油气集输-原油稳定

1第四章原油稳定•原油稳定的必要性和原理•原油稳定工艺•稳定工艺选择•原油稳定设备2第一节原油稳定的必要性和原理•原油稳定的必要性•原油稳定原理•原油稳定达到的技术指标3一、原油稳定的必要性•在常温常压下，含有C1～C4的正构烷烃是气体，这些轻烃从原油中挥发出来时会带走大量戊烷、己烷等组分，造成原油的大量损失。•国内调查表明：对于未经稳定的原油直接进常压储罐，其油气损耗为原油产量的1~3%，其中储罐的蒸发损耗约占40％左右。4原油稳定是为了降低油气集输中的原油蒸发损耗，采用合适的方法将原油中易挥发的轻组分脱除，降低原油的蒸气压，使其原油在常压稳定储存。被脱除的轻烃可做为石油化工的重要原料和工业与民用燃料。因此原油稳定是降低油气损耗和综合利用油气资源的重要措施之一。一、原油稳定的必要性5二、原油稳定原理1.原油蒸气压与温度、组成的关系•原油中所含轻组分愈多，挥发性愈强，原油的饱和蒸气压就愈高。•原油蒸气压随温度的升高而增加。62.降低原油蒸气压的方法降低原油蒸气压的有效方法是脱除C1～C4组分，脱除方法主要有：闪蒸法，一次平衡汽化（降压、加热）分馏法，多次平衡汽化（加热）7三、原油稳定达到的技术指标•我国规定，在最高储存温度下，稳定后原油的蒸汽压（绝压）不超过当地大气压。非管输原油的蒸气压略低，以减少蒸发损耗。•当原油蒸发损耗率低于0.2%(重），可不再进行稳定。8第二节原油稳定工艺•闪蒸分离法负压闪蒸正压闪蒸多级分离稳定油罐烃蒸气回收•分馏稳定法9一、闪蒸分离法如果降低系统压力，或加热提高系统温度，就会破坏原来的汽液平衡状态，产生一次汽化过程，使原油中轻组分挥发出来。闪蒸法就是利用这一原理来实现原油稳定的。101.负压闪蒸法负压闪蒸分离原理流程如图4-2-1。进料油温一般为脱水温度，即50～80℃，塔的操作压力为0.06～0.08MPa（绝）左右。塔顶脱出的闪蒸气经负压压缩机压缩至0.3～0.4MPa（绝）。11图4-2-1负压闪蒸原理流程1—电脱水器；2—稳定塔；3—负压压缩机；4—冷凝器；5—三相分离器；6—泵12负压闪蒸法的特点•工艺流程简单，节省热能；•稳定程度较低，负压压缩机及其控制系统应力求可靠。•负压闪蒸法适用于密度较大的原油，原油中C1～C4含量小于2%（重）。132.正压闪蒸法正压闪蒸法是在正压下提高温度，使原油中部分轻组分蒸发出来，达到稳定的目的。一般闪蒸压力为0.2～0.3MPa（绝），闪蒸温度应提高到80～120℃左右。原理流程图如图4-2-2所示。可利用脱水后的温度不加热或加热后进入稳定装置。14图4-2-2正压闪蒸原理流程1—换热器；2—加热炉；3—闪蒸塔；4—冷凝器；5—三相分离器；6—泵15正压闪蒸法的特点•可脱出较多的轻组分，可不设外输压缩机和进料泵；•需要加热时，能耗较高；•适用于原油中C1～C4含量大于2%（重）的原油稳定。163.多级分离稳定多级分离稳定是将原油分若干级进行油气分离稳定，每一级的油和气都接近于平衡状态。这种方法实际上是用若干次连续闪蒸使原油达到稳定。其典型流程见图4-2-3。这是在国外采用较多的一种稳定工艺。17图4-2-3多级分离稳定原理流程1-高压分离器；2-中压分离器；3-低压分离器18多级分离稳定的特点•分离级数一般3～4级，末级分离压力一般不超过0.05MPa；•工艺简单，投资少；•适用油井生产压力较高，有足够剩余能量可利用的原油；•储油罐应配有大罐抽气系统，降低油气损耗。194.油罐烃蒸气回收其典型流程如图4-2-4。立式油罐承压能力仅为-0.50～2.5kPa，大罐抽气的关键问题是罐内压力的控制。为确保罐内压力在允许范围内，需配置适宜的压缩机和实用的控制仪表，做到超压放空和低压补气，以确保安全可靠。一般调整到油罐正常工作压力为0.10～0.2kPa。20图4-2-4油罐烃蒸气回收原理流程1-油罐；2，5-分离器；3-压缩机；4-冷却器21油罐烃蒸气回收的特点•大罐抽气工艺简单，稳定深度有限。•可回收原油罐的烃蒸气，降低蒸发损耗，对老油田改造，实现原油密闭处理有现实意义。22二、分馏稳定法分馏稳定法是按照轻重组分挥发度不同，用精馏原理将原油中的C1～C4脱除，达到稳定的目的。分馏稳定法的典型流程见图4-2-5。23图4-2-5分馏稳定法原理流程1—换热器；2—稳定塔；3—冷凝器；4—三相分离器；5—回流罐；6—泵；7—重沸器24分馏稳定法的特点•稳定效果好，C1～C4收率高；•工艺流程复杂，控制要求高，能耗高；•是应用最广泛的原油稳定方法，对于C1～C4含量较多的原油，可采用分馏法进行原油稳定。25第三节稳定工艺选择原油稳定工艺随原油性质、稳定要求、原油处理的工艺条件等因素而不同。稳定工艺选择的核心问题是要提高装置建设的经济性。工艺方法的选择；主要工艺参数的确定。26一、工艺方法的选择•稳定深度的确定•稳定工艺的选用271.稳定深度的确定原油稳定深度是指从未稳定原油中分出多少挥发性最强的组分（C1～C4），分出得愈多愈彻底，则原油稳定的深度愈高。通常用最高储存温度下原油的蒸气压来衡量原油稳定的深度。28从降低原油在储运过程中蒸发损耗的角度，原油蒸气压愈低愈好。但追求过低的蒸气压，不仅在油田上需建设庞大的稳定装置，消耗大量能量，而且使稳定原油数量减少、原油中汽油馏分的潜含量减少、原油的品质下降。因此，应根据综合经济效益来确定稳定原油的蒸气压。1.稳定深度的确定29•稳定原油的饱和蒸气压，在最高储存温度下的设计值不宜超过当地大气压0.7倍；•采用铁路及水路运输的原油，装卸过程不能完全密闭，蒸气压应略低。但装置对C5和C5以上重组分的收率（重）不超过未稳定原油的自然蒸发损耗率。1.稳定深度的确定302.稳定工艺的选用从降低蒸发损耗的角度来说，稳定程度越高越好，即稳定后原油蒸气压越低越好。但稳定程度高，稳定装置投入也高，能量消耗大，且原油中的汽油馏分有可能受损。因此应根据综合效益来确定稳定程度。一般应考虑以下因素来选择稳定工艺。31（1）原油性质及油田具体条件•负压闪蒸法：C1～C4＜2%（重）；•正压闪蒸法：C1～C4＞2%（重）；•分馏稳定法：凝析油稳定、分离要求高，由技术经济分析确定；•油田集输压力高可采用多级分离；•油田降低损耗改造或原油稳定的补充，可采用油罐烃蒸气回收。32（2）稳定工艺的能耗各种稳定工艺的能耗对比见表4-3-1。由表可见，分馏法能耗最高，其次是提馏，加热闪蒸能耗较低，而负压脱气能耗最低，尤其是脱气量不大时，动力消耗也很低。33表4-3-1不同稳定工艺能耗对比34（3）投资及拔出率对于相同处理能力的装置，负压闪蒸一般投资较低，分馏法较高，但收率则相反；分馏法拔出率可达4％～6％，负法脱气则一般为0.5％～0.8％，加热闪蒸可获得稍高的拔出率。表5-3-2给出了负压与分馏的比较，按单位处理量比较，分馏法投资高，但按拔出的单位液烃投资计算，则负压闪蒸法较高。35表4-3-2大庆油田原油稳定装置数据36我国原油稳定工艺？国内原油稳定绝大多部分采用负压闪蒸法，其次是正压闪蒸法，采用分馏法较少（大港板桥、大庆萨中和吐哈鄯善等几套）。因国内相当一部分的原油的C1～C4含量为0.8%～2.0%37二、工艺参数的确定各种稳定方法都有其合理的工艺参数，这是装置经济运行的关键。原油稳定工艺的主要参数是稳定压力、温度和进料情况等。381.稳定压力稳定装置的操作压力随工艺方法而不同，其数值同稳定原油所要求的蒸气压和运行能耗直接有关。•负压闪蒸稳定：由工艺计算并参照负压压缩机的性能定，应比当地大气压低0.03MPa。•正压闪蒸稳定：由轻组分含量较低：0.12～0.2MPa；轻组分含量较高：0.2～0.4MPa；•分馏稳定：由工艺计算及气体输送条件确定，一般为0.15～0.3MPa。392.操作温度稳定塔的操作温度与稳定工艺和操作压力有关。操作压力越高，相应的操作温度也越高。•负压闪蒸稳定的操作温应结合脱水或外输温度确定，一般为50～80℃；402.操作温度•正压闪蒸稳定的操作温度应由操作压力和未稳定原油的性质经计算确定，一般为80～120℃。•分馏稳定时，分馏塔的塔底温度应由工艺计算确定，一般塔底为120～200℃，塔顶为50～90℃。413.进料原油的含水要求为了减少稳定设备的腐蚀和污染，稳定装置对进料原油的含水量和含盐量应予以控制。我国各油田建设的原油稳定装置一般都是在脱盐脱水后进入稳定塔的，含水量小于0.5%，含盐小于50毫克/升。42第四节原油稳定设备•稳定器；•气体压缩机；•冷换设备的选用；•工艺安装要求（自学）。43一、稳定器•稳定器是原油稳定装置的主体设备，从原油中脱除轻组分，实现分离稳定就在稳定器内进行。•对闪蒸分离稳定和分馏法来说，稳定器主要有闪蒸分离稳定塔、闪蒸罐和分馏塔等。闪蒸塔又有负压和正压之分。441.闪蒸稳定塔•对负压闪蒸稳定，操作压力低于大气压，操作温度也较低；•与一般蒸馏塔不同，在稳定过程中，液相负荷大于气相负荷；•在闪蒸时，气相基本上在进料口处已大部分逸出，随着液体向下流动脱出的气体愈来愈少。45按照上述工艺特点，设备结构必须适应其工艺特点，现场常用的负压或常压闪蒸的稳定设备通常有两种：负压稳定塔和卧式闪蒸罐。负压闪蒸分离效果的好坏取决于蒸发面积和闪蒸时间。负压稳定塔的结构除了满足塔内压降小，结构简单等一般要求外，为了提高塔的效率，对蒸发面积和闪蒸时间应有足够的保证，以促使一次汽化的完成。1.闪蒸稳定塔46目前，稳定塔塔板形式应根据原油性质确定。可选用筛板、格栅或其他适用填料。各油田采用的负压稳定塔大多是筛板塔，塔内设置数层筛板。为了能达到比较好的分离效果，在塔的设计，应注意以下几个方面：1.闪蒸稳定塔47（1）进料应尽量均匀对塔的进料喷淋装置的设计，一是注意降低进料流速，使原油均匀地喷洒下来，以提高原油的分散度，利于脱气；二是设法加大进料空间，使进料液有一定的喷洒高度。常用的喷淋装置有筛孔式（图4-4-1）和多孔盘管式（图4-4-1）等几种。为了使进料原油有足够的进料空间，喷淋器离第一块塔板的喷淋高度一般为1.5米左右。48图4-4-1筛孔板喷淋器49图4-4-2多孔盘管式喷淋器50（2）塔板数量和布置目前，原油稳定大多采用筛板塔，可造成比较大的闪蒸面积。•采用筛板的筛孔直径必须足够大，使原油能从筛孔中向下淋降，造成较多的闪蒸面积。•塔板数和塔板的布置形式应满足闪蒸面积的需要。51图4-4-3负压稳定塔盘布置（a）悬挂式筛板；（b）折流式塔板1—除雾器；2—环形挡板；3—进油管；4—升气孔；5、6—气体通道（内孔和外环）；7－塔板；8－出油管52（3）塔底高度•闪蒸稳定塔的塔底应有足够的高度，才能保证稳定原油顺利出塔。•一定的塔底高度，使稳定原油有一定的停留缓冲时间（3~5min），这对稳定过程也是有利的。532.闪蒸罐矿场常用的闪蒸罐形式是卧式闪蒸罐，在卧式分离器中间装一至两层筛板，并装有立式分离头（图4-4-4）。未稳定原油从分离头进入，经分离个形成直径不同的油膜柱淋降至卧罐中的筛板上，分出的气体又靠分离伞折流捕雾，达到油气分离的目的。54图4-4-4卧式闪蒸罐1—闪蒸气出口；2—未稳定原油入口；3—立式分离头；4—分离伞：5—液位计；6—浮于连杆机杆；7—出油阀；8—出油口；9—排污口；10—人孔；11—筛板55卧式闪蒸罐的特点•结构简单，筛板面积很大，加大蒸发面积；•面积很大的筛板，降低了原油在分离过程的流程，有利于消泡；•罐底油可由泵抽吸，罐内液面需严格控制。•尤其适合于粘度较大原油的稳定。563.分馏塔分馏稳定法需要有良好的气液传质过程，以保证原油在塔内能比较完全地将其中的C1～C4组分分离出来，而又不带走过多的C5以上组分，即原油在塔内是按精馏原理操作的。57分馏塔通常采用浮阀塔，浮阀塔是50年代初期发展起来的一种传质设备。由于它的生产能力大，结构简单，造价低，塔板效率高，操作弹性大等优点很快得到广泛应用，图5-4-5是浮阀塔结构示意图。3.分馏塔58图4-4-5是浮阀塔结构示意图1—