zhì)、乳化物。若固體雜質(zhì)沉積量較多，隨著處理量的波動和設(shè)備內(nèi)流體擾動，會將附著在管道、設(shè)備內(nèi)的雜質(zhì)和乳化物帶入凝析油穩(wěn)定塔，此為穩(wěn)定凝析油產(chǎn)品中機械雜質(zhì)含量超標(biāo)且不易沉淀的主要原因。

表1 凝析油機械雜質(zhì)指標(biāo)Table1 Indexesofmechanicalimpuritiesincondensedoil項目指標(biāo)超標(biāo)范圍備注w(機械雜質(zhì))/%0.050.05~0.60

2.3外排氣田水H2S含量超標(biāo)

原料氣中H2S含量超過設(shè)計值是外排氣田水中H2S含量超標(biāo)的最根本原因。按照設(shè)計氣田天然氣中H2S最高體積分?jǐn)?shù)為3.8%，未穩(wěn)定凝析油中的H2S含量也相對偏高，酸水中H2S質(zhì)量濃度約1 g/L。由實驗室采樣分析結(jié)果可知，裝置運行過程中酸水處理量發(fā)生波動。當(dāng)處理量增加時，操作條件不能完全跟蹤調(diào)節(jié)，酸水中的H2S濃度隨之增大。

氣田水乳化對酸水氣提塔的影響是最重要原因。由于氣液混輸?shù)脑颍捶€(wěn)定凝析油來料中含有大量乳化物。乳化物隨酸水進(jìn)入氣提塔中處理，經(jīng)過蒸汽加熱，析出的輕組分凝析油揮發(fā)，造成氣提塔控制壓力升高，塔頂溫度超高，影響氣田水中的H2S析出，從而導(dǎo)致外排氣田水中H2S含量超標(biāo)。

式中Ci為工件Ji的完工時間。表1所示為一個FJSP實例，共有4個工件和3臺機器。以工件J1為例進(jìn)行說明，工件J1的加工過程包括3道具有順序約束的工序，加工路線為O11→O12→O13，每道工序可能有多臺可以選擇的機器進(jìn)行加工，如工序O11有M1、M2和M3共3臺機器可以選擇，對應(yīng)的加工時間分別為3、4和4，工序O11只能選擇其中一臺機器進(jìn)行加工，如表1所示，當(dāng)工序O11選擇機器M3進(jìn)行加工時，對應(yīng)的加工時間為4，其他工件以此類推。

2.4丙烷罐、球罐管線、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重

為了保證未穩(wěn)定凝析油罐和丙烷罐的安全運行，防止罐內(nèi)介質(zhì)因溫度升高導(dǎo)致超壓，設(shè)計采用超壓放空和新鮮水噴淋冷卻兩種方式。自投運以來，夏季均采用新鮮水噴淋冷卻的方式進(jìn)行降溫處理。但由于新鮮水水質(zhì)較差，在不斷蒸發(fā)和濃縮后，致使罐區(qū)附近設(shè)備、管線、鋼結(jié)構(gòu)等腐蝕嚴(yán)重，形成重大安全隱患[1]。

3裝置優(yōu)化

通過優(yōu)化裝置工藝流程，調(diào)整操作參數(shù)，解決了裝置運行過程中出現(xiàn)的主要問題[2]。

3.1工藝流程調(diào)整操作

通過優(yōu)化凝析油穩(wěn)定工藝生產(chǎn)流程，解決了凝析油帶水嚴(yán)重和機械雜質(zhì)超標(biāo)問題，提高了凝析油收率，同時，減少了氣田水乳化對裝置運行造成的影響。針對裝置運行過程中油水乳化、機械雜質(zhì)較多的問題，對操作流程進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后凝析油收率提高0.6%～0.9%。

按照原設(shè)計流程，凝析油穩(wěn)定裝置中從集氣裝置來料到凝析油外運流程上未設(shè)置過濾設(shè)備，且三相分離器分離效果較差。單套裝置運行時，氣田水中帶油、穩(wěn)定凝析油中帶水嚴(yán)重，已多次出現(xiàn)穩(wěn)定凝析油中機械雜質(zhì)含量超標(biāo)的情況，使得凝析油不能外運。

由于凝析油和水的比熱容相差較大，凝析油帶水量不穩(wěn)定，造成穩(wěn)定塔溫度、壓力不易控制，溫度、壓力波動較大，閃蒸氣帶走較多重組分凝析油，因而降低了凝析油收率。

為了對流程進(jìn)行優(yōu)化，將來自段塞流捕集器的未穩(wěn)定凝析油在I套三相分離器中分離出的大部分氣田水送至I套酸水汽提裝置進(jìn)行蒸汽汽提，酸氣進(jìn)入硫磺回收裝置，凈化氣田水排入污水處理裝置后外排至蒸發(fā)池。油相從I套三相分離器壓入原料油球罐，兩個球罐切換使用，收集來自I套三相分離器初步脫水的未穩(wěn)定凝析油，在球罐內(nèi)通過重力沉降，使油、水、機械雜質(zhì)完成重力分層，保證機械雜質(zhì)的沉降。沉降后取樣觀察凝析油和水分層明顯，球罐收集滿未穩(wěn)定凝析油后通過未穩(wěn)定凝析油泵壓入II套裝置三相分離器，未穩(wěn)定凝析油與脫烴裝置來料一起進(jìn)入II套穩(wěn)定裝置生產(chǎn)。

優(yōu)化后的裝置流程如圖4所示。

優(yōu)化工藝流程后，經(jīng)過在三相分離器和球罐內(nèi)的兩次重力沉降分離，使油、水、機械雜質(zhì)實現(xiàn)更好的分離。由于凝析油在球罐內(nèi)的分層處理時間充足，未穩(wěn)定凝析油帶水較少，穩(wěn)定塔溫度、壓力控制平穩(wěn)，解決了因穩(wěn)定塔壓力、溫度波動導(dǎo)致的閃蒸氣夾帶凝析油重組分較多的問題，凝析油收率有很大的提高。

經(jīng)球罐儲存后，未穩(wěn)定凝析油、乳化物、氣田水得到有效分離，原料中固體雜質(zhì)部分沉積到油相底部，隨氣田水帶入酸水汽提系統(tǒng)處理后外排至污水處理系統(tǒng)。球罐內(nèi)油相乳化物、水分及固體雜質(zhì)明顯減少，進(jìn)入凝析油穩(wěn)定裝置的機械雜質(zhì)較少，經(jīng)過幾天的沉降，穩(wěn)定凝析油中機械雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.05%。

雖然增加球罐儲存能減少未穩(wěn)定凝析油中夾帶的部分固體雜質(zhì)與乳化物含量，提高油水分離效果，但并不能使未穩(wěn)定凝析油與固體雜質(zhì)、乳化物完全分離，乳化物的存在仍會影響固體雜質(zhì)的沉淀效果[1,3]。

3.2降低氣田水汽提塔操作壓力

通過降低氣田水汽提塔操作壓力，可基本解決外排氣田水中H2S含量超標(biāo)的問題。

為了確定塔頂壓力對酸水中H2S質(zhì)量濃度的影響[4]，取蒸汽流量基本相同的3個數(shù)據(jù)，在不同的塔頂壓力條件下得到H2S質(zhì)量濃度，如圖5所示。

由圖5可知，在塔底蒸汽流量不變的條件下，隨著塔頂壓力的降低，酸水中H2S質(zhì)量濃度隨之降低，尤其是在塔頂壓力大于80 kPa后，曲線斜率明顯增加，表明此時塔頂壓力對H2S質(zhì)量濃度的影響較大。當(dāng)系統(tǒng)壓力控制在60 kPa以下時，基本可解決氣田水中H2S含量超標(biāo)的問題。

3.3降低球罐壓力并對丙烷罐進(jìn)行遮陽處理

通過對球罐采取降壓措施，同時對丙烷罐進(jìn)行遮陽處理，可基本解決夏季噴淋降溫帶來的腐蝕問題。

(1) 通過放空壓力調(diào)節(jié)閥控制罐內(nèi)壓力。球罐壓力控制在0.70 MPa以下，超過0.70 MPa則通過調(diào)壓閥放空處理。在氣溫較高的5月~8月，球罐壓力情況列于表2。

表2 球罐夏季壓力統(tǒng)計表Table2 Sphericaltankpressureinsummer月份A罐最高壓力/MPaA罐最低壓力/MPaB罐壓力最高/MPaB罐最低壓力/MPa備注5月0.480.250.540.216月0.110.090.070.06檢修7月0.550.310.620.298月0.590.210.570.27

根據(jù)球罐進(jìn)料儲存、出料生產(chǎn)、停產(chǎn)備用3種狀態(tài)下的控制壓力變化情況分析，目前完全可以通過球罐放空壓力調(diào)節(jié)閥控制球罐壓力，無需啟運新鮮水噴淋系統(tǒng)降溫降壓。

球罐進(jìn)料期間調(diào)節(jié)放空調(diào)節(jié)閥開度，將壓力適當(dāng)提高至0.5~0.6 MPa，保證未穩(wěn)定凝析油泵進(jìn)口壓力，減少泵的運行負(fù)荷。隨著球罐內(nèi)未穩(wěn)定凝析油的生產(chǎn)，液位逐漸降低，球罐壓力隨之降低，此時需將進(jìn)料球罐和出料球罐氣相連通，補充生產(chǎn)球罐氣相壓力。

球罐生產(chǎn)期間，壓力隨著液位降低而降低，進(jìn)料球罐壓力通過球罐放空調(diào)節(jié)閥控制壓力。至今球罐壓力未達(dá)到需噴淋降溫所規(guī)定的壓力。

(2) 噴淋水冷卻降溫，控制罐內(nèi)壓力[4-5]。若壓力調(diào)節(jié)閥開度達(dá)到100%，球罐壓力超過0.70 MPa時，則應(yīng)立即啟動噴淋水對球罐進(jìn)行降溫。當(dāng)壓力降至0.70 MPa以下時，及時關(guān)閉噴淋水。

球罐設(shè)計控制壓力為1.0 MPa，實際生產(chǎn)過程中進(jìn)料球罐一般壓力控制在0.5 MPa左右。放空調(diào)節(jié)閥開度約19%~25%，壓力調(diào)節(jié)緩沖空間仍較大。

(3) 丙烷罐AB噴淋系統(tǒng)運行情況。丙烷罐設(shè)計控制壓力為1.58 MPa，對應(yīng)溫度為48 ℃，但現(xiàn)場溫度未達(dá)到此溫度。為了保證丙烷罐安全，將控制壓力控制在1.3 MPa以下。

對丙烷罐新建遮陽篷，避免了陽光對罐體的直射，在氣溫較高的7月，當(dāng)環(huán)境溫度為48 ℃時，丙烷罐內(nèi)壓力僅約1.1 MPa。

4結(jié) 語

凝析油穩(wěn)定裝置運行5年以來，出現(xiàn)了凝析油機械雜質(zhì)超標(biāo)、未穩(wěn)定凝析油帶水、凝析油收率降低、外排氣田水H2S含量超標(biāo)、夏季噴淋造成設(shè)備腐蝕等技術(shù)問題，通過分析并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，解決了運行過程中存在的上述問題，排除了影響裝置正常運行的不利因素，可為裝置平穩(wěn)運行總結(jié)經(jīng)驗，同時為其他凝析油穩(wěn)定裝置的操作提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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Operating commentary and optimization of condensed oil stabilization equipment

Ye Bo1, Cao Dong1, Xiong Yong1, Yu Zhanming1， Li Li2

(1.ChongqingNaturalGasPurificationPlantGeneral,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Chongqing401220,China; 2.ResearchInstituteofNaturalGasTechnology,PetroChinaSouthwest

Oil&GasfieldCompany,Chengdu610213,China)

Abstract:The condensed oil distillation unit faced a series of problems including the system clogging caused by material emulsification, the excess H2S content in discharged gas field water, and the excess mechanical impurities in stable condensate oil, etc. in a natural gas processing plant in central Asia, which seriously affected the normal operation of device. Aiming at these problems, the reasons of process and equipment were analyzed and a process optimization scheme was put forward. The unit runs well after optimization.

Key words:condensed oil stabilization, emulsified gas field water, mechanical impurity, three-phase separator, optimization

收稿日期：2014-06-04；編輯：溫冬云

中圖分類號：TE686

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.02.008

作者簡介：葉波(1980-)，男，化工工程師，2003年畢業(yè)于西南石油大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，工程學(xué)士，現(xiàn)任職于中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠工藝技術(shù)科，從事天然氣、凝析油處理與加工工作。E-mail：yebo@cnpcag.com