油气密闭工艺在王家岗集中处理站的应用

孙国华 赵铁锋

1中国石化石油勘探开发研究院 2胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司

油气密闭工艺在王家岗集中处理站的应用

孙国华1赵铁锋2

1中国石化石油勘探开发研究院 2胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司

胜利油田于20世纪80年代开始广泛地推广使用油气密闭处理工艺，针对不同的油品投产运行了多种密闭流程。王家岗集中处理站开始按开式流程投入生产，三相分离器分水效果比较好，出油含水降到10%左右，污水含油300～500 mg/L；投产一年后，天然气凝液回收装置投产，原油处理由开式流程转为密闭流程，电脱水器出口原油含水≤0.5%。该站油气密闭处理系统运行平稳，操作和管理方便，是胜利油田比较成功的密闭流程之一。

集中处理站；油气处理；密闭工艺；三相分离；冲砂设施

1 工程概况

胜利油田于20世纪80年代开始广泛地推广使用油气密闭处理工艺，河口首站、宁海联合站、坨二站、利津联合站、王家岗集中处理站和辛一站等针对不同的油品设计了不同形式的密闭流程，提高了胜利油田原油处理工艺技术水平。工程设计时，优先采用油气密闭处理技术，简化工艺流程，优化设备结构，降低原油损耗，以减少工程投资和运行成本[1]。

胜利王家岗油田位于东营市东城区西南10 km，东为广利油田、南为乐安油田，是一个比较独立的区块，最大原油产量80×104t/a，原油综合含水90%。开发设计原油集中处理站1座，集中处理站设计规模80×104t/a。油气集输采用三相分离加电脱水密闭集输工艺，配套建设原油稳定及天然气凝液回收装置各1套。原油稳定装置采用分溜法，正常处理能力50×104t/a，最大80×104t/a；天然气凝液回收装置设计规模3×104m3/d，选用透平膨胀机外加混合凝液辅助制冷联合工艺。

2 工艺流程

王家岗集中处理站油气处理采用三相分离密闭集输工艺，主要工艺设备包括三相分离器、缓冲罐、脱水泵、电脱水器、原油稳定塔等，总体工艺流程见图1。

计量站或接转站的来油进站后先进三相分离器，分出伴生气和大部分游离水，再进入含水油缓冲罐。三相分离器与缓冲罐的气相通过天然气管线相互连通，设备处于同一个压力下生产运行，由一套自力式压力控制阀进行自动调节。三相分离器和缓冲罐分离出的伴生气，与原油稳定塔顶天然气汇合，再输往天然气凝液回收装置。三相分离器分出的水，自流到污水处理装置。进站原油综合含水90%，进站原油含砂小于0.02%（体积），原油密度为860 kg/m3，55℃时的黏度为13.5×10-6m2/s，凝固点为34.5℃，计量站混输原油进站温度为60℃，接转站含水油温度为40℃。三相分离器具有脱气、沉砂和分水功能，沉降脱水温度为55℃，操作压力为0.25～0.35 MPa。三相分离器的污水设有手动、自动、出水阀机械放水三种，沉砂可定期采用水力冲洗或人工清除。

图1 油气处理总体工艺流程

缓冲罐的出口原油，依次经脱水泵增压、换热器Ⅰ加热，再进入电脱水器进行脱水；电脱水器的出口原油经换热器Ⅱ加热，进入原油稳定塔；脱水、稳定后的合格原油，依次经换热泵增压、换热器Ⅰ及换热器Ⅱ冷却后送到净化油储罐；换热器Ⅰ对来自缓冲罐的含水原油进行加热，对来自原油稳定塔的合格原油进行冷却；换热器Ⅱ对进入原油稳定塔的原油进行加热，对来自原油稳定塔的合格原油进行冷却；污水从电脱水器的底部排出，自流到污水处理装置。电脱水器的操作温度为70℃，操作压力为0.35～0.40 MPa，进脱水器的原油含水≤30%，出脱水器的原油含水≤0.5%。

原油稳定装置采用分溜法，塔底设置塔底泵和加热炉，塔顶设置冷凝器、回流罐和DL回流泵，控制原油中C6和C4的拔出率。稳定塔的操作压力为0.25 MPa，进料温度为131℃，塔顶温度为53℃，塔底温度为182℃。塔底稳定后的合格原油经换热器冷却后送到净化油储罐，塔顶天然气送到天然气凝液回收装置；塔底稳定后的不合格原油进入含水油事故罐重新处理。

净化油储罐的原油储存温度为65～75℃，合格原油经外输泵增压、计量后外输。原油罐区设3 000 m3加高拱顶罐1座，作为密闭流程的含水油事故罐或开式流程的一次沉降罐；设置2座3 000 m3拱顶罐作为净化油储罐，其中1座可作为开式流程的二次沉降罐。

3 技术特点分析

3.1 工艺流程简单实用

王家岗集中处理站的工艺流程简单实用，主要设备作了独特设计，生产控制点比较少。投产第一年，按开式流程生产（三相分离器加二级沉降罐脱水），三相分离器的分水效果比较好，分离器进液含水90%左右，出油含水降到10%左右，污水含油300～500 mg/L。投产一年后，天然气凝液回收装置建成并投产，原油处理由开式流程转为密闭流程。密闭流程切换3 h后，整个生产系统就实现了正常运行，电脱水器运行操作平稳，生产管理方便，完全达到了预期的目的。

3.2 三相分离器与缓冲罐连通保证了分水效果

油气密闭处理工艺的主要设备是三相分离器，三相分离器的平稳、可靠运行是保证密闭流程稳定运行的关键所在。在该流程中，三相分离器与缓冲罐的气相连通，三相分离器和含水油缓冲罐设计在同一个压力下，由一套自力式压力控制阀进行调节。三相分离器的安装位置比缓冲罐高，使分离器中的原油能够自流进入缓冲罐。该流程的这一独特设计，使得该流程具有下列特点：

（1）多台三相分离器和1台缓冲罐只有一套压力控制回路，控制点少。压力控制选用自力式调节阀，有效地控制了分离器和缓冲罐的压力。

（2）各分离器处于同一压力下，进料分配不存在由于有压力偏差而导致偏流的现象。进料分配比较均衡，从而确保了分离器的平稳运行。

（3）分离器的含水原油自流进入缓冲罐，不设出油控制阀，避免了因出油阀不好用而导致分离器跑油，造成生产事故。

（4）只要控制住缓冲罐的液位不超高，就可保证三相分离器不跑油。缓冲罐的液位比较容易控制，这样三相分离器就能做到平稳、可靠运行。

3.3 三相分离器结构特点

设计了全新结构的三相分离器，内部设有高效聚结板、冲砂、消涡流等装置，油、水分离效果较好。该三相分离器具有下列特点：

（1）三相分离器的进口设置了旋流分离装置，在进入分离器主体之前预先分出一部分天然气，提高了分离器的气、液两相分离效果。

（2）旋流分离装置的设计考虑了水洗理论，液相出口插入到水层，使原油首先通过水层水洗，提高了油、水分离效果。

（3）分离器内部设有高效聚结板，强化油、水的分离，提高了油、水分离效果。

（4）采用可调高度的溢流装置控制油、水界面，溢流堰控制分离器液面，使液面得到了有效控制，确保分离器的平稳运行。

（5）出水和出油口设有可靠的消涡流装置，可以避免旋涡造成的污水带油、带气。

（6）分离器取消了出油控制阀，原油自流进入缓冲罐，减少了生产事故。

（7）针对该地区油井出砂的特点，分离器设置了不停产污水冲砂装置。冲砂装置投产后实现了不停产定期冲砂，保证了分离器的稳定运行。

3.4 加热分馏工艺可以严格控制C6拔出率

原油稳定采用加热分馏工艺，分馏塔内有多层塔板，组分切割清晰。塔底设置了加热炉，可根据需要调节加热温度，关键轻组分的收率高。塔顶设计了回流，根据关键重组分的拔出率和产品质量要求控制塔顶温度。采用该工艺，稳定后的原油蒸汽压比较低，原油在储存和运输过程中的挥发损耗小。对于负压压缩机产品质量不过关的年代，加热分馏工艺还是有一定的应用市场。原油稳定规模按50×104t/a设计，原油中C6的拔出率不大于5%，原油中nC4的拔出率为90%。

在原油加热流程设计时，考虑了一热多用，首先考虑电脱水器原油脱水的升温需要，其次考虑原油外输温度的需要，最后考虑原油稳定塔进料温度的需要。在方案设计阶段，对原油稳定塔的进料温度和操作压力进行了多方案优化，最终确定分馏塔的操作压力为0.25 MPa，进料温度为131℃，塔底温度为182℃。优化方案做到了投资最少，能耗较低。

3.5 脱水泵和外输泵等选择合理

脱水泵选用螺杆泵，对油水的剪切乳化作用小，有利于电脱水器的原油脱水。脱水泵的出口设置了回流阀，回流阀返回缓冲罐，对缓冲罐的液位进行有效地调节。生产运行表明，实现了缓冲罐液位在允许的上、下限之间波动，使电脱水器的液量保持基本稳定，保证了设备的稳定运行。换热泵、塔底泵和外输泵选择合理（均选用离心泵）。

4 结语

4.1 存在的问题

王家岗集中处理站的原油含砂比较多，经多年生产运行后，三相分离器也暴露出一些问题，主要表现在：

（1）采用的机械式浮子连杆出水阀可靠性不好，运行一段时间后因出水阀损坏导致不能正常使用。

（2）经过多年的运行，冲砂装置的内部管线已经腐蚀严重，不能使用。

（3）冲砂系统由于全部为手动操作，每台分离器冲砂一次需要2 h以上，工人劳动强度大。

4.2 几点认识

（1）设计油气密闭处理工艺时，应积极慎重地采用新工艺、新技术、新设备和新材料。本着工艺要实用、流程要缩短、设备要高效、设施要简化的原则，进行多方案比选优化。

（2）仪表系统的控制点要尽可能地少，以减少工程投资，提高整个系统的生产可靠性。同时考虑自控系统要容易维护、管理。

（3）三相分离器是密闭处理工艺的关键设备，需要不断改进技术，使分离器适合比较宽的高含水、低油气比条件。采出液普遍存在出砂、污水结垢等问题，高效聚结板要避免积砂堵塞。

（4）对于三相分离器的出油阀、出水阀、出气阀，缓冲罐的出油阀，宜选用自动控制阀。

（5）在方案研究阶段，就要考虑解决多台三相分离器运行进、出液不平衡的问题[2]。

（6）三相分离器的底部设计自动冲砂设施，排砂阀可以考虑选用特殊结构的碟阀、球阀等，并对其密封性能提出要求。

[1]杨勇．郑家特超稠油净化处理工艺技术研究和设计[J]．油气田地面工程，2009，28（12）：6-7．

[2]房锡安．三相分离器进出液不平衡问题的分析[J]．油气田地面工程，2009，28（7）：81-81．

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.022

孙国华：教授级高工，1983年毕业于华东石油学院石油炼制专业，现从事油田地面工程咨询和设计工作。

15901315132、sgh09@163.com

（栏目主持 张秀丽）