[教育]油氣集輸-原油穩(wěn)定

1、1,第四章 原油穩(wěn)定,原油穩(wěn)定的必要性和原理原油穩(wěn)定工藝穩(wěn)定工藝選擇原油穩(wěn)定設(shè)備,2,第一節(jié) 原油穩(wěn)定的必要性和原理,原油穩(wěn)定的必要性原油穩(wěn)定原理原油穩(wěn)定達(dá)到的技術(shù)指標(biāo),3,一、原油穩(wěn)定的必要性,在常溫常壓下，含有C1～C4的正構(gòu)烷烴是氣體，這些輕烴從原油中揮發(fā)出來時(shí)會(huì)帶走大量戊烷、己烷等組分，造成原油的大量損失。國(guó)內(nèi)調(diào)查表明：對(duì)于未經(jīng)穩(wěn)定的原油直接進(jìn)常壓儲(chǔ)罐，其油氣損耗為原油產(chǎn)量的1~3%，其中儲(chǔ)罐的蒸發(fā)損耗約占40％左

2、右。,4,原油穩(wěn)定是為了降低油氣集輸中的原油蒸發(fā)損耗，采用合適的方法將原油中易揮發(fā)的輕組分脫除，降低原油的蒸氣壓，使其原油在常壓穩(wěn)定儲(chǔ)存。被脫除的輕烴可做為石油化工的重要原料和工業(yè)與民用燃料。因此原油穩(wěn)定是降低油氣損耗和綜合利用油氣資源的重要措施之一。,一、原油穩(wěn)定的必要性,5,二、原油穩(wěn)定原理,1.原油蒸氣壓與溫度、組成的關(guān)系原油中所含輕組分愈多，揮發(fā)性愈強(qiáng)，原油的飽和蒸氣壓就愈高。原油蒸氣壓隨溫度的升高而增加。,6,2. 降低

3、原油蒸氣壓的方法,降低原油蒸氣壓的有效方法是脫除C1～C4組分，脫除方法主要有： 閃蒸法， 一次平衡汽化（降壓、加熱） 分餾法，多次平衡汽化（加熱）,7,三、原油穩(wěn)定達(dá)到的技術(shù)指標(biāo),我國(guó)規(guī)定，在最高儲(chǔ)存溫度下，穩(wěn)定后原油的蒸汽壓（絕壓）不超過當(dāng)?shù)卮髿鈮?。非管輸原油的蒸氣壓略低，以減少蒸發(fā)損耗。當(dāng)原油蒸發(fā)損耗率低于0.2%(重），可不再進(jìn)行穩(wěn)定。,8,第二節(jié) 原油穩(wěn)定工藝,閃蒸分離法負(fù)壓閃蒸正壓閃蒸多級(jí)分離穩(wěn)定油罐烴蒸氣

4、回收分餾穩(wěn)定法,9,一、閃蒸分離法,如果降低系統(tǒng)壓力，或加熱提高系統(tǒng)溫度，就會(huì)破壞原來的汽液平衡狀態(tài)，產(chǎn)生一次汽化過程，使原油中輕組分揮發(fā)出來。閃蒸法就是利用這一原理來實(shí)現(xiàn)原油穩(wěn)定的。,10,1. 負(fù)壓閃蒸法,負(fù)壓閃蒸分離原理流程如圖4-2-1 。進(jìn)料油溫一般為脫水溫度，即50～80℃，塔的操作壓力為0.06 ～0.08MPa（絕）左右。塔頂脫出的閃蒸氣經(jīng)負(fù)壓壓縮機(jī)壓縮至0.3～0.4MPa（絕）。,11,圖4-2-1 負(fù)壓閃蒸原理

5、流程1—電脫水器；2—穩(wěn)定塔；3—負(fù)壓壓縮機(jī)；4—冷凝器；5—三相分離器；6—泵,12,負(fù)壓閃蒸法的特點(diǎn),工藝流程簡(jiǎn)單，節(jié)省熱能；穩(wěn)定程度較低，負(fù)壓壓縮機(jī)及其控制系統(tǒng)應(yīng)力求可靠。負(fù)壓閃蒸法適用于密度較大的原油，原油中C1～C4含量小于2%（重）。,13,2. 正壓閃蒸法,正壓閃蒸法是在正壓下提高溫度，使原油中部分輕組分蒸發(fā)出來，達(dá)到穩(wěn)定的目的。 一般閃蒸壓力為0.2～0.3MPa（絕），閃蒸溫度應(yīng)提高到80～120℃左右。原理流

6、程圖如圖4-2-2所示?？衫妹撍蟮臏囟炔患訜峄蚣訜岷筮M(jìn)入穩(wěn)定裝置。,14,圖4-2-2 正壓閃蒸原理流程1—換熱器；2—加熱爐；3—閃蒸塔；4—冷凝器；5—三相分離器；6—泵,15,正壓閃蒸法的特點(diǎn),可脫出較多的輕組分，可不設(shè)外輸壓縮機(jī)和進(jìn)料泵；需要加熱時(shí)，能耗較高；適用于原油中C1～C4含量大于2%（重）的原油穩(wěn)定。,16,3. 多級(jí)分離穩(wěn)定,多級(jí)分離穩(wěn)定是將原油分若干級(jí)進(jìn)行油氣分離穩(wěn)定，每一級(jí)的油和氣都接近于平衡狀態(tài)。這

7、種方法實(shí)際上是用若干次連續(xù)閃蒸使原油達(dá)到穩(wěn)定。其典型流程見圖4-2-3。這是在國(guó)外采用較多的一種穩(wěn)定工藝。,17,圖4-2-3 多級(jí)分離穩(wěn)定原理流程1-高壓分離器；2-中壓分離器；3-低壓分離器,18,多級(jí)分離穩(wěn)定的特點(diǎn),分離級(jí)數(shù)一般3～4級(jí)，末級(jí)分離壓力一般不超過0.05MPa；工藝簡(jiǎn)單，投資少；適用油井生產(chǎn)壓力較高，有足夠剩余能量可利用的原油；儲(chǔ)油罐應(yīng)配有大罐抽氣系統(tǒng)，降低油氣損耗。,19,4. 油罐烴蒸氣回收,其典型流程如

8、圖4-2-4。立式油罐承壓能力僅為-0.50～2.5kPa，大罐抽氣的關(guān)鍵問題是罐內(nèi)壓力的控制。為確保罐內(nèi)壓力在允許范圍內(nèi)，需配置適宜的壓縮機(jī)和實(shí)用的控制儀表，做到超壓放空和低壓補(bǔ)氣，以確保安全可靠。一般調(diào)整到油罐正常工作壓力為0.10～0.2kPa。,20,圖4-2-4 油罐烴蒸氣回收原理流程1-油罐；2，5-分離器；3-壓縮機(jī)；4-冷卻器,21,油罐烴蒸氣回收的特點(diǎn),大罐抽氣工藝簡(jiǎn)單，穩(wěn)定深度有限?？苫厥赵凸薜臒N蒸氣，降低蒸發(fā)

9、損耗，對(duì)老油田改造，實(shí)現(xiàn)原油密閉處理有現(xiàn)實(shí)意義。,22,二、分餾穩(wěn)定法,分餾穩(wěn)定法是按照輕重組分揮發(fā)度不同，用精餾原理將原油中的C1～C4脫除，達(dá)到穩(wěn)定的目的。分餾穩(wěn)定法的典型流程見圖4-2-5。,23,圖4-2-5 分餾穩(wěn)定法原理流程1—換熱器；2—穩(wěn)定塔；3—冷凝器；4—三相分離器； 5—回流罐；6—泵；7—重沸器,24,分餾穩(wěn)定法的特點(diǎn),穩(wěn)定效果好，C1～C4收率高；工藝流程復(fù)雜，控制要求高，能耗高；是應(yīng)用最廣泛的原油穩(wěn)定

10、方法，對(duì)于C1～C4含量較多的原油，可采用分餾法進(jìn)行原油穩(wěn)定。,25,第三節(jié) 穩(wěn)定工藝選擇,原油穩(wěn)定工藝隨原油性質(zhì)、穩(wěn)定要求、原油處理的工藝條件等因素而不同。穩(wěn)定工藝選擇的核心問題是要提高裝置建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。 工藝方法的選擇；主要工藝參數(shù)的確定。,26,一、工藝方法的選擇,穩(wěn)定深度的確定穩(wěn)定工藝的選用,27,1.穩(wěn)定深度的確定,原油穩(wěn)定深度是指從未穩(wěn)定原油中分出多少揮發(fā)性最強(qiáng)的組分（C1～C4），分出得愈多愈徹底，則原油穩(wěn)定的深度愈

11、高。通常用最高儲(chǔ)存溫度下原油的蒸氣壓來衡量原油穩(wěn)定的深度。,28,從降低原油在儲(chǔ)運(yùn)過程中蒸發(fā)損耗的角度，原油蒸氣壓愈低愈好。但追求過低的蒸氣壓，不僅在油田上需建設(shè)龐大的穩(wěn)定裝置，消耗大量能量，而且使穩(wěn)定原油數(shù)量減少、原油中汽油餾分的潛含量減少、原油的品質(zhì)下降。因此，應(yīng)根據(jù)綜合經(jīng)濟(jì)效益來確定穩(wěn)定原油的蒸氣壓。,1.穩(wěn)定深度的確定,29,穩(wěn)定原油的飽和蒸氣壓，在最高儲(chǔ)存溫度下的設(shè)計(jì)值不宜超過當(dāng)?shù)卮髿鈮?.7倍；采用鐵路及水路運(yùn)輸?shù)脑停b

12、卸過程不能完全密閉，蒸氣壓應(yīng)略低。但裝置對(duì)C5和C5以上重組分的收率（重）不超過未穩(wěn)定原油的自然蒸發(fā)損耗率。,1.穩(wěn)定深度的確定,30,2. 穩(wěn)定工藝的選用,從降低蒸發(fā)損耗的角度來說，穩(wěn)定程度越高越好，即穩(wěn)定后原油蒸氣壓越低越好。但穩(wěn)定程度高，穩(wěn)定裝置投入也高，能量消耗大，且原油中的汽油餾分有可能受損。因此應(yīng)根據(jù)綜合效益來確定穩(wěn)定程度。一般應(yīng)考慮以下因素來選擇穩(wěn)定工藝。,31,（1）原油性質(zhì)及油田具體條件,負(fù)壓閃蒸法：C1～C4＜2%

13、（重）；正壓閃蒸法：C1～C4＞2%（重）；分餾穩(wěn)定法：凝析油穩(wěn)定、分離要求高，由技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定；油田集輸壓力高可采用多級(jí)分離；油田降低損耗改造或原油穩(wěn)定的補(bǔ)充，可采用油罐烴蒸氣回收。,32,（2）穩(wěn)定工藝的能耗,各種穩(wěn)定工藝的能耗對(duì)比見表4-3-1。由表可見，分餾法能耗最高，其次是提餾，加熱閃蒸能耗較低，而負(fù)壓脫氣能耗最低，尤其是脫氣量不大時(shí)，動(dòng)力消耗也很低。,33,表4-3-1 不同穩(wěn)定工藝能耗對(duì)比,34,（3）投資及拔出

14、率,對(duì)于相同處理能力的裝置，負(fù)壓閃蒸一般投資較低，分餾法較高，但收率則相反；分餾法拔出率可達(dá)4％～6％，負(fù)法脫氣則一般為0.5％～0.8％，加熱閃蒸可獲得稍高的拔出率。表5-3-2給出了負(fù)壓與分餾的比較，按單位處理量比較，分餾法投資高，但按拔出的單位液烴投資計(jì)算，則負(fù)壓閃蒸法較高。,35,表4-3-2 大慶油田原油穩(wěn)定裝置數(shù)據(jù),36,我國(guó)原油穩(wěn)定工藝？,國(guó)內(nèi)原油穩(wěn)定絕大多部分采用負(fù)壓閃蒸法，其次是正壓閃蒸法，采用分餾法較少（大港板橋、

15、大慶薩中和吐哈鄯善等幾套）。因國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分的原油的C1～ C4含量為0.8%～2.0%,37,二、工藝參數(shù)的確定,各種穩(wěn)定方法都有其合理的工藝參數(shù)，這是裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。原油穩(wěn)定工藝的主要參數(shù)是穩(wěn)定壓力、溫度和進(jìn)料情況等。,38,1. 穩(wěn)定壓力,穩(wěn)定裝置的操作壓力隨工藝方法而不同，其數(shù)值同穩(wěn)定原油所要求的蒸氣壓和運(yùn)行能耗直接有關(guān)。負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定：由工藝計(jì)算并參照負(fù)壓壓縮機(jī)的性能定，應(yīng)比當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?.03MPa。正壓閃蒸穩(wěn)定：由輕

16、組分含量較低：0.12～0.2MPa；輕組分含量較高：0.2～0.4MPa；分餾穩(wěn)定：由工藝計(jì)算及氣體輸送條件確定，一般為0.15 ～0.3MPa。,39,2. 操作溫度,穩(wěn)定塔的操作溫度與穩(wěn)定工藝和操作壓力有關(guān)。操作壓力越高，相應(yīng)的操作溫度也越高。負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定的操作溫應(yīng)結(jié)合脫水或外輸溫度確定，一般為50～80℃；,40,2. 操作溫度,正壓閃蒸穩(wěn)定的操作溫度應(yīng)由操作壓力和未穩(wěn)定原油的性質(zhì)經(jīng)計(jì)算確定，一般為80～120℃。分餾穩(wěn)定

17、時(shí)，分餾塔的塔底溫度應(yīng)由工藝計(jì)算確定，一般塔底為120～200℃，塔頂為50～90 ℃ 。,41,3. 進(jìn)料原油的含水要求,為了減少穩(wěn)定設(shè)備的腐蝕和污染，穩(wěn)定裝置對(duì)進(jìn)料原油的含水量和含鹽量應(yīng)予以控制。 我國(guó)各油田建設(shè)的原油穩(wěn)定裝置一般都是在脫鹽脫水后進(jìn)入穩(wěn)定塔的，含水量小于0.5%，含鹽小于50毫克/升。,42,第四節(jié) 原油穩(wěn)定設(shè)備,穩(wěn)定器；氣體壓縮機(jī)；冷換設(shè)備的選用；工藝安裝要求（自學(xué)）。,43,一、穩(wěn)定器,穩(wěn)定器是原油穩(wěn)定裝

18、置的主體設(shè)備，從原油中脫除輕組分，實(shí)現(xiàn)分離穩(wěn)定就在穩(wěn)定器內(nèi)進(jìn)行。對(duì)閃蒸分離穩(wěn)定和分餾法來說，穩(wěn)定器主要有閃蒸分離穩(wěn)定塔、閃蒸罐和分餾塔等。閃蒸塔又有負(fù)壓和正壓之分。,44,1. 閃蒸穩(wěn)定塔,對(duì)負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定，操作壓力低于大氣壓，操作溫度也較低；與一般蒸餾塔不同，在穩(wěn)定過程中，液相負(fù)荷大于氣相負(fù)荷；在閃蒸時(shí)，氣相基本上在進(jìn)料口處已大部分逸出，隨著液體向下流動(dòng)脫出的氣體愈來愈少。,45,按照上述工藝特點(diǎn)，設(shè)備結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)其工藝特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)

19、常用的負(fù)壓或常壓閃蒸的穩(wěn)定設(shè)備通常有兩種：負(fù)壓穩(wěn)定塔和臥式閃蒸罐。 負(fù)壓閃蒸分離效果的好壞取決于蒸發(fā)面積和閃蒸時(shí)間。負(fù)壓穩(wěn)定塔的結(jié)構(gòu)除了滿足塔內(nèi)壓降小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等一般要求外，為了提高塔的效率，對(duì)蒸發(fā)面積和閃蒸時(shí)間應(yīng)有足夠的保證，以促使一次汽化的完成。,1. 閃蒸穩(wěn)定塔,46,目前，穩(wěn)定塔塔板形式應(yīng)根據(jù)原油性質(zhì)確定?？蛇x用篩板、格柵或其他適用填料。各油田采用的負(fù)壓穩(wěn)定塔大多是篩板塔，塔內(nèi)設(shè)置數(shù)層篩板。為了能達(dá)到比較好的分離效果，在

20、塔的設(shè)計(jì)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：,1. 閃蒸穩(wěn)定塔,47,（1） 進(jìn)料應(yīng)盡量均勻,對(duì)塔的進(jìn)料噴淋裝置的設(shè)計(jì)，一是注意降低進(jìn)料流速，使原油均勻地噴灑下來，以提高原油的分散度，利于脫氣；二是設(shè)法加大進(jìn)料空間，使進(jìn)料液有一定的噴灑高度。常用的噴淋裝置有篩孔式（圖4-4-1）和多孔盤管式（圖4-4-1）等幾種。為了使進(jìn)料原油有足夠的進(jìn)料空間，噴淋器離第一塊塔板的噴淋高度一般為1.5米左右。,48,圖4-4-1 篩孔板噴淋器,49,圖4-4-2

21、 多孔盤管式噴淋器,50,（2）塔板數(shù)量和布置,目前，原油穩(wěn)定大多采用篩板塔，可造成比較大的閃蒸面積。采用篩板的篩孔直徑必須足夠大，使原油能從篩孔中向下淋降，造成較多的閃蒸面積。 塔板數(shù)和塔板的布置形式應(yīng)滿足閃蒸面積的需要 。,51,圖4-4-3負(fù)壓穩(wěn)定塔盤布置（a）懸掛式篩板；（b）折流式塔板,1—除霧器；2—環(huán)形擋板；3—進(jìn)油管；4—升氣孔；5、6—?dú)怏w通道（內(nèi)孔和外環(huán)）；7－塔板；8－出油管,52,（3）塔底高度,閃蒸

22、穩(wěn)定塔的塔底應(yīng)有足夠的高度，才能保證穩(wěn)定原油順利出塔。一定的塔底高度，使穩(wěn)定原油有一定的停留緩沖時(shí)間（3~5min），這對(duì)穩(wěn)定過程也是有利的。,53,2. 閃蒸罐,礦場(chǎng)常用的閃蒸罐形式是臥式閃蒸罐，在臥式分離器中間裝一至兩層篩板，并裝有立式分離頭（圖4-4-4）。未穩(wěn)定原油從分離頭進(jìn)入，經(jīng)分離個(gè)形成直徑不同的油膜柱淋降至臥罐中的篩板上，分出的氣體又靠分離傘折流捕霧，達(dá)到油氣分離的目的。,54,圖4-4-4 臥式閃蒸罐1—閃蒸氣出

23、口；2—未穩(wěn)定原油入口；3—立式分離頭；4—分離傘：5—液位計(jì)；6—浮于連桿機(jī)桿；7—出油閥；8—出油口；9—排污口；10—人孔；11—篩板,55,臥式閃蒸罐的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，篩板面積很大，加大蒸發(fā)面積；面積很大的篩板，降低了原油在分離過程的流程，有利于消泡；罐底油可由泵抽吸，罐內(nèi)液面需嚴(yán)格控制。尤其適合于粘度較大原油的穩(wěn)定。,56,3. 分餾塔,分餾穩(wěn)定法需要有良好的氣液傳質(zhì)過程，以保證原油在塔內(nèi)能比較完全地將其中的C1～C4組

24、分分離出來，而又不帶走過多的C5以上組分，即原油在塔內(nèi)是按精餾原理操作的。,57,分餾塔通常采用浮閥塔，浮閥塔是50年代初期發(fā)展起來的一種傳質(zhì)設(shè)備。由于它的生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，塔板效率高，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)很快得到廣泛應(yīng)用，圖5-4-5是浮閥塔結(jié)構(gòu)示意圖。,3. 分餾塔,58,圖4-4-5是浮閥塔結(jié)構(gòu)示意圖1—上層塔板；2—進(jìn)口堰；3—塔板；4—塔壁；5—下層塔板；6—降液管；7—溢流堰；8—盤式浮閥,59,氣液在塔板上的傳質(zhì)

25、過程,浮閥塔板是在帶降液管的塔板上開有許多孔作為氣流通道，孔上方設(shè)有可上下浮動(dòng)的閥片，上升的氣流經(jīng)過閥片自下而上吹起浮閥，從浮閥周邊水平地吹入塔板上液層，與塔板上橫向流過的液相接觸，進(jìn)行傳質(zhì)。液體則由上一層塔板的降液管流入，經(jīng)進(jìn)口堰均勻分布，再橫流過塔板，與氣相接觸傳質(zhì)后，經(jīng)溢流堰和降液管流入下面一層塔板。,60,浮閥塔設(shè)計(jì)注意的問題,適當(dāng)加大塔板間距，以適應(yīng)較大的操作彈性及起泡程度不同的原油 ，對(duì)減少霧沫夾帶量也有利；浮閥的類型選用

26、和布置遵循結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)的原則； 原油中含水較多時(shí)，可設(shè)置相應(yīng)的排水閥排水。,61,直徑較小的分餾塔可采用填料塔，各種填料的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-4-6。近年來結(jié)構(gòu)填料的使用越來越多，可替代大直徑的塔盤。,填料塔,62,圖4-4-6 各種形態(tài)的填料,63,二、壓縮機(jī),閃蒸分離工藝對(duì)壓縮機(jī)有如下要求：閃蒸氣是一種濕氣，必須能適應(yīng)氣體帶液狀態(tài)。 閃蒸氣量隨進(jìn)料和運(yùn)行工況會(huì)有較大幅度的變化，壓縮機(jī)應(yīng)能在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。對(duì)負(fù)壓閃

27、蒸來說，吸入端是在負(fù)壓下運(yùn)行的，要求壓縮機(jī)進(jìn)口能形成一定的真空度。 壓縮機(jī)的安裝容易，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)單。,64,壓縮機(jī)的選用,氣體處理量小，可選螺桿壓縮機(jī)或活塞式壓縮機(jī)；裝置撥出氣很大時(shí)宜選用離心式壓縮機(jī)。,65,螺桿壓縮機(jī),螺桿壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)。氣體壓力的提高是依靠直接將氣體的體積壓縮來實(shí)現(xiàn)的。螺桿壓縮機(jī)的氣缸成“ 8”字形，內(nèi)裝兩個(gè)轉(zhuǎn)子—陽(yáng)轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子，如圖5-4-7所示。,66,圖4-4-7 螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的端面型線