克拉美丽气田橇装凝析油稳定装置设计与应用

张东平，周朝昕,王院生，张峰，曹洪贵，苏红江，付雪晨（.中国石油新疆油田分公司采气一厂，新疆克拉玛依84007；.中国地质大学(武汉)材料与化学学院，湖北武汉40074；.克拉玛依三达新技术有限公司，新疆克拉玛依84007）

克拉美丽气田橇装凝析油稳定装置设计与应用

张东平1，周朝昕2,王院生2，张峰1，曹洪贵1，苏红江3，付雪晨3
（1.中国石油新疆油田分公司采气一厂，新疆克拉玛依834007；2.中国地质大学(武汉)材料与化学学院，湖北武汉430074；3.克拉玛依三达新技术有限公司，新疆克拉玛依834007）

摘要：设计了一种不需要外加蒸汽热源、冷源和仪表气源的单井橇装凝析油稳定装置。现场运行结果表明，在塔底温度100～110℃,塔顶压力0.2～0.3MPa条件下，可以将克拉美丽凝析油37.8℃的饱和蒸汽压稳定地降到60KPa以下。该装置具有可整体搬迁、安装快速、操作简单、流量及温度适用范围广等特点。

关键词：凝析油；稳定轻烃；橇装装置

通讯联系人：周朝昕（1967-），男，毕业于江汉石油学院（现长江大学），副教授，研究方向：油田含油污水处理，15327198619，zhaoxinzhou@cug.edu.cn。

1　橇装凝析油稳定装置设计背景

克拉美丽气田位于新疆古尔班通古特沙漠腹部，自然条件十分恶劣。其中部分气井存在井位分散、单井生产规模小、生产周期短的特点。目前，克拉美丽气田单井生产采用的工艺是：气井产出高压天然气，进过加热炉橇两级减压，然后进入低温分离计量橇，分离出天然气及凝析油，天然气进入管网输送到天然气站，而凝析油则进入储罐存放，定期用车辆外运。这种单井生产工艺所产生的凝析油未经过稳定，富含轻烃（C1～C5），在储存及运输过程中，轻烃挥发造成油气损失，不仅危害环境、浪费能源，而且在运输过程中存在极大的安全隐患。只能采取少量掺入到稳定凝析油中的方式进行运输，但这种方式操作程序复杂，运输成本极高，尤其在气温高的夏季十分不安全。克拉美丽边缘井、单井气井的生产特点需要有一种方便简单的橇装凝析油稳定设备与之配套，在投产时能快速连接使用，将低温分离器分离出的凝析油饱和蒸汽压降低，使之能安全的储存与运输。在气井停产时，可以直接将橇拖运到新的井场重复使用，满足边缘井、单井气井生产基建时间紧、运行周期短、投资省的需要。

2　国内外研究现状

国内外气田多采用建站的方式处理凝析油[1-5]，克拉美丽初期的凝析油稳定也采取建站的方式进行处理，但建站的方式存在两方面的问题：一方面，常规凝析油稳定装置多适合处理量大的场合，且工艺复杂，需要有热源、冷源及仪表气源相配套，导致建设成本高、建设周期长、材料能源消耗大；另一方面，这种边缘、单井气井在投产后，由于产量递减迅速，通常在运行一段时间后就需要停产，建成站的设备难以拆迁，造成设备闲置及资金浪费。苏里格气田[6]在国内率先生产了一种橇装凝析油稳定装置，将再沸器、稳定塔、换热器、工艺管道及阀门集中在橇上，解决了凝析油稳定装置橇装化的问题，但这种装置需要有另外的蒸汽热源、冷源、仪表风等辅助系统配套，不适合克拉美丽这种边远沙漠地区单井天然气凝析油的稳定场合。因此，工艺简化、系统集成、操作简便、可整体搬迁的橇装凝析油稳定装置才是克拉美丽单井气井凝析油稳定的最好选择。

3　橇装凝析油稳定装置工艺参数要求

（1）凝析油液量：2～20m3/d；

（2）凝析油进橇温度：- 15～10℃；

（3）凝析油出橇温度：35～65℃；

（4）稳定凝析油指标：37.8℃下饱和蒸气压小于60kPa；

（5）安装方式：室外露天。

4　橇装凝析油稳定装置研究

4.1装置工艺流程

凝析油稳定可以通过闪蒸分离法和分馏稳定法实现。无论是负压闪蒸或加热闪蒸同属一次平衡汽化过程，它不使未稳定凝析油中的轻、重组分较彻底地分离，即闪蒸气中含有C6以上的重组分。对轻组分含量较多的凝析油，若采用负压闪蒸法，将使抽气压缩机的能耗增加，且难以达到稳定要求。在工艺设备中增加抽真空的设备，也导致增加系统维护复杂程度。分馏稳定法能较彻底地脱除未稳定凝析油中的C1～C5组分，有较理想的分离效果和稳定深度。但分馏稳定法需把全部凝析油加热至较高的温度，所需的换热设备较多，流程长，动力消耗大，建设费用和运行费用都较高。如采用正压提馏法稳定工艺则可降低投资和运行费用。

为了适应沙漠地区远离生活基地的边缘、单井气井恶劣的工作条件，橇装凝析油稳定装置选用工艺流程简单、运动部件少、维护工作量少的正压提馏法稳定工艺，装置工艺流程见图1。装置的工作流程是：从低温分离器过来的凝析油降压到0.6MPa后，进入橇装凝析油稳定装置上的缓冲罐，缓冲罐顶分离出的少量不凝气体，通过压力自动控制阀控制压力后和精馏稳定塔顶不凝气混合进入站内燃料气系统。未稳定凝析油通过流量控制阀调节后，以恒定流量进入换热器与自动控温电加热再沸器底部出液进行热交换，升温至60～80℃后进入精馏稳定塔顶部。精馏稳定塔底液流入电加热再沸器加热至100～120℃。从电加热再沸器气相出口经精馏稳定塔中部气相入口进入精馏稳定塔，精馏稳定塔顶压力控制在0.2～0.4MPa。精馏稳定塔顶不凝气与缓冲罐顶不凝气混合后进入站内燃料气系统。精馏稳定塔底稳定后的凝析油从电加热再沸器底部出口流出，进入换热器与从缓冲罐来液进行热交换，降温到50℃以下，通过凝析油出橇管线进入橇外换热器与低温天然气换热，进一步降温到40℃以下后，进入凝析油储罐储存。稳定后，凝析油在37.8℃时饱和蒸汽压小于60KPa。

图1　气田橇装凝析油稳定装置工艺流程图

4.2设备设计

缓冲罐：由于凝析油来自前段的低温分离器，低温分离器排液是间歇性排液，缓冲罐设计了较大的容量，能充分平衡来液的压力与流量的波动。缓冲罐设计工作压力0.6MPa，容积3m3，在最大流量20m3/d时的停留时间T为3.6小时。

式中：T—停留时间，h；V—容积，单位m3；v—流量，单位m3/d。

稳定塔：稳定塔是凝析油的关键设备，其采用正压提馏法工艺，内部采用规整填料进行设计，规整填料的优势为流量适应范围广，利于橇装凝析油稳定装置在不同流量条件下都能稳定运行。

低温凝析油从稳定塔上部往下流，高温蒸汽从塔釜往上升，上升的高温气相与向下流的低温液相在凝析油稳定塔填料层表面上分别向相反方向流动并相互接触，发生热、质同时交换，凝析油轻组分进入气相，降温并上升到塔顶从塔顶排出，分离出轻组分稳定后的凝析油温度升高并从塔底排出，成为分离出轻烃的稳定凝析油。

换热器：稳定塔操作时进料温度提高有利于塔的操作稳定性及产品的质量。为了节省橇的空间，设计了一台板式换热器，利用出塔稳定热液对进塔的冷液进行升温，一方面可以提高进塔冷液的温度，减少对进塔冷液进行加热的热源与换热器的需要；另一方面，降低稳定凝析油的温度，使凝析油出橇时温度降低，有利于凝析油稳定与减少蒸发损耗；同时，换热器通过对出塔凝析油的换热回收一部分热能，减少设备总能量消耗；根据计算，并考虑到最大流量使用条件，选用换热面积为4m2的板式换热器。

式中：F—板式换热器的理论换热面积，m2；Qn—设计热负荷，kW；K—传热系数，W/m2·℃；△t—平均温差，℃。

电加热再沸器：现场没有蒸汽热源，为了解决凝析油的加热问题，设计了一台电加热再沸器。由于电加热的热效率近似于1，因而可以这样认为：电加热器的功率即为发热量。电加热器功率主要用于给凝析油升温，凝析油进、出稳定橇的温度差即为主要热负荷，所以电加热器功率P计可以用下面公式进行计算,在选用电加热器功率时乘1.2系数。

式中：P计—电加热器计算功率，kW；q—凝析油流量，m3/h；ρ—凝析油密度，700 kg/m3；△t—温度差，℃；C—20℃凝析油比热2.49kJ/ (kg·℃)；Q散—设备散热及塔顶气相溢出所带走的热损失，kW。

橇装移动设备的特点是空间小，结构紧凑，为了减少设备空间，没有采用导热油换热方式，而是设计了电加热棒对凝析油直接加热的方式。根据计算，并考虑留有足够的余量以满足流量波动对温度的影响，选用了功率为50kW的电加热器。

仪表及自动阀执行机构：

缓冲罐及稳定塔上设液位计，显示液位并远传液位信号到自动控制系统，自动控制系统调节液位在上下限之间运行，不出现溢流及排空现象。

缓冲罐及稳定塔顶部设立压力显示及压力自动控制调节阀，通过自动控制系统显示罐顶压力并控制压力在设定范围内。

缓冲罐及稳定塔底部出口均设有自动调节阀，可以通过自动控制系统调节开度来控制流量大小，确保缓冲罐及稳定塔内液位稳定，不出现溢流及排空现象。

4.3自动控制系统的功能

橇装凝析油稳定装置缓冲罐的液位与来液流量和进稳定塔的流量密切相关，而缓冲罐和稳定塔顶的排气压力与整个流程的流量、压力和温度有着密切的关系，电加热再沸器和换热器的温度又与进、出稳定塔凝析油温度有着密切的关系。橇装凝析油稳定装置控制系统通过调整调节阀的开度来控制塔顶气体压力在给定值，同时调整调节阀的开度控制凝析油的流量，来保证缓冲罐液位、稳定塔液位的稳定，调整电加热器的电压来控制电加热再沸器的温度和换热器出口温度。

4.4现场运行结果

设备安装在克拉美丽滴西12天然气井进行工业运行，各种温度、压力参数下的运行结果见表1。从表1可以看出，塔釜温度为100～110℃，塔顶压力0.2～0.3MPa时，37.8℃的饱和蒸汽压小于60KPa，但塔釜温度为100℃时更节能。虽然，如果稳定塔顶压力再降低，可以进一步降低塔釜运行温度，更有利于节能及减少结垢隐患，但橇装凝析油稳定装置出口到储罐之间存在气液换热器、弯头、阀门等管道阻力，实际运行时0.2MPa的塔顶压力是凝析油能输送到储罐的最小值。因此，现场运行时采用的工艺参数为塔釜温度100℃，塔顶压力0.2MPa。

表1　现场调试运行结果

一年的工业运行结果表明，橇装凝析油稳定装置开机后就可以按照设定的操作温度及塔顶压力参数自动运行，并且调整工艺参数也十分方便，只需在室内远程控制器上进行相关参数设定就可完成，无需在室外设备上进行任何阀门的手动操作，方便设备在野外的运行。由于：①从缓冲罐至稳定塔之间有电动调节阀，可以将缓冲罐流向稳定塔的凝析油流量稳定在设定值；②电加热器具有自动控温功能，能根据温度传感器设定值的差值自动调整加热器功率，保证再沸器液体温度在设定值范围±5℃内恒定，所以低温分离器间歇性自动往缓冲罐排液所带来的流量波动对稳定塔釜底液温度影响较小，出橇凝析油饱和蒸汽在长达一年的运行过程中一直保持在60KPa以下，且十分稳定，实际运行每吨凝析油耗电约30kW·h，说明其能耗较低，运行经济性较好。

5　结束语

橇装凝析油稳定装置为克拉玛依第一座单井橇装凝析油稳定装置，设备于2012年建成，2013年投产，一年的工业现场运行结果表明，橇装凝析油稳定装置能将现场凝析油加工成稳定的凝析油，满足单井气井凝析油安全储存及运输要求，并且适应范围广，工艺简单，整体移动性好，自动化程度高，操作简便，运行可靠，野外安装、施工周期短，且设备可以在单井开采结束后整体拖运到其它井场重复使用，节省设备投资。它的运行成功将为克拉美丽边缘井、单井生产提供一种简单、灵活、廉价的安全生产模式，对其它气田也有借鉴意义。

参考文献

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doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.01.017

中图分类号：TE88

文献标识码：A

文章编号：1008- 553X（2015）01- 0062- 04

收稿日期：2014- 07- 03

作者简介：张东平（1965-），男，毕业于重庆石油学校，高级工程师，从事石油天然气开发管理工作，13999313986，zdongping@petrochina.com.cn；

Design and Application of the Skid-mounted Gas Condensate Stabilization Unit in Kelameili

ZHANG Dong-ping1，ZHOU Zhao-xin2，WANG Yuan-sheng2，ZHANG Feng1，CAO Hong-gui1，SU Hong-jiang3，FU Xue-chen3
（1. Gas Recovery Plant，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay834007，China; 2. College of Chemistry Material，China Universityof Geoscience（Wuhan），Wuhan 430074，China; 3. Karamay Sanda NewTechnology Co.，Ltd.，Karamay834007，China）

Abstract：Skid- mounted unit without steam heat and cold and instrument air for single well gas condensate stabilization was designed. Operated results showed that saturation vapor pressure of 37.8℃of Kelameili gas condensate could be dropped to less 60KPa while the bottom temperature was 100～110℃and the overhead pressure was 0.2～0.3MPa. The device characteristics are overall relocation，installation quick，simple operation，applicable toa wide range offlowand temperature.

Key words：gas condensate; stable light hydrocarbon; skid- mounted unit