X原油處理站原油穩(wěn)定工藝優(yōu)化

李遠(yuǎn)朋 韓麗艷 吳 燕 張錦偉

1.新疆油田公司工程技術(shù)研究院， 新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司燃?xì)鉄崃υ海?四川 成都 610081

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X原油處理站原油穩(wěn)定工藝優(yōu)化

李遠(yuǎn)朋1韓麗艷1吳 燕1張錦偉2

1.新疆油田公司工程技術(shù)研究院， 新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司燃?xì)鉄崃υ海?四川 成都 610081

X原油處理站原油自然蒸發(fā)損耗率高達(dá)1.59 %，為減少損耗，需對(duì)原油進(jìn)行穩(wěn)定處理。采用PRO/II軟件建立該原油處理站負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定和加熱閃蒸穩(wěn)定的工藝模型，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了凈收益模型。通過模擬及經(jīng)濟(jì)分析得到兩種穩(wěn)定方法的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案。對(duì)比兩種最優(yōu)方案可見：該原油處理站應(yīng)采用負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定，壓力60 kPa(a)，溫度50 ℃，不使用汽提氣，凈收益最高，達(dá)到3 402.11萬元/a。

負(fù)壓閃蒸；加熱閃蒸；穩(wěn)定產(chǎn)品；凈收益模型；運(yùn)行方案

0 前言

原油穩(wěn)定是原油處理的最后一道工藝，目的是從原油中脫出容易蒸發(fā)的輕組分，降低原油的飽和蒸汽壓，從而減少原油在儲(chǔ)運(yùn)過程中的蒸發(fā)損耗。原油穩(wěn)定的方法有閃蒸法和分餾法，其中閃蒸法是一次性平衡汽化的過程，比較常用。按閃蒸壓力的不同，閃蒸法可分為負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定和加熱閃蒸(正壓閃蒸)穩(wěn)定[1-6]。原油穩(wěn)定方法的選擇由原油組分、油品性質(zhì)、原油穩(wěn)定深度、產(chǎn)品用途、能耗和經(jīng)濟(jì)效益等綜合決定，負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定一般用于以降低原油蒸發(fā)損耗為目的的原油穩(wěn)定裝置，加熱閃蒸穩(wěn)定和分餾閃蒸穩(wěn)定一般用于以生產(chǎn)化工原料(乙烯)為目的的原油穩(wěn)定裝置[7-9]。

一些文獻(xiàn)中計(jì)算原油穩(wěn)定綜合效益時(shí)，只考慮原油穩(wěn)定產(chǎn)品(包括輕烴和不凝氣)和運(yùn)行費(fèi)用[10-14]，但原油穩(wěn)定產(chǎn)品過多不僅會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用，而且會(huì)降低穩(wěn)定原油的數(shù)量和質(zhì)量，所以整體效益不一定增加，因此在計(jì)算綜合效益時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮原油穩(wěn)定產(chǎn)品、穩(wěn)定原油數(shù)量、運(yùn)行費(fèi)用以及未上原油穩(wěn)定工藝之前原油的總價(jià)值等。本文建立了原油穩(wěn)定的凈收益模型，并結(jié)合建設(shè)投資費(fèi)用，對(duì)X原油處理站原油穩(wěn)定工藝方法進(jìn)行比選，并對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1 原油穩(wěn)定適應(yīng)性分析

X原油處理站目前處理原油150×104t/a，原油為輕質(zhì)原油，輕組分含量高，揮發(fā)量較大，凈化原油揮發(fā)損耗率高達(dá)1.59 %，經(jīng)濟(jì)損失較大。該站主力區(qū)塊已加密結(jié)束，油區(qū)進(jìn)入穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)期，且處理站配套有120×104m3/d的伴生氣處理裝置，為油田原油穩(wěn)定的重點(diǎn)區(qū)塊。

原油穩(wěn)定判定標(biāo)準(zhǔn)為原油中輕組分C1～C4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5 % 或原油的自然蒸發(fā)損耗率大于0.2 %[15]。該原油處理站處理后的凈化原油檢測(cè)結(jié)果表明，C1～C4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.03 %，原油的自然蒸發(fā)損耗率為1.59%，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了原油穩(wěn)定的判定標(biāo)準(zhǔn)，所以需要進(jìn)行原油穩(wěn)定處理。

2 原油穩(wěn)定流程模擬

采用PRO/II軟件分別對(duì)負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定和加熱閃蒸穩(wěn)定進(jìn)行流程模擬，原油組分通過全烴氣相色譜分析得到。

2.1 負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定

負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定工藝流程[16-19]：X原油處理站原油處理合格后，原油溫度控制在50 ℃左右，在原油穩(wěn)定塔內(nèi)進(jìn)行閃蒸，閃蒸溫度控制在50 ℃；塔底部的穩(wěn)定原油靠位差直接進(jìn)入凈化油儲(chǔ)罐，穩(wěn)定塔頂部用真空壓縮機(jī)抽真空，真空度控制在60 kPa(a)，壓縮機(jī)出口壓力控制在350 kPa(a)，抽出的閃蒸氣經(jīng)冷凝器降溫至35 ℃，進(jìn)入分離器進(jìn)行輕油和伴生氣分離，模擬流程圖見圖1。

圖1 負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定工藝模擬流程

2.2 加熱閃蒸穩(wěn)定

兩組患者均實(shí)現(xiàn)下頜阻生第三磨牙拔除，手術(shù)成功率為100.0%。兩組手術(shù)成功率比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。治療過程中，A組發(fā)生冠周炎36例、鄰牙遠(yuǎn)中面齲40例、牙齦撕裂18例，不良反應(yīng)發(fā)生率為43.9%(94/214)；B組發(fā)生冠周炎10例、鄰牙遠(yuǎn)中面齲3例、牙齦撕裂2例，不良反應(yīng)發(fā)生率為32.6%(15/46)。兩組不良反應(yīng)發(fā)生率比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組冠周炎患者經(jīng)抗生素和激素治療后全部治愈；鄰牙遠(yuǎn)中面齲患者經(jīng)充填治療后全部治愈；牙齦撕裂患者經(jīng)清創(chuàng)縫合和抗感染治療后全部治愈。

加熱閃蒸穩(wěn)定工藝流程：X原油處理站處理后的原油利用自壓與原油穩(wěn)定來油進(jìn)行換熱，處理器來油50 ℃換熱至81 ℃，然后進(jìn)入加熱爐加熱至120 ℃；在原油穩(wěn)定塔內(nèi)進(jìn)行閃蒸，塔頂閃蒸溫度控制在120 ℃，塔頂壓力控制在270 kPa(a)；塔底部的穩(wěn)定原油與原油處理器出口原油進(jìn)行換熱，換熱至85 ℃后通過冷凝器降溫至60 ℃進(jìn)原油儲(chǔ)罐，穩(wěn)定出的閃蒸氣經(jīng)冷凝器降溫至35 ℃，進(jìn)入分離器進(jìn)行輕油和伴生氣分離，模擬流程圖見圖2。

圖2 加熱閃蒸穩(wěn)定工藝模擬流程

3 原油穩(wěn)定工藝比選

3.1 凈收益計(jì)算模型

S=S1-S2-S3

(1)

S1=(eq×Qq+en×Qn+eo×Qo)×10-4

(2)

S2=eoQo1×(1-φ)×10-4

(3)

S3=epen×10-4+S×n

(4)

式中：S為凈收益，萬元/a；S1為穩(wěn)定產(chǎn)品和穩(wěn)定原油的總價(jià)值，萬元/a；S2為未上原油穩(wěn)定工藝時(shí)原油的總價(jià)值，萬元/a；S3為運(yùn)行費(fèi)用，萬元/a；eq為輕烴的價(jià)格，元/t；eo為原油的價(jià)格，元/t；en為天然氣的價(jià)格，元/m3；Qq為輕烴的產(chǎn)量，t/a；Qo為穩(wěn)定原油的產(chǎn)量，t/a；Qn為天然氣的產(chǎn)量，m3/a；Qo1為原油的處理量，t/a；φ為原油的自然蒸發(fā)損耗率，%；ep為電力價(jià)格，元/(kW·h)；W1,W2分別表示提升泵和負(fù)壓壓縮機(jī)的功率，kW；c1為原油的熱值，J/(kg· ℃)；ρ1為原油的密度，kg/m3；ΔT為原油提升溫度，℃；Bn為天然氣的熱值，J/m3；η為加熱爐的效率，%；s為人均費(fèi)用，萬元/a；n為操作員工數(shù)，個(gè)。

3.2 最優(yōu)經(jīng)濟(jì)方案確定

3.2.1 負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定最優(yōu)經(jīng)濟(jì)方案

3.2.1.1 壓力

負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定中塔的操作壓力由負(fù)壓壓縮機(jī)決定，我國(guó)負(fù)壓壓縮機(jī)的負(fù)壓能力在55～65 kPa(a)，所以壓力控制在60 kPa(a)左右[15]。

3.2.1.2 溫度

塔操作壓力為60 kPa(a)時(shí)，對(duì)不同溫度下的負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果見表1，并得到負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定凈收益隨溫度的變化規(guī)律，見圖3。

表1 負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定在不同溫度下的模擬計(jì)算結(jié)果

溫度/℃壓力/kPa(a)拔出率/(%)穩(wěn)定原油飽和蒸汽壓/(kPa(a),40℃)凈收益/(萬元·a-1)50601.5252.593402.1151601.7251.173346.9452601.9449.793295.0053602.1748.433247.6054602.4247.103202.5555602.6845.813158.23

由表1和圖3可見，隨著溫度增加，整體拔出率從1.52 % 增加到2.68 %，而凈收益下降。這是因?yàn)殡S著拔出率的增加，原油穩(wěn)定產(chǎn)品(包括輕烴和不凝氣)的數(shù)量增加，導(dǎo)致穩(wěn)定原油數(shù)量和質(zhì)量下降，凈收益降低。原油穩(wěn)定的主要目的是回收原油自然蒸發(fā)損耗的那部分輕烴，所以一般原油穩(wěn)定裝置的收率不應(yīng)大于未穩(wěn)定原油自然蒸發(fā)損耗率[15]。所以在滿足原油穩(wěn)定深度的同時(shí)，需要將拔出率控制在自然蒸發(fā)損耗以下，即小于1.59 %。因此溫度控制在50 ℃左右。

圖3 凈收益隨溫度的變化曲線

3.2.1.3 汽提氣量

進(jìn)料原油溫度50 ℃，塔操作壓力60 kPa(a)時(shí)，對(duì)不同汽提氣量的負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果見表2，并得到負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定凈收益隨汽提氣量的變化規(guī)律，見圖4。

表2 負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定在不同汽提氣量下的模擬計(jì)算結(jié)果

汽提氣流量/(kg·h-1)拔出率/(%)穩(wěn)定原油飽和蒸汽壓/(kPa(a),40℃)凈收益/(萬元·a-1)01.5252.593402.359.081.8053.483178.5218.151.9954.133002.5836.312.2654.882721.3972.622.6655.952286.99145.233.2157.341627.70217.853.6458.311100.35290.463.9959.09647.92363.084.3159.72244.29435.694.5960.25-125.95508.314.8563.89-467.87

圖4 凈收益隨汽提氣量的變化曲線

由表2和圖4可見，隨著汽提氣量的增加，拔出率迅速從1.52 % 增加到4.85 %，穩(wěn)定產(chǎn)品數(shù)量增加。但隨著拔出率的增加，穩(wěn)定原油數(shù)量減少，同時(shí)壓縮機(jī)和不凝氣處理的能耗增加，凈收益迅速減少。由于拔出率限制在1.59 % 以下，所以本文不考慮使用汽提氣工藝。

根據(jù)分析得出負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定最優(yōu)方案：原油進(jìn)料溫度50 ℃，塔的操作壓力60 kPa(a)，不使用汽提氣工藝。

3.2.2 加熱閃蒸穩(wěn)定最優(yōu)經(jīng)濟(jì)方案

在滿足穩(wěn)定原油飽和蒸汽壓小于當(dāng)?shù)叵募敬髿鈮?.7倍[1,20]，且保證拔出率恰好為1.59 % 時(shí)，對(duì)應(yīng)的不同溫度和塔操作壓力工況下的模擬計(jì)算結(jié)果見表3，并得到加熱閃蒸穩(wěn)定凈收益在不同工況下的變化規(guī)律，見圖5。

表3 拔出率為1.59 % 時(shí)在不同工況下的模擬計(jì)算結(jié)果

溫度/(℃)壓力/kPa(a)拔出率/(%)穩(wěn)定原油飽和蒸汽壓/(kPa(a),40℃)凈收益/(萬元·a-1)96.51901.5958.062760.681002041.5958.122860.061052261.5958.603017.151102501.5959.183150.751152761.5959.813252.381203031.5960.333309.331253331.5960.873336.061303651.5961.593334.271353981.5961.943314.44

圖5 拔出率為1.59 % 時(shí)凈收益在不同工況下的變化曲線

由表3和圖5可見，隨著溫度的升高，凈收益呈先增加后減少的趨勢(shì)，在溫度為125 ℃，壓力為333 kPa(a)時(shí)，加熱閃蒸穩(wěn)定的凈收益最高，達(dá)到3 336.06 萬元/a。所以得出加熱閃蒸穩(wěn)定最優(yōu)方案：原油進(jìn)料溫度125 ℃，塔的操作壓力333 kPa(a)。

表4 負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定和加熱閃蒸穩(wěn)定方案對(duì)比

參數(shù)負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定加熱閃蒸穩(wěn)定操作溫度/℃50125操作壓力/kPa(a)60333裝置投資/萬元1544.91864.0回收氣量/(104m3·d-1)0.3880.103回收輕油/(t·d-1)49.9058.41穩(wěn)定原油/(t·d-1)3776.843774.68操作成本/(萬元·a-1)37.19406.01操作難易程度操作簡(jiǎn)單操作簡(jiǎn)單流程復(fù)雜程度流程簡(jiǎn)單流程相對(duì)復(fù)雜效益/(萬元·a-1)3402.113336.06進(jìn)罐飽和蒸汽壓/(40℃,kPa(a))52.5960.87揮發(fā)量/(104m3·d-1)不揮發(fā)不揮發(fā)主要設(shè)備國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)

3.2.3 最終經(jīng)濟(jì)方案確定

通過工藝模擬和經(jīng)濟(jì)性分析，并考慮原油穩(wěn)定裝置上下游的工藝條件和投資費(fèi)用，確定了負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定和加熱閃蒸穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，具體見表4。

由于兩種工藝需要的人工費(fèi)用基本相同，故在操作成本中人工費(fèi)用忽略不計(jì)

通過以上兩種原油穩(wěn)定工藝的比選，負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定和加熱閃蒸穩(wěn)定效果均較好，但負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定C1～C4拔出率高，能耗低，流程相對(duì)簡(jiǎn)單，投資較低，經(jīng)比選，推薦采用負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定工藝。

4 結(jié)論

1)在考慮原油穩(wěn)定產(chǎn)品(輕烴和不凝氣)、穩(wěn)定原油數(shù)量、運(yùn)行費(fèi)用的基礎(chǔ)上，建立原油穩(wěn)定的凈收益模型。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，隨著拔出率增加，相應(yīng)的能耗增加，凈收益不一定增加。

2)對(duì)負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定和加熱閃蒸穩(wěn)定工藝進(jìn)行模擬分析和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，得出各自的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案：負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定，溫度50 ℃，壓力60 kPa(a)；加熱閃蒸穩(wěn)定，溫度125 ℃，壓力333 kPa(a)。

3)負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定由于流程簡(jiǎn)單，建設(shè)投資較低，凈收益高，所以最后選擇負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定方案。

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2015-08-04

李遠(yuǎn)朋(1989-)，男，山東鄄城人，助理工程師，碩士，主要從事油氣田地面工藝研究工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.01.012