海上平臺(tái)原油發(fā)動(dòng)機(jī)的高黏度燃料油質(zhì)量與控制因素

徐 林

（中海石油（中國）有限公司秦皇島32-6作業(yè)公司，天津 300453）

隨著海上油田的深入開發(fā)，高黏度稠油油田不斷進(jìn)入開采階段，相應(yīng)而生的是一些原油、柴油雙燃料發(fā)電機(jī)在海上油田的廣泛使用。

原油發(fā)動(dòng)機(jī)與重油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)三者都是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為母型設(shè)計(jì)的，主要區(qū)別在于燃油處理系統(tǒng)與噴油部件有所不同。海上平臺(tái)原油發(fā)電機(jī)使用的原油，與柴油、船用燃料油相比在性質(zhì)上更加復(fù)雜、多變，為了滿足機(jī)組運(yùn)行，需要對油田現(xiàn)場油品日常質(zhì)量控制方面提出一定要求。

1 油品對比分析

柴油：柴油是輕質(zhì)石油產(chǎn)品，復(fù)雜烴類（碳原子數(shù)約10～22）的混合物，主要由原油蒸餾、催化裂化、熱裂化、加氫裂化、石油焦化等過程生產(chǎn)的柴油餾分調(diào)配而成，廣泛用于大型車輛、鐵路機(jī)車、船艦等使用。

原油：習(xí)慣上把未經(jīng)加工處理的石油稱為原油，一種黑褐色并帶有綠色熒光，具有特殊氣味的黏稠性油狀液體，是烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和烯烴等多種液態(tài)烴的混合物。

船用燃料油：原油經(jīng)減壓蒸餾所得的殘余油，稱為減壓渣油；從常壓蒸餾塔底所得的重油，稱為常壓渣油。渣油重要用途是用作燃料油。

取油田有代表性的三口油井（XX平臺(tái)X3井、X4井、X30井）與0號柴油，船用燃料油進(jìn)行典型數(shù)據(jù)對比，見表1。

表1 原油、柴油、船用燃料油典型數(shù)據(jù)對比表

由于原油形成時(shí)間與所處地質(zhì)環(huán)境不同，所以原油油品自身存在較大差異，同時(shí)與柴油、船用燃料油相比，在不同溫度下狀態(tài)呈現(xiàn)更加不穩(wěn)定。該油田原油與柴油、船用燃料油最大的區(qū)別還是在黏度上，原油的黏度明顯高于其他兩種燃料。

2 原油發(fā)動(dòng)機(jī)使用油品選擇要求

2.1 芳香烴指數(shù)計(jì)算法

根據(jù) ISO 8217（2005）標(biāo)準(zhǔn)，重油的著火性就可利用 CCAI 值（見圖1）的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，CCAI 值計(jì)算式如下：

式中：ρ為重油密度（15℃），kg/m3；νk為重油運(yùn)動(dòng)黏度（50℃），mm2/s。

CCAI 值越小，重油著火性就越好。特別是處于“推薦使用”區(qū)域，的燃油更加符合要求。

圖1 燃油運(yùn)動(dòng)粘度、密度和 CCAI 值關(guān)系

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)廠家對燃油要求

對于MAK 16V32發(fā)動(dòng)機(jī)廠家給出的原油油品要求見表2。

表2 原油油品推薦表

綜合以上要求與現(xiàn)場使用常見問題，一般對于油品的選擇可在以下幾個(gè)方面進(jìn)行。2.2.1 油井的選擇

（1）對于油井的選擇一般首先建議參照燃油運(yùn)動(dòng)黏度、密度和 CCAI 值關(guān)系選擇油品表格進(jìn)行選擇在處于推薦使用區(qū)域的油井，依照對比

三口油井均在推薦區(qū)域，符合燃燒要求，可以選擇。

CCAI 值在860以下燃料油的著火性比較好，燃燒效率也比較高；而CCAI 數(shù)值在870以上的燃料油容易造成燃燒機(jī)械的損壞以及耗油量的增加，甚至?xí)斐刹话踩录?/p>

（2）利用廠家給出的黏度要求，要求燃油的50℃運(yùn)動(dòng)黏度小于700mm2/s，才能噴射燃油在150℃時(shí)燃油黏度降至12mm2/s 以內(nèi)。

依照上述要求X3井油品不滿足要求，X4、X30井油品滿足使用要求。

高粘度會(huì)對高壓油泵、噴油器、油嘴、高壓油管的壽命產(chǎn)生影響，提溫降粘后高溫對高壓油泵的柱塞耦件壽命產(chǎn)生影響，粘度是油井油品的首要考慮指標(biāo)。

2.2.2 輕質(zhì)組分影響

由于原油是由輕質(zhì)油和重質(zhì)油組成，低閃點(diǎn)輕質(zhì)原油所含輕質(zhì)油料的沸點(diǎn)比柴油低得多，因而極易蒸發(fā)而成為可燃蒸汽，有導(dǎo)致燃燒、爆炸的可能；同時(shí)當(dāng)燃油系統(tǒng)內(nèi)長期混有蒸發(fā)出的氣體會(huì)導(dǎo)致燃油在壓力變化、油流流向變化過程中對相關(guān)周圍的部件造成較大的機(jī)械損傷。

對于油井輕質(zhì)組分主要參考依據(jù)為油井化驗(yàn)過程中的餾程與初餾點(diǎn)，一般選擇初餾點(diǎn)較高的油井，但從經(jīng)驗(yàn)來講初餾點(diǎn)與油品黏度一般呈相反的兩種結(jié)果，所以需要進(jìn)行平衡利弊，實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行選擇。

2.2.3 水的影響

燃油中的水分會(huì)銹蝕環(huán)境，將溶解鹽帶入燃燒氣缸從而增加氣缸磨蝕，降低發(fā)熱量，影響燃燒性能，導(dǎo)致熄火，還破壞燃料油的低溫流動(dòng)性，降低油品抗氧化性等；特別對于原油中含水在加熱至100℃以上時(shí)水分汽化形成氣液混合物，導(dǎo)致流程中無法實(shí)現(xiàn)粘度的自動(dòng)控制，極易產(chǎn)生粘度波動(dòng)，對機(jī)組造成一系列惡性影響。

所測量的油井含水量與流程的處理相關(guān)，要求燃油中含水量越低越好，一般不可高于0.1%V/V。2.2.4 砂的影響

此處說的砂是在生產(chǎn)油田邊產(chǎn)邊用特有的雜質(zhì)，類似于灰分、不溶物、金屬顆粒物等，其危害極大，可加劇設(shè)備磨損，堵塞輸油管線、過濾器及噴油嘴；可造成油泵、閥門、氣缸等設(shè)備的磨蝕；會(huì)增加噴油器、活塞環(huán)、汽缸套、油泵柱塞等設(shè)備部件的異常磨損。

對于油井的出砂除了要關(guān)注相關(guān)油井地層特點(diǎn)、防砂方式以外，關(guān)鍵是加強(qiáng)監(jiān)測以防為主。

3 現(xiàn)有條件下如何提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃料油品質(zhì)

對于提高燃油品質(zhì)主要從以上四個(gè)方面進(jìn)行，主要關(guān)注四個(gè)參數(shù)，即黏度、輕質(zhì)組分、含水、出砂情況進(jìn)行。

3.1 合理提高原油溫度

提高燃油處理流程溫度，加快燃油中輕質(zhì)組分與水分的析出，同時(shí)高溫度下黏度降低，有益于輕質(zhì)組分與水分以氣態(tài)形式析出，快速脫離出油品內(nèi)部。一般建議流程運(yùn)行設(shè)備與原油存儲(chǔ)設(shè)備（原油沉降罐、原油日用罐）按照流程設(shè)備運(yùn)行允許溫度的最高值運(yùn)行。

3.2 降低存儲(chǔ)設(shè)備壓力

降低存儲(chǔ)設(shè)備壓力，主要是指原油沉降罐與日用罐的壓力，可將入口壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)定到微正壓（2～10kPa），出口壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)定到1kPa，既可保證罐內(nèi)的能夠得到惰氣覆蓋又能保證罐內(nèi)低壓，以保證罐內(nèi)油品中的輕質(zhì)組分與水分能夠快速不斷的排出。

3.3 增加原油在存儲(chǔ)設(shè)備的滯留時(shí)間

輕質(zhì)組分、水分在油品中上浮并排出需要時(shí)間，特別是氣泡處于的油層位置越低時(shí)間越長，因此如果想油品中的已經(jīng)析出的輕質(zhì)組成與水分能夠排出，需要減少油層厚度同時(shí)增加燃料油的停滯時(shí)間，對于海上油田特別是無大型艙室的中心處理平臺(tái)難度很大。

3.4 循環(huán)分油

對于除雜質(zhì)特指除砂，分油機(jī)是其中的重要阻斷環(huán)節(jié)。分油機(jī)主要通過離心分離的方法進(jìn)行介質(zhì)凈化，油品在分油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越長分離雜質(zhì)效果越好，所以在使用過程中需關(guān)注分油機(jī)分油量的控制與比重環(huán)的選擇。

3.5 精選供應(yīng)油井

以上幾種處理方式都是在既定的油品情況下的優(yōu)化，從本質(zhì)上講，能夠?qū)ふ业揭粋€(gè)最佳的油井供油是根本。油井選擇首選滿足芳香烴指數(shù)計(jì)算法要求、廠家給出的黏度要求，以目前的油品使用經(jīng)驗(yàn)，最佳燃油的50℃運(yùn)動(dòng)黏度在50～200mm2/s；如果可選油井較多則可以再對比初餾點(diǎn)、含水、膠質(zhì)、含蠟量等等綜合考量。

3.6 發(fā)動(dòng)機(jī)油品的監(jiān)控

海上油田使用的燃料油存在動(dòng)態(tài)性，即使是使用相同的油井隨著油井采集進(jìn)程的變化，油品各種特性及其物質(zhì)含量均存在變化，為了進(jìn)一步掌握發(fā)動(dòng)機(jī)油品狀態(tài)應(yīng)建立監(jiān)控機(jī)制。

輕質(zhì)組分含量每日監(jiān)測，含水、出砂情況每周監(jiān)測，供油油井（含備選油井）的油品每半年進(jìn)行送檢化驗(yàn)監(jiān)測。

4 結(jié)語

海上油田電站機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行離不開油品供應(yīng)的精挑細(xì)選，但是最終油品油質(zhì)是否發(fā)生了變化最直觀的是反映在燃油關(guān)鍵部件的使用壽命和腐蝕程度上。所以應(yīng)建立完善的機(jī)組燃油關(guān)鍵部件定期檢查制度和檢查規(guī)范及要求，確保能夠真實(shí)地反映出油品品質(zhì)的變化。同時(shí)根據(jù)部件腐蝕程度和壽命變化，及時(shí)調(diào)整原油的溫度、黏度等理化指標(biāo)，以期尋求到最佳的噴射黏度和原油溫度。