立式原油脱水罐改进型工艺设计

宋传阳，蒋 旭，徐利军，杨钦魁

立式原油脱水罐改进型工艺设计

宋传阳，蒋 旭，徐利军，杨钦魁

（新疆石油勘察设计研究院（有限公司）， 新疆 克拉玛依 834000）

原油沉降罐脱水法一直是国内外原油生产中最常用的原油处理技术。结合现场实际应用，针对沉降脱水罐油水分离效率低，耗时较长等问题，提出了一种改进型立式原油脱水罐工艺，该工艺使用方便、易于操作、分离效果好，有效满足了原油日常生产的需要。

油水分离；脱水罐；油水界面

20世纪70年代，立式原油脱水罐在我国油田上被运用于高含水原油的一段脱水。80年代末又推广运用于稠油的一段和二段脱水。现将立式原油脱水罐在设计中的有关问题做一论述，供工程设计人员和有关人员参考[1-5]。

1 脱水罐的原理与结构

立式原油脱水罐的结构多种多样，图1为新疆石油勘察设计研究院经过多次改进后的立式原油脱水罐结构示意图。

图1 立式原油脱水罐结构图

我院立式原油脱水罐由以下主要部件组成：①.罐体；②.进液管；③.进液分配管；④.集油槽；⑤.出油管；⑥.集水管；⑦.油水界面平衡管；⑧.调节水箱；⑨.出水管；⑩；排液管；⑪.平衡管高度调节器；⑫.箱顶人孔；⑬.稳定乳状液排放管。立式原油脱水罐附件（清扫孔、盘梯、透光孔、通气管、人孔等），未在图中画出。

脱水罐油水界面以上为油层沉降脱水段，分配管至油水界面段为水洗层，作用是溶汇来液中的游离水，提高脱水效率；分配管以下至集水管为水中除油段。

罐内油水界面能够维持基本不变，是利用∪型管能量平衡原理完成的。脱水罐在保持油水界面基本不变的状态下做到油走油路、水走水路，实现自身的自动化运行。

2 脱水罐高度、直径及容积的确定

罐体高度以下游储罐安全液位高度与脱水罐出油管顶高度差，必须大于两罐连通管的最大水力摩阻，并留有一定的余量。脱水罐直径按所需高度和最大处理液量确定。脱水罐的处理量有两种计算方法，用储罐改造的脱水罐用表面负荷率计算，新设计的脱水罐采用油水各自停留时间的计算法。

表面负荷率是指在单位时间内罐内单位面积上通过的液量，用m3/(m2·h)表示， 稀油的表面负荷率取1~1.8 m3/(m2·h)，稠油应适当降低，宜取0.4~0.8 m3/m2，可依据油品性质和是否加入破乳剂及进罐温度的不同合理选用。

计算罐体直径公式：（表面负荷率法）

计算罐体容积公式：

停留时间计算法

因为脱水罐的上段为油中脱水，下段为水中除油，所以上段和下段应分别计算，为保证出水含油率在允许的范围内，不给下游水处理造成困难，应优先满足水中除油的停留时间，根据采出水除油罐设计规范SY/T0083-2008规定,除油罐有效容积停留时间为2.5~3.5 h,（稠油应适当延长），一段脱水油层厚度一般在4 m以内，油层厚度为4 m，来油含水率为60%~80%时，油的停留时间约为水停留时间的0.7~2倍。

式中：0—处理油量m3/h;

—脱水罐容积，m3;

—脱水罐直径，m;

w—小时处理水量，m3/h;

ol—小时处理低含水油量，m3/h;

0—油段平均含水率，%, 取15%~20%;

w—来液含水率，%;

—波动系数，取1.2~1.5;

—脱水罐罐壁高，m;

T—集油槽至罐壁高尺寸， 按罐体设计规范要求确定;

2.5—底水及水洗段高度，m;

w—水层停留时间，h;

0—油层停留时间，h。

脱水罐设计直径应该选取标准罐或已建罐的直径。

3 确定油水界面高度

不存在真实的油水分界面，工艺计算时的油水分界面是假定的分界面。以下因素作为油水界面的确定原则，具体设计时根据处理规模、油中含水率、破乳情况与油水性质等进行相应调整。

（1）水中除油段容积应该满足水停留时间。

（2）油层厚度一段脱水时一般取4 m以内，据此可推算出停留时间。

（3）水洗段厚度一般为1.0~1.5 m。

（4）新工程中原油入罐含水率可按60%左右计算。改造工程中原油入罐含水率需按含水率预计值或含水率实际值计算，二段脱水含水率一般不应大于20%。

这样让学生体会狐狸的狡猾和老虎的愚笨：狐狸开始紧张，眼珠骨碌碌一转想办法，虚张声势，扯着嗓子借老天爷吓老虎，借老虎的威风吓跑百兽，多么狡猾。老虎开始愣住了，半信半疑，后来的信以为真，多么愚笨。

（5）进油分配管和集水管之间的水层容积按90%进罐水量计算，当采用二段脱出水回掺时，按进罐水量的100%计算。采出水停留时间稀油可按3.5~4 h计，稠油应不小于5 h。

（6）集水管下部水层按1.0 m计。

( 7 )罐容在满足采出水停留时间前提下，多余容积宜增加油层厚度。

依据以上各种因素，油水界面高度便可合理的被确定。

4 进液管与进液分配管

进液量是进液管及分配管的设计基础，设计时进液量的波动系数按1.2~1.5计。

(2)进液分配管的用途是匀称的分配沉降脱水罐中的进液，来充分利用沉降面积以提升脱水效率，分配管设计参数如下。

①分配管设计高度为油水界面以下1~1.5 m，此段为水洗段，对上升的原油起水洗作用，其厚度随涌水层Hf变化有波动。

②分配管数量一般选为10根左右。

③一般原油管内流速为0.6 m/s，稠油流速为0.4 m/s,开孔总面积等于分配管截面积。

④为使进液均匀分布在在脱水罐内，因此不可等间距分配分配管上的开孔，离罐中央较近处孔径小、孔距大，离罐中央较远处孔径大、孔距小，孔径与孔距可按三级布置，每级孔径与孔距差为1倍。

5 出水管、油水界面平衡管和集水管

（1）出水管。出水管和平衡管一并设在集水箱中，应与平衡管等径。

（2）油水界面平衡管，油水界面平衡管和集油槽高差为ΔH，该尺寸对沉降脱水罐来说十分重要，罐内油水界面高度，是出罐水中含油百分率和出罐原油含水百分率可否达到要求的重要影响因素，是设计人在投产前要特别重视检验这个控制点。

从能量平衡方程：

得平衡管高度计算公式：

为方便纠正施工造成的△值偏离设计值，和能随机调整油层厚度，平衡管出口应尽量设计成可调节其高度的部件，如可调套筒，可调堰板、活动短管等。

平衡管上方涌水层厚度的计算

涌水层厚度按平衡管涌水柱周边面积等同于平衡管截面积考虑时，其计算公式是：

（3）集水管的用途是使脱水罐底部的采出水均匀流出，由此来提高出油效率，流速应按0.7 m/s计算，管径按流速计算选取。水层较厚时，可设置集水总管一根，水层薄时，可设置集水支管，集水支管内采出水流速为0.7 m/s左右，集水管开孔面积总和为集水管截面积总和的1.2倍，应在管道下部开孔由此来防堵管，为减少水利摩阻因素的影响，开孔直径面积不等，远离油水分界面的平衡管处孔径扩大些，靠近平衡管处开孔直径应减小。

6 集油槽与出油管

集油槽容积若能满足设定含水率15%~20%来油量25 min缓冲时间，集油槽即具有缓冲罐的功能，出油管道可直接进设有调频设施的转油泵转油，省去了工艺流程的缓冲罐。

出油管：出油管连到集油槽底端，考虑1.2~1.5倍波动系数，出油管内流速不宜大于0.8 m/s，稠油在出油管内流速不宜大于0.4 m/s。

7 稳定乳状液层排放管

沉降脱水罐油水界面处常形成稳定的乳状液层，时间越长，此层越厚，影响脱水效果。消除此乳状液层的唯一方法是采取措施将其排除，为此设置稳定液排放管，在适当的时间将其排出罐外，排放管安装高度在油水界面以下200~250 mm。管径DN150为宜。

8 排液管与油罐附件

排液管：排液管作用是当沉降脱水罐进行检修时，排除沉降脱水罐内的油与水，由此排水系统和转油泵入口管路系统应与排液管相连。

油罐附件：由于立式脱水罐内液面为定值，因此不需设置液压安全阀等，但需设置防火通气管。其尺寸DN150为宜，其它附件与常规储油罐类似。脱水罐制造图由设备制造专业按有关设计规范设计。

9 工艺安装注意事项

（1）处理站的原油脱水罐一般设置两座或更多，为使两罐或多罐同时运行时进液均匀出液平稳，脱水罐的集油槽和出水管的绝对高度必须等高，进罐总管分出的进罐支管水力摩阻必须等值，否则会造成偏流或不能进（另一）罐。

（2）脱水罐的集油槽和出水管高度与下游储油（缓冲）罐和采出水（除油）罐最高液位的相对高差应满足其相连管道水力摩阻的1.2~1.5倍。

（3）工艺安装必须满足脱水罐检修时排水、排油的需要。

（4）必须考虑稳定乳化液的排放方式及去向，并加一说明。

［1］杨钦魁．立式沉降脱水罐的设计与应用[J].新疆石油科技，1998，8（3）：50-55.

［2］陈丽娜．立式沉降罐的流场模拟[D].青岛：中国石油大学（华东），2010．

［3］马金伟．原油沉降脱水罐油水界面确定技术[J].新疆石油科技，2002，12（4）：21-23.

［4］徐进．原油沉降脱水设备设计计算新方法[J].油田地面工程，2001，20（2）：32-33.

［5］王顺华．原油集输脱水系统工艺运行优化研究[J].油田地面工程，2008，27（7）：4-6.

Design of the Crude Oil Dehydrating Tank Improved Process

（Xinjiang Petroleum Survey and Design Institute Co., Ltd., Xinjiang Karamay 834000，China）

The dehydration method of crude oil setting tank is the most common crude oil processing technique at home and abroad. However there are several problems in the actual use of this method, such as low oil-water separation efficiency and long operation time .In this paper, an improved vertical crude oil setting tank dehydration process was put forward. The running results show that the process is easy to operate, and has high oil-water separation efficiency.

Oil-water separation; Crude setting tank; Oil-water interface

TE 96

A

1671-0460（2014）06-1021-03

2013-10-28

宋传阳（1989-），男，辽宁东港人，助理工程师，2012年毕业于辽宁石油化工大学油气储运专业，研究方向：油气田地面工程工艺设计。E-mail：462570495@qq.com。