油氣密閉工藝在王家崗集中處理站的應用

孫國華 趙鐵鋒

1中國石化石油勘探開發研究院 2勝利油田勝利勘察設計研究院有限公司

油氣密閉工藝在王家崗集中處理站的應用

孫國華1趙鐵鋒2

1中國石化石油勘探開發研究院 2勝利油田勝利勘察設計研究院有限公司

勝利油田于20世紀80年代開始廣泛地推廣使用油氣密閉處理工藝，針對不同的油品投產運行了多種密閉流程。王家崗集中處理站開始按開式流程投入生產，三相分離器分水效果比較好，出油含水降到10%左右，污水含油300～500 mg/L；投產一年后，天然氣凝液回收裝置投產，原油處理由開式流程轉為密閉流程，電脫水器出口原油含水≤0.5%。該站油氣密閉處理系統運行平穩，操作和管理方便，是勝利油田比較成功的密閉流程之一。

集中處理站；油氣處理；密閉工藝；三相分離；沖砂設施

1 工程概況

勝利油田于20世紀80年代開始廣泛地推廣使用油氣密閉處理工藝，河口首站、寧海聯合站、坨二站、利津聯合站、王家崗集中處理站和辛一站等針對不同的油品設計了不同形式的密閉流程，提高了勝利油田原油處理工藝技術水平。工程設計時，優先采用油氣密閉處理技術，簡化工藝流程，優化設備結構，降低原油損耗，以減少工程投資和運行成本[1]。

勝利王家崗油田位于東營市東城區西南10 km，東為廣利油田、南為樂安油田，是一個比較獨立的區塊，最大原油產量80×104t/a，原油綜合含水90%。開發設計原油集中處理站1座，集中處理站設計規模80×104t/a。油氣集輸采用三相分離加電脫水密閉集輸工藝，配套建設原油穩定及天然氣凝液回收裝置各1套。原油穩定裝置采用分溜法，正常處理能力50×104t/a，最大80×104t/a；天然氣凝液回收裝置設計規模3×104m3/d，選用透平膨脹機外加混合凝液輔助制冷聯合工藝。

2 工藝流程

王家崗集中處理站油氣處理采用三相分離密閉集輸工藝，主要工藝設備包括三相分離器、緩沖罐、脫水泵、電脫水器、原油穩定塔等，總體工藝流程見圖1。

計量站或接轉站的來油進站后先進三相分離器，分出伴生氣和大部分游離水，再進入含水油緩沖罐。三相分離器與緩沖罐的氣相通過天然氣管線相互連通，設備處于同一個壓力下生產運行，由一套自力式壓力控制閥進行自動調節。三相分離器和緩沖罐分離出的伴生氣，與原油穩定塔頂天然氣匯合，再輸往天然氣凝液回收裝置。三相分離器分出的水，自流到污水處理裝置。進站原油綜合含水90%，進站原油含砂小于0.02%（體積），原油密度為860 kg/m3，55℃時的黏度為13.5×10-6m2/s，凝固點為34.5℃，計量站混輸原油進站溫度為60℃，接轉站含水油溫度為40℃。三相分離器具有脫氣、沉砂和分水功能，沉降脫水溫度為55℃，操作壓力為0.25～0.35 MPa。三相分離器的污水設有手動、自動、出水閥機械放水三種，沉砂可定期采用水力沖洗或人工清除。

圖1 油氣處理總體工藝流程

緩沖罐的出口原油，依次經脫水泵增壓、換熱器Ⅰ加熱，再進入電脫水器進行脫水；電脫水器的出口原油經換熱器Ⅱ加熱，進入原油穩定塔；脫水、穩定后的合格原油，依次經換熱泵增壓、換熱器Ⅰ及換熱器Ⅱ冷卻后送到凈化油儲罐；換熱器Ⅰ對來自緩沖罐的含水原油進行加熱，對來自原油穩定塔的合格原油進行冷卻；換熱器Ⅱ對進入原油穩定塔的原油進行加熱，對來自原油穩定塔的合格原油進行冷卻；污水從電脫水器的底部排出，自流到污水處理裝置。電脫水器的操作溫度為70℃，操作壓力為0.35～0.40 MPa，進脫水器的原油含水≤30%，出脫水器的原油含水≤0.5%。

原油穩定裝置采用分溜法，塔底設置塔底泵和加熱爐，塔頂設置冷凝器、回流罐和DL回流泵，控制原油中C6和C4的拔出率。穩定塔的操作壓力為0.25 MPa，進料溫度為131℃，塔頂溫度為53℃，塔底溫度為182℃。塔底穩定后的合格原油經換熱器冷卻后送到凈化油儲罐，塔頂天然氣送到天然氣凝液回收裝置；塔底穩定后的不合格原油進入含水油事故罐重新處理。

凈化油儲罐的原油儲存溫度為65～75℃，合格原油經外輸泵增壓、計量后外輸。原油罐區設3 000 m3加高拱頂罐1座，作為密閉流程的含水油事故罐或開式流程的一次沉降罐；設置2座3 000 m3拱頂罐作為凈化油儲罐，其中1座可作為開式流程的二次沉降罐。

3 技術特點分析

3.1 工藝流程簡單實用

王家崗集中處理站的工藝流程簡單實用，主要設備作了獨特設計，生產控制點比較少。投產第一年，按開式流程生產（三相分離器加二級沉降罐脫水），三相分離器的分水效果比較好，分離器進液含水90%左右，出油含水降到10%左右，污水含油300～500 mg/L。投產一年后，天然氣凝液回收裝置建成并投產，原油處理由開式流程轉為密閉流程。密閉流程切換3 h后，整個生產系統就實現了正常運行，電脫水器運行操作平穩，生產管理方便，完全達到了預期的目的。

3.2 三相分離器與緩沖罐連通保證了分水效果

油氣密閉處理工藝的主要設備是三相分離器，三相分離器的平穩、可靠運行是保證密閉流程穩定運行的關鍵所在。在該流程中，三相分離器與緩沖罐的氣相連通，三相分離器和含水油緩沖罐設計在同一個壓力下，由一套自力式壓力控制閥進行調節。三相分離器的安裝位置比緩沖罐高，使分離器中的原油能夠自流進入緩沖罐。該流程的這一獨特設計，使得該流程具有下列特點：

（1）多臺三相分離器和1臺緩沖罐只有一套壓力控制回路，控制點少。壓力控制選用自力式調節閥，有效地控制了分離器和緩沖罐的壓力。

（2）各分離器處于同一壓力下，進料分配不存在由于有壓力偏差而導致偏流的現象。進料分配比較均衡，從而確保了分離器的平穩運行。

（3）分離器的含水原油自流進入緩沖罐，不設出油控制閥，避免了因出油閥不好用而導致分離器跑油，造成生產事故。

（4）只要控制住緩沖罐的液位不超高，就可保證三相分離器不跑油。緩沖罐的液位比較容易控制，這樣三相分離器就能做到平穩、可靠運行。

3.3 三相分離器結構特點

設計了全新結構的三相分離器，內部設有高效聚結板、沖砂、消渦流等裝置，油、水分離效果較好。該三相分離器具有下列特點：

（1）三相分離器的進口設置了旋流分離裝置，在進入分離器主體之前預先分出一部分天然氣，提高了分離器的氣、液兩相分離效果。

（2）旋流分離裝置的設計考慮了水洗理論，液相出口插入到水層，使原油首先通過水層水洗，提高了油、水分離效果。

（3）分離器內部設有高效聚結板，強化油、水的分離，提高了油、水分離效果。

（4）采用可調高度的溢流裝置控制油、水界面，溢流堰控制分離器液面，使液面得到了有效控制，確保分離器的平穩運行。

（5）出水和出油口設有可靠的消渦流裝置，可以避免旋渦造成的污水帶油、帶氣。

（6）分離器取消了出油控制閥，原油自流進入緩沖罐，減少了生產事故。

（7）針對該地區油井出砂的特點，分離器設置了不停產污水沖砂裝置。沖砂裝置投產后實現了不停產定期沖砂，保證了分離器的穩定運行。

3.4 加熱分餾工藝可以嚴格控制C6拔出率

原油穩定采用加熱分餾工藝，分餾塔內有多層塔板，組分切割清晰。塔底設置了加熱爐，可根據需要調節加熱溫度，關鍵輕組分的收率高。塔頂設計了回流，根據關鍵重組分的拔出率和產品質量要求控制塔頂溫度。采用該工藝，穩定后的原油蒸汽壓比較低，原油在儲存和運輸過程中的揮發損耗小。對于負壓壓縮機產品質量不過關的年代，加熱分餾工藝還是有一定的應用市場。原油穩定規模按50×104t/a設計，原油中C6的拔出率不大于5%，原油中nC4的拔出率為90%。

在原油加熱流程設計時，考慮了一熱多用，首先考慮電脫水器原油脫水的升溫需要，其次考慮原油外輸溫度的需要，最后考慮原油穩定塔進料溫度的需要。在方案設計階段，對原油穩定塔的進料溫度和操作壓力進行了多方案優化，最終確定分餾塔的操作壓力為0.25 MPa，進料溫度為131℃，塔底溫度為182℃。優化方案做到了投資最少，能耗較低。

3.5 脫水泵和外輸泵等選擇合理

脫水泵選用螺桿泵，對油水的剪切乳化作用小，有利于電脫水器的原油脫水。脫水泵的出口設置了回流閥，回流閥返回緩沖罐，對緩沖罐的液位進行有效地調節。生產運行表明，實現了緩沖罐液位在允許的上、下限之間波動，使電脫水器的液量保持基本穩定，保證了設備的穩定運行。換熱泵、塔底泵和外輸泵選擇合理（均選用離心泵）。

4 結語

4.1 存在的問題

王家崗集中處理站的原油含砂比較多，經多年生產運行后，三相分離器也暴露出一些問題，主要表現在：

（1）采用的機械式浮子連桿出水閥可靠性不好，運行一段時間后因出水閥損壞導致不能正常使用。

（2）經過多年的運行，沖砂裝置的內部管線已經腐蝕嚴重，不能使用。

（3）沖砂系統由于全部為手動操作，每臺分離器沖砂一次需要2 h以上，工人勞動強度大。

4.2 幾點認識

（1）設計油氣密閉處理工藝時，應積極慎重地采用新工藝、新技術、新設備和新材料。本著工藝要實用、流程要縮短、設備要高效、設施要簡化的原則，進行多方案比選優化。

（2）儀表系統的控制點要盡可能地少，以減少工程投資，提高整個系統的生產可靠性。同時考慮自控系統要容易維護、管理。

（3）三相分離器是密閉處理工藝的關鍵設備，需要不斷改進技術，使分離器適合比較寬的高含水、低油氣比條件。采出液普遍存在出砂、污水結垢等問題，高效聚結板要避免積砂堵塞。

（4）對于三相分離器的出油閥、出水閥、出氣閥，緩沖罐的出油閥，宜選用自動控制閥。

（5）在方案研究階段，就要考慮解決多臺三相分離器運行進、出液不平衡的問題[2]。

（6）三相分離器的底部設計自動沖砂設施，排砂閥可以考慮選用特殊結構的碟閥、球閥等，并對其密封性能提出要求。

[1]楊勇．鄭家特超稠油凈化處理工藝技術研究和設計[J]．油氣田地面工程，2009，28（12）：6-7．

[2]房錫安．三相分離器進出液不平衡問題的分析[J]．油氣田地面工程，2009，28（7）：81-81．

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.022

孫國華：教授級高工，1983年畢業于華東石油學院石油煉制專業，現從事油田地面工程咨詢和設計工作。

15901315132、sgh09@163.com

（欄目主持 張秀麗）