潿洲終端原油負壓閃蒸工藝溫度及含水敏感性分析

張子波，胡文杰，梁金鶯，徐敏航，彭建君

中海油研究總院，北京100028

潿洲終端原油負壓閃蒸工藝溫度及含水敏感性分析

張子波，胡文杰，梁金鶯，徐敏航，彭建君

中海油研究總院，北京100028

潿洲終端負壓閃蒸原油穩定系統中的負壓壓縮機運行在其排量范圍的上限，原油的閃蒸溫度和含水顯著影響塔頂氣量。通過大量計算，分析了潿洲終端負壓閃蒸工藝對溫度的敏感性，塔頂氣量增大過程中臨界點的出現印證了含水對塔頂氣量的影響，同時溫度和含水率也顯著影響了塔底原油質量。對溫度影響曲線進行擬合，發現溫度敏感性與溫度為線性關系，含水率影響該直線的斜率。提出了利用控制脫水深度來控制塔頂氣量的方法。

原油穩定；負壓閃蒸；壓縮機；敏感性

隨著潿洲12-8W/6-12油田的開發，潿洲終端在2011年進行了改造設計，新增一套原油負壓閃蒸穩定裝置。因負壓閃蒸需要的溫度低[1]，終端原油進站溫度主要依賴海底管道輸送溫度。潿洲12-2、11-4N油田開發后，進終端油量將進一步增大，同時實際生產進站組分也有所變化。在上岸油量最大的年份負壓壓縮機運行在其排量范圍的上限[2]，溫度的波動、含水變化等因素很容易導致氣量超出壓縮機排量范圍，因此有必要對負壓閃蒸穩定工藝進行敏感性分析。

1 潿洲終端負壓閃蒸工藝

脫水合格原油[3]進站后，先進入進料緩沖罐緩沖，然后進入負壓閃蒸塔進行閃蒸穩定，塔底原油經泵增壓后，輸至原油儲罐儲存。塔頂氣經負壓螺桿壓縮機增壓，空冷器和冷凝器冷卻后，進入分離器進行油、氣、水三相分離，分離出的氣相經未凝氣壓縮機增壓后進入輕烴回收裝置進行輕烴回收，液烴經輕烴泵提升后進入輕烴處理系統，分離出的污水去污水處理裝置。負壓閃蒸工藝流程如圖1所示。

2 溫度敏感性

原油組分采用潿洲12-2油田基本設計項目中進終端的原油組分，C1～C4質量分數為0.78%，含水率（質量分數）為0.56%，原油流量為12 590 m3/d。

2.1 溫度對工藝的影響分析

操作壓力分別定為50、60、70 kPa，操作溫度范圍定為40～80℃，計算結果如圖2所示。

圖1 負壓閃蒸工藝流程示意

圖2 負壓閃蒸塔操作溫度與塔頂氣流量以及穩后原油55℃飽和蒸汽壓的關系

從圖2可以看出，隨著負壓閃蒸塔操作溫度的升高，塔頂氣量逐步增大。起初塔頂氣量增大的速度隨著溫度升高而加快，當溫度增大到某個點時增速趨于平緩。隨著閃蒸塔溫度升高，穩后原油55℃飽和蒸汽壓不斷降低，當降低到某點后，以一個更小的速率降低。為了更好地研究出現上述現象的原因，以70kPa的操作壓力條件為例，考察在這個溫度變化的過程中，穩后原油組分的變化情況，計算結果如圖3所示。

圖3 負壓閃蒸塔操作溫度與穩定原油組分摩爾流量的關系

由圖3可以看出，穩定原油中各組分摩爾流量減小的速度隨著溫度升高而加快，當溫度增大到某個點時速度趨于平緩。穩定原油中的水含量下降速度隨溫度升高越來越快，約73℃時，含水率已經幾乎為零，因此在圖中73℃時出現了一個拐點。但其他組分在73℃時含量并未降到零，卻也在73℃時出現了拐點。這個拐點的出現是由于水蒸氣出現拐點導致的。在未達到73℃時，水蒸氣持續蒸出，蒸出的水蒸氣有效降低了油蒸汽中各組分的分壓，所以利于油蒸汽的蒸出，到達73℃時，水蒸氣近似全部蒸出，不能進一步分擔油蒸汽的分壓，因此油蒸汽的蒸出速率明顯放緩，出現拐點。也就是說，水蒸氣的存在，促進了原油穩定過程。

為了證實這一點，將原油中的水完全拔除，與之前未拔除水的結果對比。

圖4 原油含水與不含水的對比

由圖4可以看出拔除水后拐點消失，印證了上述“其他組分拐點的出現是水蒸氣拐點的出現所致”。未拔除水時塔頂氣量遠遠大于拔除水后的塔頂氣量，其中有很大一部分是水蒸氣，減掉這部分水蒸氣的體積后結果見圖4淺藍色線，仍然大于深藍色線不含水工況的塔頂氣，多出的這部分，就是水蒸氣對輕組分蒸出的促進作用，印證了之前的結論。55℃飽和蒸汽壓曲線出現了交叉。溫度較低時，水蒸氣蒸出量少，原油中水的存在致使原油55℃飽和蒸汽壓高于不含水原油。當溫度上升到一定程度時，水蒸氣的蒸出量大，水蒸氣多帶出了一部分較輕組分，此時多帶出的這部分輕組分對于55℃飽和蒸汽壓的降低起了重要的作用，所以含水原油55℃飽和蒸汽壓低于不含水原油。

2.2 溫度敏感性定量分析

為分析溫度波動對塔頂氣量的影響，將圖4中兩條塔頂氣量曲線擬合，擬合結果如下：

含水工況：

不含水工況：

式中：t為負壓閃蒸塔操作溫度，℃；Q1和Q2分別為含水工況和不含水工況下塔頂氣量，m3/h。

為討論溫度敏感度，對上述兩式求導，得

從結果可以看出，在不同的溫度下，溫度波動對塔頂氣量的影響是不一樣的。隨著溫度的升高，溫度敏感性不斷增大，溫度和單位溫度變化產生的氣量變化呈線性關系。

原油中的水對于溫度影響敏感性較大，不同的水量將直接影響上述溫度-溫度敏感性直線的斜率。

以潿洲12-2油田基本設計項目2015年數據為例，上岸原油溫度約64℃，代入式（3），得Q1′=274.9 m3/h，即在64℃時，如果閃蒸溫度波動1℃，塔頂氣量將波動274 m3/h，潿洲終端采用的壓縮機在-70 kPa下的排量為255～2 550 m3/h，可知，在這樣的操作條件下，溫度的波動影響是顯著的，可能直接影響到塔頂氣量是否處于壓縮機排量范圍內。

3 含水率影響分析

負壓操作條件下乳化水很難參與相平衡，但是在工藝模擬計算塔頂氣量時，尤其是負壓壓縮機處在排量上界時，不能不考慮含水的影響。

為了分析含水率對塔頂氣的影響，操作壓力取70 kPa，操作溫度分別取60、70、80℃，改變原油的含水率，計算結果如圖5所示。

圖5 不同溫度下原油含水率與塔頂氣流量的關系

由圖5可以看出，不同的操作溫度下，含水率對塔頂氣量的影響很大，溫度越高，能夠影響塔頂氣量的含水率范圍越大。例如在70℃的操作溫度下，想要通過控制脫水深度來控制塔頂氣量，需要將脫水深度控制在0.4%以下，而80℃時含水率在0.77%時就已經可以影響到塔頂氣量的大小。

4 結論

（1）水的存在顯著影響負壓閃蒸過程，分擔原油中輕組分的蒸汽壓，增大原油中輕組分的蒸出量，促進輕油回收。

（2）水的存在對穩定原油55℃蒸汽壓的影響隨溫度的不同而不同。

（3）負壓閃蒸穩定工藝中，溫度的敏感性隨著操作溫度的增加而增大，二者呈線性關系。水的存在顯著影響上述直線的斜率。

（4）如果負壓閃蒸裝置中負壓壓縮機運行在排量的上限，在操作溫度以及當前含水率合適的情況下，可以通過適當增大上游脫水流程的脫水深度，來使負壓壓縮機的運行狀況得到改善。

（5）如果需要保證輕油的回收率，或者負壓壓縮機運行在排量的下限，技術允許的情況下，可以適當降低上游流程的脫水深度，充分利用水蒸氣對閃蒸過程的促進作用。

[1]羊東明，孟凡彬.塔河油田原油穩定的負壓閃蒸工藝[J].油氣田地面工程，2000，19（2）：23-24.

[2]劉秀林.往復式壓縮機工藝管道的布置及防振措施[J].石油工程建設，2009，35（2）：19-22.

[3]李朝陽，馬貴陽.原油脫水技術數值研究 [J].天然氣與石油，2011，29（5）：68-71.

[4]SY/T0069-2008，原油穩定設計規范[S].

Sensitivity analysis of temperature and water content for vacuum flash evaporation process in Weizhou Terminal

ZHANG Zibo，HU Wenjie，LIANG Jinying，XU Minhang，PENG Jianjun
CNOOC Research Institute，Beijing 100028，China

The negative pressure compressor in crude oil vacuum flash evaporation stabilizing system of Weizhou Terminal runs in the upper limit of displacement range.The gas flow at the tower top is significantly influenced by the flash temperature and water content of oil.Massive calculations are done to analyze the sensitivity of temperature and water content.There is a turning point of gas flow，which confirms the influence of water content on gas flow.Temperature and water content affect obviously the quality of oil at the tower bottom as well.It is found by the temperature curve fitting that the sensitivity of temperature is linearly proportional to temperature,and water content influences the slope of the fitted straight line.The method is proposed to controlthe gas flow by controlling the depth of dehydration.

crude oilstabilization；vacuum flash evaporation；compressor；sensitivity

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.010

張子波（1985-），男，山東東營人，工程師，2011年畢業于中國石油大學（華東）油氣儲運工程專業，碩士，現從事油氣處理工藝設計和研究工作。Email：zhangzb3@cnooc.com.cn

2017-06-10