低壓分離器出口原油直接進艙研究

李桂花 王樹紅（．凱萊英生命科學技術（天津）有限公司，天津300457；．天保中天科技（天津）股份有限公司，天津300308）

1 項目背景及研究目的

渤海某油田各井口平臺的生產流體經過海管匯總至中心平臺后，再通過海底管道匯集到FPSO進行處理。該FPSO上設有兩套相同的原油處理流程，單套流程主要包括有一級分離器，二級入口加熱器，二級分離器，三級入口加熱器，三級分離器，隨后兩條流程的物流匯合后經過離心機進料泵進入冷卻器，經過乳化液離心機（目前停用）和原油冷卻器冷卻后，最終進入油艙儲存。由于原油進艙前的離心機供給泵是國外進口設備，為了降低零部件更換成本和降低生產能耗，需要重新研究從低壓生產分離器出口到原油艙的流程。通過流程優化實現不經離心機進料泵直接進入原油艙，從而降低能耗及維修成本。

2 流程模擬

ASPEN HYSYS軟件應用于油田地面工程建設和石油石化煉油工程設計計算分析，該軟件由一系列具有專門功能的子軟件包組成，其中的HYSYS PROCESS 子軟件包主要用于石油化工領域的工藝設計與開發。適用于油氣處理工藝流程的狀態方程模型簡要表述如下：

（1）PENG-ROB 物性方程適用于所有溫度及壓力下的非極性或極性較弱的混合物體系。

（2）RKS-BM物性方程適用于所有溫度及壓力下非極性或者極性較弱的體系

（3）PR-BM 物性方程適用于所有溫度及壓力下非極性或者極性較弱的體系

（4）PRMHV2 物性方程適用于較高溫度及壓力下極性或非極性的化合物混合體系

（5）RK-SOAVE物性方程適用于所有溫度及壓力下的非極性或極性較弱的混合物體系

Peng-Robinson 狀態方程被推薦應用于原油類，此方程對計算汽-液平衡以及烴類體系中液體的密度非常理想。HyProt?ech 對此狀態方程模型的增強使其對于在一個更寬廣范圍內的眾多體系變得精確。該模型能夠高度有效而可靠的對大多數單相、兩相和三相體系提供嚴格的解算。并且對某些非理想體系的預測也有所提升。本文采用此狀態方程模型開展模擬分析。FPSO生產工藝流程模型見圖1。

按800 萬噸/年原油產量，取油年的汽油比為38.1，按操作天數365 天每年，油品密度932kg/m3@101.3kPaA，15.6℃，根據以上數據并結合當前工藝流程及設備操作參數進行流程模擬。

利用HYSYS軟件模擬當前生產工藝流程，低壓生產分離器操作壓力為90kPaG，操作溫度為97℃時，經低壓生產分離器出口離心機供給泵增壓，之后經過冷卻器降溫到70℃，再經過壓力控制閥后進艙，原油進艙后沒有氣體析出，同時經過與現場比對，符合當前的實際生產情況。

根據現場實際的布置空間，擬將分離器布置于S07 模塊換熱器組上方，此位置與油艙的相對高差為16m，原油自分離器利用重力作用自流下艙。

由于提壓導致部分氣體在三級分離器內無法脫除，為解決該問題，可通過增加分離器分離出這部分氣體，進而保證油艙的正常運行。

綜合考慮三級分離器出口冷卻器、管道及控制閥阻力損失，新增加的兩相分離器的操作壓力至少為230kPaG。經HY?SYS 模擬，在該壓力下原油冷卻進艙后分離出來的氣量為258.8Sm3/h。

圖1 FPSO生產工藝流程

圖2 臥式兩相分離器計算

3 新增分離器選型計算

一般情況下，分離器的設計計算內容可歸納如下：[1]

（1）根據氣液處理量、物性、分離壓力、溫度等基礎資料及現場具體情況選擇分離器類型。

（2）按照從氣體中分出油滴的要求，計算100mm 粒徑的油滴分出來氣體的允許氣速Wg，求出分離器結構尺寸直徑D、長度L(或高度H)等。

（3）按照從原油中分出氣體的要求，由原油性質和實驗數據或操作經驗確定液體在分離器的停留時間，校核分離器是否滿足要求；否則需重新計算。對于有段塞流或緩沖分離器，或下游有泵的分離器，停留時間的確定需要考慮段塞流或下游緩沖時間的要求。

（4）如果油氣比較大，可以先以原油停留時間為基準確定分離器尺寸，再去校核氣體允許速度。

根據HYSYS 模擬結果，依據Worley 分離器設計規范[2]及計算表格，參考海工設計指南中給出的推薦長徑比等，結合實際的生產情況，對新增臥式兩相分離器進行設計，計算結果見圖2。

計算結果顯示，新增加的兩相分離器尺寸可初步選定為3000mmID×9000mm T/T。

4 結語

（1）通過適當增加低壓生產分離器操作壓力，利用高差使原油經冷卻器后可以直接進艙，同時保證原油進艙無氣體。這樣可以省去輸送泵，降低維護、維修成本。根本上解決兩個系列原油輸送問題。

(2)壓力波動有可能使大艙有少量氣體產生，因此流程設計和操作上要考慮穩定新增兩相分離器的壓力；

(3)新增臥式兩相分離增加后需要對現有結構的承載力進一步校核。