原油負壓穩定輕烴收率特性研究

周星遠 周湃 李小嬋 等

摘 要：根據我國原油的特點，負壓閃蒸穩定工藝在生產現場得到了廣泛地使用。在負壓閃蒸穩定過程中，輕烴收率是衡量工藝質量的一個重要指標。利用HYSYS軟件模擬原油負壓穩定的流程，并通過改變各種影響因素的參數值來計算具體條件下的輕烴收率，將這些數值匯總進行分析得出輕烴收率的影響規律，可以了解諸多因素對輕烴收率的影響規律并對現有負壓原穩生產裝置的工藝參數進行一定的優化，從而達到提高生產效率和經濟效益的目的。

關 鍵 詞：原油負壓穩定；輕烴收率；HYSYS軟件；影響因素

中圖分類號：TE 624 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）03-0582-04

Abstract： Based on the characteristics of Chinese crude oil， the vacuum flash stabilization process has been widely used. In the vacuum flash stabilization process， the yield of light hydrocarbon is an important index influencing the realization of the crude stabilization requirement. In this paper， HYSYS was used to simulate the technological process of crude oil stabilization， and the yield of light hydrocarbon was calculated under many changeable conditions. These values were used to analyze and summary the law of many factors affecting the yield of light hydrocarbon. Through this study， we can understand how these factors affect the yield of light hydrocarbon and optimize the technological parameters of negative pressure crude stabilization unit， so as to improve the production efficiency and economic benefit.

Key words： Vacuum flash stabilization； Recovery rate of light hydrocarbon； HYSYS； Influencing factors

我國原油穩定的重點是從原油內分出C1至C4，穩定后的原油在最高儲存溫度下的飽和蒸汽壓應低于當地大氣壓的0.7倍。負壓閃蒸穩定即在負壓條件下，將分離、脫水后的原油送入穩定塔進行閃蒸，從而將揮發性輕烴組分分離出來，使原油得到穩定。因為大部分我國的原油C1至C4的質量分數在0.8%至2.0%范圍內，所以國內廣泛采用負壓閃蒸穩定法[1]。本文利用HYSYS軟件建立流程模型，通過改變負壓穩定塔負壓特性、進塔原油溫度、進塔原油含水率、塔頂回流量等參數的值，求得不同條件下的輕烴收率，然后實現對影響原油負壓穩定裝置輕烴收率因素的定性、定量分析。在現有的生產工藝基礎上，為原油負壓穩定的生產優化、科學管理及輕烴收率的提高提供基礎。

1 原油負壓穩定工藝原理流程

經過分離、脫水處理后的原油流過節流減壓閥后以氣液兩相狀態進入負壓穩定塔，進塔原油溫度一般在50 ℃至70 ℃范圍內，穩定塔內的操作壓力為0.05 MPa至0.07 MPa，低于當地大氣壓形成真空。塔頂與壓縮機相連，經過閃蒸揮發出的輕組分形成氣相從塔頂流出，由壓縮機增壓后流入到水冷器中，進行降溫冷卻，一般冷卻到20 ℃至40 ℃之間，之后由三相分離器進行分離得到不凝氣、粗輕油和污水。粗輕油可以一部分回流到穩定塔入口以提高輕烴回收率，另一部分可以摻至穩定原油內來提高穩定原油數量和質量，也可以加工成液體石油產品。塔底與離心泵相連，從塔底流出的液相穩定原油經過泵增壓后輸送到礦場油庫中儲存。工藝流程圖如圖1所示。

下面使用HYSYS軟件進行模擬，得到完整收斂的模擬原油負壓穩定流程，如圖2所示。

2 輕烴收率影響因素分析與討論

2.1 穩定塔的負壓特性對輕烴收率的影響分析

負壓穩定塔內設置的壓力通常為0.05～0.07 MPa。在此范圍內選擇五個具體數值，分別為：50、55、60、65、70 kPa。進塔原油溫度為60 ℃，塔頂回流率為10%，進塔原油含水率3%。表1為所計算各負壓數值下的輕烴收率。

由表1與圖3可知，原油負壓穩定輕烴收率隨著穩定塔負壓特性的升高而降低，負壓特性大約在50至60 kPa之間時，對輕烴收率的影響比較大，在60至70 kPa之間時，輕烴收率變化幅度相對小[2]。

一般來說，降低塔內操作壓力來提高輕烴收率的方法效率較高、比較經濟，但是負壓閃蒸操作壓力受到壓縮機入口所能達到的真空度的制約，真空度升高也會增加壓縮機的能耗并且可能引起一系列的生產操作問題，如脫出氣帶油、泡沫加劇和原油泵抽空等 [3]，也會使原油在負壓閃蒸的過程中揮發出來重組分比例增大，降低穩定原油質量。

2.2 進塔原油溫度對輕烴收率的影響分析

目前負壓穩定的進料溫度一般為脫水溫度約在50到70 ℃之間。在此范圍內選擇五個具體數值，分別為：50、55、60、65、70 ℃。塔頂負壓為60 kPa，塔頂回流率為10%，進塔原油含水率為3%。表2為所計算各溫度數值下的輕烴收率。

從表2與圖4可以總結出在50到70 ℃的范圍內輕烴收率是隨著進塔原油溫度的提高而逐漸升高的，并且輕烴收率增長的速度隨著溫度的提高越來越快。為了提高輕烴收率負壓原穩裝置的效率，可以在入口處設置加熱爐或者換熱器，適當提高進塔原油溫度[4]。但溫度過高會使穩定塔以及后續的水冷器等裝置負荷較大并且容易出現故障，也會影響拔出輕烴和穩定原油的質量。

2.3 進塔原油含水率對輕烴收率的影響分析

此次研究將負壓穩定進料原油含水率設定0.5%到2%之間，在此范圍內選擇5個具體數值，分別為：0.5%、0.9%、1.3%、1.7%、2.0%。塔頂負壓為60 kPa，塔頂回流率為10%，原油溫度為60 ℃。表3為所計算各含水率數值下的輕烴收率。

從表3和圖5可以看出，進塔原油含水率為0.5%到2%的范圍內時，輕烴收率隨著含水率的增加而升高，并且升高的幅度越來越大，但是在含水率大于1.7%之后，輕烴收率提升緩慢。含水率小于1.7%時所得結論與初步判斷基本一致，大于1.7%時輕烴收率提高幅度很小。可能的原因是在穩定塔操作壓力為60 kPa，進塔原油溫度為60 ℃的條件下，原油含水率大于1.7%時，氣相中水蒸氣的含量已經飽和，因而水蒸氣的分壓不會再增加，輕烴組分的分壓也就不會降低，輕烴收率自然不能有大幅度升高，而是基本維持穩定。各個含水率下塔頂氣相流水蒸汽含量如表4所示。

由表4可以看出，在原油含水率達到1.7%之后，塔頂氣流水蒸氣含量維持在大約29%到30%之間不變，因此可以推斷含水率大于1.7%，水蒸氣分壓穩定不變，輕組分分壓不變，輕烴收率也就不再有大幅度提高。在含水率為1.7%之前，可以通過增加含水率的方法來提高輕烴收率，效果顯著而且不會增加能耗。含水率提高同時也會增加塔頂氣流量，對壓縮機、水冷器和三相分離器的負荷都會有所提高，并且三相分離器污水口流量也會增大[5]。

2.4 塔頂回流量對輕烴收率的影響分析

負壓穩定塔頂回流率范圍為0%～20%，在此范圍內選擇五個具體數值，分別為：0%、5%、10%、15%、20%。塔頂負壓為60 kPa，進塔原油溫度為60 ℃，原油含水率為3%。表5為所計算各回流率下的輕烴收率。

理論上講，塔頂回流量增加會使輕烴收率提高，但是在軟件模擬過程中這個結果體現的并不明顯，主要是因為在搭建流程的過程當中使用節流閥和閃蒸罐代替了負壓穩定塔的原因。實際生產操作過程當中，回流的粗輕油是由塔頂流入穩定塔當中，而在軟件模擬的流程當中是將回流物流直接和來油混合，然后一起進入閃蒸罐當中，相當于取消了穩定塔內額外增加的氣液傳質的過程，并且回流量相對于來油流量比較少，所以說輕烴收率的提高有限[6]。

我們將負壓特性改變為50 kPa、進塔原油溫度改變為70 ℃，還有將將負壓特性改變為70 kPa、進塔原油溫度改變為50 ℃，分別將這三種溫度壓力條件下，同樣的回流率對輕烴收率影響做橫向對比。整理數據如圖7所示。

由圖7可知，隨著進塔原油溫度的升高和塔內負壓特性的降低，塔頂回流率的增加對輕烴收率的提高幅度越來越大，即采用提高塔頂回流率方法來提高輕烴收率時，需要考慮其他條件，才能使效果比較好。也并不是說在此軟件模擬流程當中塔頂回流率的影響就比較小，當溫度為70 ℃、負壓為50 kPa時，塔頂回流率的影響效果也是相對較明顯的。并且可以推測另三個因素即：溫度、負壓特性和含水率也是隨著其他因素向著有利的條件變化的情況下，對輕烴收率影響的效果越來越明顯的。

3 結 論

通過對原油負壓穩定工藝流程進行模擬和數值研究，總結分析出負壓穩定塔的負壓特性、進塔原油溫度、含水率、塔頂回流量對輕烴收率的影響規律：

（1）負壓特性：原油負壓穩定輕烴收率隨著穩定塔負壓特性的升高而降低，并且隨穩定塔負壓特性升高而降低的程度越來越緩慢。

（2）進塔原油溫度：輕烴收率是隨著進塔原油溫度的提高而逐漸升高的，提高的速度隨著溫度的提高越來越快。

（3）進塔原油含水率：輕烴收率隨著含水率的增加而升高，并且升高的幅度越來越大，但是在含水率達到1.7%之后，輕烴收率提升緩慢，基本穩定在固定范圍之間。

（4）塔頂回流量：塔頂回流量增加，輕烴收率增加，而且塔頂回流能在一定程度上降低閃蒸過程中產生的攜帶損失。

參考文獻：

[1] 馮叔初，郭揆常，等. 油氣集輸與礦場加工[M].第2版.東營：中國石油大學出版社，2006-05.

[2] 唐曉東，褚林，楊世珖，等. 提高油氣田輕烴回收率的途徑探討[J].石油與天然氣化工，1999，28（4）：272-276.

[3] 袁海濤.影響原油穩定裝置輕烴收率因素的實證研究[D].北京化工大學碩士學位論文，2009-06.

[4] 王婭婷，李佳，王琳，等. 負壓閃蒸原油穩定工藝的模擬與運行參數優化[J].石油與天然氣化工，2015，44（2）：18-21.

[5] 李小平，任慧，張春業，等. 優化裝置運行 提高輕烴收率[J].青海石油，2011，29（4）：96-100.

[6] 黨惠平，黨森林，薛蕊華，等.提高輕烴回收率方法[J].管道技術與設備，2008（4）：53-55.