原油負(fù)壓穩(wěn)定輕烴收率特性研究

周星遠(yuǎn)，周 湃，李小嬋，彭清華

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249；2. 中國(guó)石油北京油氣調(diào)控中心，北京 100007； 3．中石油塔里木油田油氣運(yùn)銷部，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

原油負(fù)壓穩(wěn)定輕烴收率特性研究

周星遠(yuǎn)1，周 湃2，李小嬋1，彭清華3

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249；2. 中國(guó)石油北京油氣調(diào)控中心，北京 100007； 3．中石油塔里木油田油氣運(yùn)銷部，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

根據(jù)我國(guó)原油的特點(diǎn)，負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定工藝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛地使用。在負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定過(guò)程中，輕烴收率是衡量工藝質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。利用 HYSYS軟件模擬原油負(fù)壓穩(wěn)定的流程，并通過(guò)改變各種影響因素的參數(shù)值來(lái)計(jì)算具體條件下的輕烴收率，將這些數(shù)值匯總進(jìn)行分析得出輕烴收率的影響規(guī)律，可以了解諸多因素對(duì)輕烴收率的影響規(guī)律并對(duì)現(xiàn)有負(fù)壓原穩(wěn)生產(chǎn)裝置的工藝參數(shù)進(jìn)行一定的優(yōu)化，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的目的。

原油負(fù)壓穩(wěn)定；輕烴收率；HYSYS軟件；影響因素

1 原油負(fù)壓穩(wěn)定工藝原理流程

經(jīng)過(guò)分離、脫水處理后的原油流過(guò)節(jié)流減壓閥后以氣液兩相狀態(tài)進(jìn)入負(fù)壓穩(wěn)定塔，進(jìn)塔原油溫度一般在50 ℃至70 ℃范圍內(nèi)，穩(wěn)定塔內(nèi)的操作壓力為0.05 MPa至0.07 MPa，低于當(dāng)?shù)卮髿鈮盒纬烧婵?。塔頂與壓縮機(jī)相連，經(jīng)過(guò)閃蒸揮發(fā)出的輕組分形成氣相從塔頂流出，由壓縮機(jī)增壓后流入到水冷器中，進(jìn)行降溫冷卻，一般冷卻到20 ℃至40 ℃之間，之后由三相分離器進(jìn)行分離得到不凝氣、粗輕油和污水。粗輕油可以一部分回流到穩(wěn)定塔入口以提高輕烴回收率，另一部分可以摻至穩(wěn)定原油內(nèi)來(lái)提高穩(wěn)定原油數(shù)量和質(zhì)量,也可以加工成液體石油產(chǎn)品。塔底與離心泵相連，從塔底流出的液相穩(wěn)定原油經(jīng)過(guò)泵增壓后輸送到礦場(chǎng)油庫(kù)中儲(chǔ)存。工藝流程圖如圖1所示。

下面使用HYSYS軟件進(jìn)行模擬，得到完整收斂的模擬原油負(fù)壓穩(wěn)定流程，如圖2所示。

圖1 原油負(fù)壓穩(wěn)定工藝流程框圖Fig.1 Process flow diagram of vacuum flash stabilization

圖2 模擬流程圖Fig.2 Simulated flow diagram

2 輕烴收率影響因素分析與討論

2.1 穩(wěn)定塔的負(fù)壓特性對(duì)輕烴收率的影響分析

負(fù)壓穩(wěn)定塔內(nèi)設(shè)置的壓力通常為 0.05～0.07 MPa。在此范圍內(nèi)選擇五個(gè)具體數(shù)值，分別為：50、55、60、65、70 kPa。進(jìn)塔原油溫度為60 ℃，塔頂回流率為10%，進(jìn)塔原油含水率3%。表1為所計(jì)算各負(fù)壓數(shù)值下的輕烴收率。

表1 不同負(fù)壓特性下的輕烴收率數(shù)值Table 1 Yield of light hydrocarbon under different pressure conditions

圖3反應(yīng)輕烴收率隨著穩(wěn)定塔負(fù)壓特性的變化規(guī)律。

圖3 輕烴收率隨著穩(wěn)定塔負(fù)壓特性的變化規(guī)律Fig.3 Change rule of light hydrocarbon yield

由表1與圖3可知，原油負(fù)壓穩(wěn)定輕烴收率隨著穩(wěn)定塔負(fù)壓特性的升高而降低，負(fù)壓特性大約在50至60 kPa之間時(shí)，對(duì)輕烴收率的影響比較大，在60至70 kPa之間時(shí)，輕烴收率變化幅度相對(duì)小[2]。

一般來(lái)說(shuō)，降低塔內(nèi)操作壓力來(lái)提高輕烴收率的方法效率較高、比較經(jīng)濟(jì)，但是負(fù)壓閃蒸操作壓力受到壓縮機(jī)入口所能達(dá)到的真空度的制約，真空度升高也會(huì)增加壓縮機(jī)的能耗并且可能引起一系列的生產(chǎn)操作問(wèn)題，如脫出氣帶油、泡沫加劇和原油泵抽空等[3]，也會(huì)使原油在負(fù)壓閃蒸的過(guò)程中揮發(fā)出來(lái)重組分比例增大，降低穩(wěn)定原油質(zhì)量。

從PCK的提出到PCKg及TPCs的演變來(lái)看，關(guān)于PCK的研究體現(xiàn)出以下兩個(gè)特點(diǎn)：一是研究者的知識(shí)觀發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由靜態(tài)的知識(shí)觀轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)建構(gòu)的知識(shí)觀；二是PCK不斷豐富完善，其內(nèi)涵更加強(qiáng)調(diào)了在PCK形成與發(fā)展中個(gè)人的意義，特別強(qiáng)調(diào)教師的教學(xué)建構(gòu)及在這一過(guò)程中的反思.

2.2 進(jìn)塔原油溫度對(duì)輕烴收率的影響分析

目前負(fù)壓穩(wěn)定的進(jìn)料溫度一般為脫水溫度約在50到70 ℃之間。在此范圍內(nèi)選擇五個(gè)具體數(shù)值，分別為：50、55、60、65、70 ℃。塔頂負(fù)壓為60 kPa，塔頂回流率為10%，進(jìn)塔原油含水率為3%。表2為所計(jì)算各溫度數(shù)值下的輕烴收率。

表2 不同進(jìn)塔原油溫度下的輕烴收率數(shù)值Table 2 Yield of light hydrocarbon under different temperature conditions

圖4反應(yīng)輕烴收率隨進(jìn)塔原油溫度變化規(guī)律。

圖4 輕烴收率隨著進(jìn)塔原油溫度的變化規(guī)律Fig.4 Change rule of light hydrocarbon yield

從表2與圖4可以總結(jié)出在50到70 ℃的范圍內(nèi)輕烴收率是隨著進(jìn)塔原油溫度的提高而逐漸升高的，并且輕烴收率增長(zhǎng)的速度隨著溫度的提高越來(lái)越快。為了提高輕烴收率負(fù)壓原穩(wěn)裝置的效率，可以在入口處設(shè)置加熱爐或者換熱器，適當(dāng)提高進(jìn)塔原油溫度[4]。但溫度過(guò)高會(huì)使穩(wěn)定塔以及后續(xù)的水冷器等裝置負(fù)荷較大并且容易出現(xiàn)故障，也會(huì)影響拔出輕烴和穩(wěn)定原油的質(zhì)量。

2.3 進(jìn)塔原油含水率對(duì)輕烴收率的影響分析

此次研究將負(fù)壓穩(wěn)定進(jìn)料原油含水率設(shè)定0.5%到2%之間，在此范圍內(nèi)選擇5個(gè)具體數(shù)值，分別為：0.5%、0.9%、1.3%、1.7%、2.0%。塔頂負(fù)壓為60 kPa，塔頂回流率為10%，原油溫度為60 ℃。表3為所計(jì)算各含水率數(shù)值下的輕烴收率。

表3 不同進(jìn)塔流量下的輕烴收率數(shù)值Table 3 Yield of light hydrocarbon under different flow rate conditions

圖5反應(yīng)輕烴收率隨原油含水率變化規(guī)律。

圖5 輕烴收率隨著進(jìn)塔原油含水率的變化規(guī)律Fig.5 Change rule of light hydrocarbon yield

從表3和圖5可以看出，進(jìn)塔原油含水率為0.5%到2%的范圍內(nèi)時(shí)，輕烴收率隨著含水率的增加而升高，并且升高的幅度越來(lái)越大，但是在含水率大于1.7%之后，輕烴收率提升緩慢。含水率小于1.7%時(shí)所得結(jié)論與初步判斷基本一致，大于1.7%時(shí)輕烴收率提高幅度很小。可能的原因是在穩(wěn)定塔操作壓力為60 kPa，進(jìn)塔原油溫度為60 ℃的條件下，原油含水率大于1.7%時(shí)，氣相中水蒸氣的含量已經(jīng)飽和，因而水蒸氣的分壓不會(huì)再增加，輕烴組分的分壓也就不會(huì)降低，輕烴收率自然不能有大幅度升高，而是基本維持穩(wěn)定。各個(gè)含水率下塔頂氣相流水蒸汽含量如表4所示。

由表4可以看出，在原油含水率達(dá)到1.7%之后，塔頂氣流水蒸氣含量維持在大約29%到30%之間不變，因此可以推斷含水率大于1.7%,水蒸氣分壓穩(wěn)定不變，輕組分分壓不變，輕烴收率也就不再有大幅度提高。在含水率為1.7%之前，可以通過(guò)增加含水率的方法來(lái)提高輕烴收率，效果顯著而且不會(huì)增加能耗。含水率提高同時(shí)也會(huì)增加塔頂氣流量，對(duì)壓縮機(jī)、水冷器和三相分離器的負(fù)荷都會(huì)有所提高，并且三相分離器污水口流量也會(huì)增大[5]。

表4 各個(gè)含水率條件下塔頂氣相流水蒸汽含量

2.4 塔頂回流量對(duì)輕烴收率的影響分析

負(fù)壓穩(wěn)定塔頂回流率范圍為0%～20%，在此范圍內(nèi)選擇五個(gè)具體數(shù)值，分別為：0%、5%、10%、15%、20%。塔頂負(fù)壓為60 kPa，進(jìn)塔原油溫度為60 ℃，原油含水率為3%。表5為所計(jì)算各回流率下的輕烴收率。

表5 不同塔頂回流率下的輕烴收率數(shù)值Table 5 Yield of light hydrocarbon under different reflux ratio conditions

圖 6反應(yīng)輕烴收率隨著塔頂回流率的變化規(guī)律。

圖6 輕烴收率隨著塔頂回流率的變化規(guī)律Fig.6 Change rule of light hydrocarbon yield

理論上講，塔頂回流量增加會(huì)使輕烴收率提高，但是在軟件模擬過(guò)程中這個(gè)結(jié)果體現(xiàn)的并不明顯，主要是因?yàn)樵诖罱鞒痰倪^(guò)程當(dāng)中使用節(jié)流閥和閃蒸罐代替了負(fù)壓穩(wěn)定塔的原因。實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程當(dāng)中，回流的粗輕油是由塔頂流入穩(wěn)定塔當(dāng)中，而在軟件模擬的流程當(dāng)中是將回流物流直接和來(lái)油混合，然后一起進(jìn)入閃蒸罐當(dāng)中，相當(dāng)于取消了穩(wěn)定塔內(nèi)額外增加的氣液傳質(zhì)的過(guò)程，并且回流量相對(duì)于來(lái)油流量比較少，所以說(shuō)輕烴收率的提高有限[6]。

我們將負(fù)壓特性改變?yōu)?0 kPa、進(jìn)塔原油溫度改變?yōu)?0 ℃，還有將將負(fù)壓特性改變?yōu)?0 kPa、進(jìn)塔原油溫度改變?yōu)?50 ℃，分別將這三種溫度壓力條件下，同樣的回流率對(duì)輕烴收率影響做橫向?qū)Ρ?。整理?shù)據(jù)如圖7所示。

圖7 輕烴收率隨著塔頂回流率的變化規(guī)律Fig.7 Change rule of light hydrocarbon yield

由圖7可知，隨著進(jìn)塔原油溫度的升高和塔內(nèi)負(fù)壓特性的降低，塔頂回流率的增加對(duì)輕烴收率的提高幅度越來(lái)越大，即采用提高塔頂回流率方法來(lái)提高輕烴收率時(shí)，需要考慮其他條件，才能使效果比較好。也并不是說(shuō)在此軟件模擬流程當(dāng)中塔頂回流率的影響就比較小，當(dāng)溫度為70 ℃、負(fù)壓為50 kPa時(shí)，塔頂回流率的影響效果也是相對(duì)較明顯的。并且可以推測(cè)另三個(gè)因素即：溫度、負(fù)壓特性和含水率也是隨著其他因素向著有利的條件變化的情況下，對(duì)輕烴收率影響的效果越來(lái)越明顯的。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)原油負(fù)壓穩(wěn)定工藝流程進(jìn)行模擬和數(shù)值研究，總結(jié)分析出負(fù)壓穩(wěn)定塔的負(fù)壓特性、進(jìn)塔原油溫度、含水率、塔頂回流量對(duì)輕烴收率的影響規(guī)律：

（1）負(fù)壓特性：原油負(fù)壓穩(wěn)定輕烴收率隨著穩(wěn)定塔負(fù)壓特性的升高而降低，并且隨穩(wěn)定塔負(fù)壓特性升高而降低的程度越來(lái)越緩慢。

（2）進(jìn)塔原油溫度：輕烴收率是隨著進(jìn)塔原油溫度的提高而逐漸升高的，提高的速度隨著溫度的提高越來(lái)越快。

（3）進(jìn)塔原油含水率：輕烴收率隨著含水率的增加而升高，并且升高的幅度越來(lái)越大，但是在含水率達(dá)到1.7%之后，輕烴收率提升緩慢，基本穩(wěn)定在固定范圍之間。

（4）塔頂回流量：塔頂回流量增加，輕烴收率增加，而且塔頂回流能在一定程度上降低閃蒸過(guò)程中產(chǎn)生的攜帶損失。

［1］ 馮叔初，郭揆常,等. 油氣集輸與礦場(chǎng)加工[M].第2版.東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006-05.

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Study on the Yield of Light Hydrocarbon in Vacuum Flash Stabilization Process

ZHOU Xing-yuan1，ZHOU Pai2，LI Xiao-chan1，PENG Qing-hua3
（1. China University of Petroleum，Beijing 113001，China；2. PetroChina Oil&Gas Administrition Center(Beijing)，Beijing 113001，China；3. PetroChina Tarim Oilfield Company，Xinjiang Kuerle 841000，China）

Based on the characteristics of Chinese crude oil, the vacuum flash stabilization process has been widely used. In the vacuum flash stabilization process, the yield of light hydrocarbon is an important index influencing the realization of the crude stabilization requirement. In this paper, HYSYS was used to simulate the technological process of crude oil stabilization, and the yield of light hydrocarbon was calculated under many changeable conditions. These values were used to analyze and summary the law of many factors affecting the yield of light hydrocarbon. Through this study, we can understand how these factors affect the yield of light hydrocarbon and optimize the technological parameters of negative pressure crude stabilization unit, so as to improve the production efficiency and economic benefit.

Vacuum flash stabilization; Recovery rate of light hydrocarbon; HYSYS; Influencing factors

TE 624

A

1671-0460（2016）03-0582-04

2015-11-21

周星遠(yuǎn)（1992-），男，河北唐山人， 2015年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，研究方向：從事長(zhǎng)輸管道與油氣田集輸相關(guān)技術(shù)研究。E-mail：709430283@qq.com。