原油真空閃蒸裝置調(diào)試技術(shù)研究

宋健輝，田偉，張磊，崔志勇，王宏波

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

海洋平臺主發(fā)電機(jī)機(jī)組的燃料是原油，有些油田產(chǎn)出的原油閃點(diǎn)較低，在實(shí)際運(yùn)行中存在很大安全隱患，易發(fā)生火災(zāi)甚至產(chǎn)生閃爆。因此，需采用真空閃蒸設(shè)備提取出原油中輕質(zhì)組分，使原油成為主發(fā)電機(jī)組的合格燃油。

燃油真空閃蒸裝置是利用真空環(huán)境下可凝性氣體易揮發(fā)的原理，在真空環(huán)境下對原油輕烴組分進(jìn)行脫氣的裝置[1]。

1 真空閃蒸裝置的系統(tǒng)組成

真空閃蒸系統(tǒng)的流程設(shè)置較復(fù)雜，主要由真空閃蒸塔、真空及真空冷凝系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)、輸油系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、吹掃及清洗系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。

（1）真空閃蒸塔主要用于原油的脫氣、輕烴組分的分離。

（2）本設(shè)備的真空系統(tǒng)由干泵兩臺，大羅茨泵兩臺，小羅茨泵兩臺組成。大羅茨泵為變頻調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的最大抽速2500L/s。當(dāng)真空系統(tǒng)啟動時，經(jīng)過冷凝器的輕烴蒸汽經(jīng)冷凝后變成液體，再經(jīng)過集液和排液兩個過程被排至廢油管路。真空尾氣排放管路上設(shè)置了氧含量分析儀及壓力傳感器。尾氣一路到氣體壓縮機(jī)系統(tǒng)回收，另一路到對空排放系統(tǒng)。

（3）系統(tǒng)配置了防爆型風(fēng)冷式冷水機(jī)組，此冷水機(jī)組的制冷功率為20kW，可以提供10℃左右的低溫冷凍水，以給真空冷凝器及真空干泵提供冷凍水。

（4）平臺上提供儀表氣源，儀表氣源通過閃蒸系統(tǒng)的防爆氣動柜，將每一路的控制氣輸送到對應(yīng)的氣動閥門，為氣動閥門的開關(guān)提供動力；

（5）氮?dú)鈿庠赐ㄟ^閃蒸系統(tǒng)的氮?dú)鉁p壓閥，將氮?dú)夤苈贩殖蓛陕凡煌瑝毫Φ臍庠矗渲幸宦吩O(shè)定壓力（SP:50kPa），用于真空閃蒸塔及真空冷凝器破真空充氣使用；另一路設(shè)定壓力（SP:300kPa），用于NC630B干泵內(nèi)部泵腔吹掃氣體使用。

（6）輸油系統(tǒng)。原油直接從原油分離罐底部，輸送到閃蒸設(shè)備的進(jìn)油管線，原油進(jìn)入到真空閃蒸塔，經(jīng)過閃蒸處理后，通過變頻三螺桿輸油泵打出。

圖1 原油閃蒸裝置模型

（7）本電加熱系統(tǒng)采用高溫導(dǎo)熱油作為載熱體，通過電加熱中心將導(dǎo)熱油加熱，導(dǎo)熱油通過高溫導(dǎo)熱油泵被強(qiáng)制循環(huán)通過塔內(nèi)部的盤管散熱。

（8）凝析油撬系統(tǒng)采用單獨(dú)安裝在下層甲板，用于收集閃蒸撬的真空冷凝器及尾氣分離器排放出來的凝析油，凝析油罐收集到一定液位后，自動啟動凝析油里面的氣動隔膜泵將凝析油排走。

2 調(diào)試檢查和資源準(zhǔn)備

為了保證燃油真空閃蒸裝置陸地調(diào)試的時間節(jié)點(diǎn)，降低在海上調(diào)試的壓力，圍繞該裝置各子系統(tǒng)所需條件做了大量技術(shù)和材料準(zhǔn)備。

2.1 操作（檢查）安全注意事項(xiàng)

（1）檢查撬外進(jìn)出油管路、排廢油管路、排廢氣管路流程是否暢通；

（2）檢查撬內(nèi)將啟動的泵組流程是否通暢，備用系列閥門是否為關(guān)閉狀態(tài)；

（3）設(shè)備自動運(yùn)行前確認(rèn)即將啟動的泵組是A組還是B組；

（4）設(shè)備啟動前檢查水、電、氮?dú)?、儀表氣是否正常；

（5）設(shè)備運(yùn)行期間油艙進(jìn)行循環(huán)加熱作業(yè)，請將出油流量調(diào)試5m3/h以內(nèi)或切換油艙；

（6）運(yùn)行期間設(shè)備出現(xiàn)異響、部件出現(xiàn)異常高溫應(yīng)及時停機(jī)檢查；

（7）前級泵1/2寸排污閥運(yùn)行期間保持常開狀態(tài)，避免出口積液影響前級泵正常運(yùn)行；

（8）泵組的切換必須在設(shè)備停止?fàn)顟B(tài)下手動切換。

2.2 調(diào)試臨時資源準(zhǔn)備

（1）針對平臺氮?dú)庀到y(tǒng)不具備投入條件的現(xiàn)狀，協(xié)調(diào)氮?dú)馄孔鳛榕R時氮?dú)鈿庠矗宦酚糜谡婵臻W蒸塔及真空冷凝器破真空充氣使用，另一路用于干泵內(nèi)部泵腔吹掃氣體使用。

（2）由于中控不具備投入使用調(diào)試，采取信號旁通、信號強(qiáng)制等多種措施保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定投用。

（3）因真空冷凝器及尾氣分離器排放管線未連接，為保證系統(tǒng)正常排放，避免高溫氣體發(fā)生危險，連接了臨時放空軟管。

（4）由于淡水系統(tǒng)未施工和調(diào)試完成，冷卻水系統(tǒng)不具備使用條件，為保證風(fēng)冷式冷水機(jī)組可以為真空冷凝器及真空干泵穩(wěn)定提供10℃左右的冷卻水，臨時加入約1.5t的冷卻水，激活冷卻水系統(tǒng)。

通過以上臨時措施，實(shí)現(xiàn)了陸地條件限制內(nèi)的最大化，節(jié)約了海上調(diào)試時間，同時減少了人力的投入和資源消耗。

3 設(shè)備調(diào)試啟動和故障處理

圖2 閃蒸裝置工藝流程圖

3.1 設(shè)備調(diào)試啟動

（1）冷水機(jī)組和啟動電加熱器。

（2）抽空系統(tǒng)啟動：首先開啟真空干泵，10秒之后打開主抽空閥，當(dāng)系統(tǒng)真空度達(dá)到小羅茨泵啟動真空值時（SP:4000Pa），啟動小羅茨泵，當(dāng)系統(tǒng)真空度達(dá)到大羅茨泵啟動真空度時，啟動大羅茨泵。大羅茨泵抽速通過變頻器按設(shè)定的真空度進(jìn)行PID智能自動調(diào)節(jié)。

（3）進(jìn)油/出油系統(tǒng)啟動：當(dāng)系統(tǒng)真空度達(dá)到設(shè)定值（SP:1200Pa）時，出油管路的流量計上設(shè)定好初始的流量，打開進(jìn)油閥門，再打開氣動薄膜調(diào)節(jié)閥，此進(jìn)油運(yùn)行過程中，薄膜調(diào)節(jié)閥開口大小按流量計設(shè)定的初始流量對應(yīng)的閥門開度緩慢打開，每間隔6s打開1%，當(dāng)塔內(nèi)液位達(dá)到設(shè)定值300mm時，啟動出油，出油泵轉(zhuǎn)速按閃蒸塔液位進(jìn)行PID智能自動調(diào)節(jié)，閃蒸塔液位與出油泵頻率間的動態(tài)PID調(diào)節(jié)可以使液位穩(wěn)定在設(shè)定液位處；當(dāng)液位計高位報警時，進(jìn)油薄膜調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；當(dāng)液位計高高位報警時，進(jìn)油關(guān)斷閥關(guān)閉，此報警信號如在5min內(nèi)不消除，系統(tǒng)將此報警信號輸出到中控系統(tǒng)，則關(guān)閉閃蒸設(shè)備系統(tǒng)。

（4）冷凝器回收排放系統(tǒng)。冷凝器回收系統(tǒng)是真空系統(tǒng)的一部分，當(dāng)進(jìn)油運(yùn)行后，真空閃蒸塔被抽出輕烴組分通過真空冷凝器時，輕烴中可凝結(jié)氣體通過真空冷凝器內(nèi)的熱交換，一部分被液化并流入冷凝器的儲油腔，當(dāng)冷凝器儲油腔液位達(dá)到液位開關(guān)時，儲液閥門閉合，充氣閥門打開，3秒后排液閥門打開，將管路及冷凝器儲液腔的凝析油靠自重流出，排液120秒后，關(guān)閉充氣閥門、排液閥門，延時2秒打開工藝閥門，過30秒后再開啟儲液閥門。以上就是整個排凝析油流程。

（5）凝析油罐撬排放系統(tǒng)。真空冷凝器的凝析油及尾氣分離器的凝析油通過排放管路，將凝析油排放到凝析油罐，凝析罐罐頂設(shè)置了氮封閥及氮?dú)庑箟洪y，將凝析油罐內(nèi)壓力控制在2-6kPaG內(nèi)，保持微正壓，當(dāng)凝析油罐的液位計達(dá)到設(shè)定900mm的液位高度時，氣動閥門打開，氣動隔膜泵啟動，凝析油通過氣動隔膜泵輸送到閉排系統(tǒng)，當(dāng)液位計到設(shè)定300mm時，氣動閥關(guān)閉，氣動隔膜泵停止排油。

（6）輔助系統(tǒng)。由電柜正壓系統(tǒng)、壓力變送器、變頻器散熱風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組、油管道伴熱、冷水管道伴熱等部分組成。

電柜正壓系統(tǒng)有兩種操作：測試檢修模式和正常工作模式。

儀表氣壓檢測變送器出現(xiàn)低壓報警時有序停機(jī)；變頻器散熱風(fēng)機(jī)出現(xiàn)報警時，設(shè)備有序停機(jī)，切換變頻器（二級增壓泵及排油泵）使用。

冷水機(jī)組存在開不到位報警、水流量低報警及故障報警，此時應(yīng)停止生產(chǎn)。

（7）停機(jī)系統(tǒng)。有序停機(jī)啟動后，先關(guān)閉氣動薄膜調(diào)節(jié)閥，當(dāng)蒸餾塔里面液位降至設(shè)定低位時，停止出油螺桿泵，之后關(guān)閉冷水機(jī)組，關(guān)閉電加熱器，關(guān)閉導(dǎo)熱油泵，有序停止大羅茨泵、小羅茨泵，再關(guān)閉主抽空閥，最后停真空干泵。

（8）手動沖洗工藝流程。

在設(shè)備暫停使用前，要先對設(shè)備進(jìn)行柴油沖洗，防止原油冷卻后固化造成管道及傳感器堵塞，沖洗時間至少30分鐘。將原油管路進(jìn)行手動切換到柴油管路上，正常點(diǎn)擊系統(tǒng)的自動啟動按鈕，用正常的流程即可進(jìn)行柴油沖洗，沖洗完成后，點(diǎn)擊關(guān)閉系統(tǒng)即可。

3.2 調(diào)試故障處理

真空泵在對閃蒸塔進(jìn)行抽真空過程中，突然出現(xiàn)停泵的情況，調(diào)試工程師一方面從機(jī)械上查找真空干泵是否存在故障，另一方面從電氣上測量運(yùn)行電流和電壓參數(shù)，發(fā)現(xiàn)停泵原因是因?yàn)殡娏鬟^大[2]。

圍繞造成電流過大的原因，結(jié)合干泵的工作曲線（見圖3），從工藝流程方面分析，終于發(fā)現(xiàn)了問題的原因：燃油真空閃蒸裝置要求所進(jìn)原油最大含水率不超過0.5%，但是現(xiàn)場調(diào)試階段，工況實(shí)際含水率為10%，水氣太多導(dǎo)致了真空泵超負(fù)荷工作，引發(fā)電流過載而停機(jī)，在含水量暫時無法降低的情況下，調(diào)試工程師調(diào)整流程，減少進(jìn)入橇塊的介質(zhì)流量，相應(yīng)也就降低了含水率，但同時也影響了燃油的產(chǎn)出率。通過計算得出結(jié)論：即使在減少入口流量的前提下，燃油產(chǎn)出量也能滿足主發(fā)電機(jī)組的使用需求，且性能也滿足要求。

圖3 真空干泵工作曲線

4 結(jié)論

在該原油閃蒸設(shè)備的調(diào)試過程中，在施工階段各種條件不具備的情況下，通過采取一系列臨時措施，確保了陸地調(diào)試的順利完成，通過優(yōu)化工藝流程導(dǎo)入了調(diào)試能力原油介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的真正“開車”，達(dá)到油田生產(chǎn)的實(shí)際工況要求，提高了該類設(shè)備的調(diào)試技術(shù)能力。