立式原油脫水罐改進型工藝設計

宋傳陽，蔣 旭，徐利軍，楊欽魁

立式原油脫水罐改進型工藝設計

宋傳陽，蔣 旭，徐利軍，楊欽魁

（新疆石油勘察設計研究院（有限公司）， 新疆 克拉瑪依 834000）

原油沉降罐脫水法一直是國內外原油生產中最常用的原油處理技術。結合現場實際應用，針對沉降脫水罐油水分離效率低，耗時較長等問題，提出了一種改進型立式原油脫水罐工藝，該工藝使用方便、易于操作、分離效果好，有效滿足了原油日常生產的需要。

油水分離；脫水罐；油水界面

20世紀70年代，立式原油脫水罐在我國油田上被運用于高含水原油的一段脫水。80年代末又推廣運用于稠油的一段和二段脫水。現將立式原油脫水罐在設計中的有關問題做一論述，供工程設計人員和有關人員參考[1-5]。

1 脫水罐的原理與結構

立式原油脫水罐的結構多種多樣，圖1為新疆石油勘察設計研究院經過多次改進后的立式原油脫水罐結構示意圖。

圖1 立式原油脫水罐結構圖

我院立式原油脫水罐由以下主要部件組成：①.罐體；②.進液管；③.進液分配管；④.集油槽；⑤.出油管；⑥.集水管；⑦.油水界面平衡管；⑧.調節水箱；⑨.出水管；⑩；排液管；?.平衡管高度調節器；?.箱頂人孔；?.穩定乳狀液排放管。立式原油脫水罐附件（清掃孔、盤梯、透光孔、通氣管、人孔等），未在圖中畫出。

脫水罐油水界面以上為油層沉降脫水段，分配管至油水界面段為水洗層，作用是溶匯來液中的游離水，提高脫水效率；分配管以下至集水管為水中除油段。

罐內油水界面能夠維持基本不變，是利用∪型管能量平衡原理完成的。脫水罐在保持油水界面基本不變的狀態下做到油走油路、水走水路，實現自身的自動化運行。

2 脫水罐高度、直徑及容積的確定

罐體高度以下游儲罐安全液位高度與脫水罐出油管頂高度差，必須大于兩罐連通管的最大水力摩阻，并留有一定的余量。脫水罐直徑按所需高度和最大處理液量確定。脫水罐的處理量有兩種計算方法，用儲罐改造的脫水罐用表面負荷率計算，新設計的脫水罐采用油水各自停留時間的計算法。

表面負荷率是指在單位時間內罐內單位面積上通過的液量，用m3/(m2?h)表示， 稀油的表面負荷率取1~1.8 m3/(m2?h)，稠油應適當降低，宜取0.4~0.8 m3/m2，可依據油品性質和是否加入破乳劑及進罐溫度的不同合理選用。

計算罐體直徑公式：（表面負荷率法）

計算罐體容積公式：

停留時間計算法

因為脫水罐的上段為油中脫水，下段為水中除油，所以上段和下段應分別計算，為保證出水含油率在允許的范圍內，不給下游水處理造成困難，應優先滿足水中除油的停留時間，根據采出水除油罐設計規范SY/T0083-2008規定,除油罐有效容積停留時間為2.5~3.5 h,（稠油應適當延長），一段脫水油層厚度一般在4 m以內，油層厚度為4 m，來油含水率為60%~80%時，油的停留時間約為水停留時間的0.7~2倍。

式中：0—處理油量m3/h;

—脫水罐容積，m3;

—脫水罐直徑，m;

w—小時處理水量，m3/h;

ol—小時處理低含水油量，m3/h;

0—油段平均含水率，%, 取15%~20%;

w—來液含水率，%;

—波動系數，取1.2~1.5;

—脫水罐罐壁高，m;

T—集油槽至罐壁高尺寸， 按罐體設計規范要求確定;

2.5—底水及水洗段高度，m;

w—水層停留時間，h;

0—油層停留時間，h。

脫水罐設計直徑應該選取標準罐或已建罐的直徑。

3 確定油水界面高度

不存在真實的油水分界面，工藝計算時的油水分界面是假定的分界面。以下因素作為油水界面的確定原則，具體設計時根據處理規模、油中含水率、破乳情況與油水性質等進行相應調整。

（1）水中除油段容積應該滿足水停留時間。

（2）油層厚度一段脫水時一般取4 m以內，據此可推算出停留時間。

（3）水洗段厚度一般為1.0~1.5 m。

（4）新工程中原油入罐含水率可按60%左右計算。改造工程中原油入罐含水率需按含水率預計值或含水率實際值計算，二段脫水含水率一般不應大于20%。

這樣讓學生體會狐貍的狡猾和老虎的愚笨：狐貍開始緊張，眼珠骨碌碌一轉想辦法，虛張聲勢，扯著嗓子借老天爺嚇老虎，借老虎的威風嚇跑百獸，多么狡猾。老虎開始愣住了，半信半疑，后來的信以為真，多么愚笨。

（5）進油分配管和集水管之間的水層容積按90%進罐水量計算，當采用二段脫出水回摻時，按進罐水量的100%計算。采出水停留時間稀油可按3.5~4 h計，稠油應不小于5 h。

（6）集水管下部水層按1.0 m計。

( 7 )罐容在滿足采出水停留時間前提下，多余容積宜增加油層厚度。

依據以上各種因素，油水界面高度便可合理的被確定。

4 進液管與進液分配管

進液量是進液管及分配管的設計基礎，設計時進液量的波動系數按1.2~1.5計。

(2)進液分配管的用途是勻稱的分配沉降脫水罐中的進液，來充分利用沉降面積以提升脫水效率，分配管設計參數如下。

①分配管設計高度為油水界面以下1~1.5 m，此段為水洗段，對上升的原油起水洗作用，其厚度隨涌水層Hf變化有波動。

②分配管數量一般選為10根左右。

③一般原油管內流速為0.6 m/s，稠油流速為0.4 m/s,開孔總面積等于分配管截面積。

④為使進液均勻分布在在脫水罐內，因此不可等間距分配分配管上的開孔，離罐中央較近處孔徑小、孔距大，離罐中央較遠處孔徑大、孔距小，孔徑與孔距可按三級布置，每級孔徑與孔距差為1倍。

5 出水管、油水界面平衡管和集水管

（1）出水管。出水管和平衡管一并設在集水箱中，應與平衡管等徑。

（2）油水界面平衡管，油水界面平衡管和集油槽高差為ΔH，該尺寸對沉降脫水罐來說十分重要，罐內油水界面高度，是出罐水中含油百分率和出罐原油含水百分率可否達到要求的重要影響因素，是設計人在投產前要特別重視檢驗這個控制點。

從能量平衡方程：

得平衡管高度計算公式：

為方便糾正施工造成的△值偏離設計值，和能隨機調整油層厚度，平衡管出口應盡量設計成可調節其高度的部件，如可調套筒，可調堰板、活動短管等。

平衡管上方涌水層厚度的計算

涌水層厚度按平衡管涌水柱周邊面積等同于平衡管截面積考慮時，其計算公式是：

（3）集水管的用途是使脫水罐底部的采出水均勻流出，由此來提高出油效率，流速應按0.7 m/s計算，管徑按流速計算選取。水層較厚時，可設置集水總管一根，水層薄時，可設置集水支管，集水支管內采出水流速為0.7 m/s左右，集水管開孔面積總和為集水管截面積總和的1.2倍，應在管道下部開孔由此來防堵管，為減少水利摩阻因素的影響，開孔直徑面積不等，遠離油水分界面的平衡管處孔徑擴大些，靠近平衡管處開孔直徑應減小。

6 集油槽與出油管

集油槽容積若能滿足設定含水率15%~20%來油量25 min緩沖時間，集油槽即具有緩沖罐的功能，出油管道可直接進設有調頻設施的轉油泵轉油，省去了工藝流程的緩沖罐。

出油管：出油管連到集油槽底端，考慮1.2~1.5倍波動系數，出油管內流速不宜大于0.8 m/s，稠油在出油管內流速不宜大于0.4 m/s。

7 穩定乳狀液層排放管

沉降脫水罐油水界面處常形成穩定的乳狀液層，時間越長，此層越厚，影響脫水效果。消除此乳狀液層的唯一方法是采取措施將其排除，為此設置穩定液排放管，在適當的時間將其排出罐外，排放管安裝高度在油水界面以下200~250 mm。管徑DN150為宜。

8 排液管與油罐附件

排液管：排液管作用是當沉降脫水罐進行檢修時，排除沉降脫水罐內的油與水，由此排水系統和轉油泵入口管路系統應與排液管相連。

油罐附件：由于立式脫水罐內液面為定值，因此不需設置液壓安全閥等，但需設置防火通氣管。其尺寸DN150為宜，其它附件與常規儲油罐類似。脫水罐制造圖由設備制造專業按有關設計規范設計。

9 工藝安裝注意事項

（1）處理站的原油脫水罐一般設置兩座或更多，為使兩罐或多罐同時運行時進液均勻出液平穩，脫水罐的集油槽和出水管的絕對高度必須等高，進罐總管分出的進罐支管水力摩阻必須等值，否則會造成偏流或不能進（另一）罐。

（2）脫水罐的集油槽和出水管高度與下游儲油（緩沖）罐和采出水（除油）罐最高液位的相對高差應滿足其相連管道水力摩阻的1.2~1.5倍。

（3）工藝安裝必須滿足脫水罐檢修時排水、排油的需要。

（4）必須考慮穩定乳化液的排放方式及去向，并加一說明。

［1］楊欽魁．立式沉降脫水罐的設計與應用[J].新疆石油科技，1998，8（3）：50-55.

［2］陳麗娜．立式沉降罐的流場模擬[D].青島：中國石油大學（華東），2010．

［3］馬金偉．原油沉降脫水罐油水界面確定技術[J].新疆石油科技，2002，12（4）：21-23.

［4］徐進．原油沉降脫水設備設計計算新方法[J].油田地面工程，2001，20（2）：32-33.

［5］王順華．原油集輸脫水系統工藝運行優化研究[J].油田地面工程，2008，27（7）：4-6.

Design of the Crude Oil Dehydrating Tank Improved Process

（Xinjiang Petroleum Survey and Design Institute Co., Ltd., Xinjiang Karamay 834000，China）

The dehydration method of crude oil setting tank is the most common crude oil processing technique at home and abroad. However there are several problems in the actual use of this method, such as low oil-water separation efficiency and long operation time .In this paper, an improved vertical crude oil setting tank dehydration process was put forward. The running results show that the process is easy to operate, and has high oil-water separation efficiency.

Oil-water separation; Crude setting tank; Oil-water interface

TE 96

A

1671-0460（2014）06-1021-03

2013-10-28

宋傳陽（1989-），男，遼寧東港人，助理工程師，2012年畢業于遼寧石油化工大學油氣儲運專業，研究方向：油氣田地面工程工藝設計。E-mail：462570495@qq.com。