涠洲终端原油负压闪蒸工艺温度及含水敏感性分析

张子波，胡文杰，梁金莺，徐敏航，彭建君

中海油研究总院，北京100028

涠洲终端原油负压闪蒸工艺温度及含水敏感性分析

张子波，胡文杰，梁金莺，徐敏航，彭建君

中海油研究总院，北京100028

涠洲终端负压闪蒸原油稳定系统中的负压压缩机运行在其排量范围的上限，原油的闪蒸温度和含水显著影响塔顶气量。通过大量计算，分析了涠洲终端负压闪蒸工艺对温度的敏感性，塔顶气量增大过程中临界点的出现印证了含水对塔顶气量的影响，同时温度和含水率也显著影响了塔底原油质量。对温度影响曲线进行拟合，发现温度敏感性与温度为线性关系，含水率影响该直线的斜率。提出了利用控制脱水深度来控制塔顶气量的方法。

原油稳定；负压闪蒸；压缩机；敏感性

随着涠洲12-8W/6-12油田的开发，涠洲终端在2011年进行了改造设计，新增一套原油负压闪蒸稳定装置。因负压闪蒸需要的温度低[1]，终端原油进站温度主要依赖海底管道输送温度。涠洲12-2、11-4N油田开发后，进终端油量将进一步增大，同时实际生产进站组分也有所变化。在上岸油量最大的年份负压压缩机运行在其排量范围的上限[2]，温度的波动、含水变化等因素很容易导致气量超出压缩机排量范围，因此有必要对负压闪蒸稳定工艺进行敏感性分析。

1 涠洲终端负压闪蒸工艺

脱水合格原油[3]进站后，先进入进料缓冲罐缓冲，然后进入负压闪蒸塔进行闪蒸稳定，塔底原油经泵增压后，输至原油储罐储存。塔顶气经负压螺杆压缩机增压，空冷器和冷凝器冷却后，进入分离器进行油、气、水三相分离，分离出的气相经未凝气压缩机增压后进入轻烃回收装置进行轻烃回收，液烃经轻烃泵提升后进入轻烃处理系统，分离出的污水去污水处理装置。负压闪蒸工艺流程如图1所示。

2 温度敏感性

原油组分采用涠洲12-2油田基本设计项目中进终端的原油组分，C1～C4质量分数为0.78%，含水率（质量分数）为0.56%，原油流量为12 590 m3/d。

2.1 温度对工艺的影响分析

操作压力分别定为50、60、70 kPa，操作温度范围定为40～80℃，计算结果如图2所示。

图1 负压闪蒸工艺流程示意

图2 负压闪蒸塔操作温度与塔顶气流量以及稳后原油55℃饱和蒸汽压的关系

从图2可以看出，随着负压闪蒸塔操作温度的升高，塔顶气量逐步增大。起初塔顶气量增大的速度随着温度升高而加快，当温度增大到某个点时增速趋于平缓。随着闪蒸塔温度升高，稳后原油55℃饱和蒸汽压不断降低，当降低到某点后，以一个更小的速率降低。为了更好地研究出现上述现象的原因，以70kPa的操作压力条件为例，考察在这个温度变化的过程中，稳后原油组分的变化情况，计算结果如图3所示。

图3 负压闪蒸塔操作温度与稳定原油组分摩尔流量的关系

由图3可以看出，稳定原油中各组分摩尔流量减小的速度随着温度升高而加快，当温度增大到某个点时速度趋于平缓。稳定原油中的水含量下降速度随温度升高越来越快，约73℃时，含水率已经几乎为零，因此在图中73℃时出现了一个拐点。但其他组分在73℃时含量并未降到零，却也在73℃时出现了拐点。这个拐点的出现是由于水蒸气出现拐点导致的。在未达到73℃时，水蒸气持续蒸出，蒸出的水蒸气有效降低了油蒸汽中各组分的分压，所以利于油蒸汽的蒸出，到达73℃时，水蒸气近似全部蒸出，不能进一步分担油蒸汽的分压，因此油蒸汽的蒸出速率明显放缓，出现拐点。也就是说，水蒸气的存在，促进了原油稳定过程。

为了证实这一点，将原油中的水完全拔除，与之前未拔除水的结果对比。

图4 原油含水与不含水的对比

由图4可以看出拔除水后拐点消失，印证了上述“其他组分拐点的出现是水蒸气拐点的出现所致”。未拔除水时塔顶气量远远大于拔除水后的塔顶气量，其中有很大一部分是水蒸气，减掉这部分水蒸气的体积后结果见图4浅蓝色线，仍然大于深蓝色线不含水工况的塔顶气，多出的这部分，就是水蒸气对轻组分蒸出的促进作用，印证了之前的结论。55℃饱和蒸汽压曲线出现了交叉。温度较低时，水蒸气蒸出量少，原油中水的存在致使原油55℃饱和蒸汽压高于不含水原油。当温度上升到一定程度时，水蒸气的蒸出量大，水蒸气多带出了一部分较轻组分，此时多带出的这部分轻组分对于55℃饱和蒸汽压的降低起了重要的作用，所以含水原油55℃饱和蒸汽压低于不含水原油。

2.2 温度敏感性定量分析

为分析温度波动对塔顶气量的影响，将图4中两条塔顶气量曲线拟合，拟合结果如下：

含水工况：

不含水工况：

式中：t为负压闪蒸塔操作温度，℃；Q1和Q2分别为含水工况和不含水工况下塔顶气量，m3/h。

为讨论温度敏感度，对上述两式求导，得

从结果可以看出，在不同的温度下，温度波动对塔顶气量的影响是不一样的。随着温度的升高，温度敏感性不断增大，温度和单位温度变化产生的气量变化呈线性关系。

原油中的水对于温度影响敏感性较大，不同的水量将直接影响上述温度-温度敏感性直线的斜率。

以涠洲12-2油田基本设计项目2015年数据为例，上岸原油温度约64℃，代入式（3），得Q1′=274.9 m3/h，即在64℃时，如果闪蒸温度波动1℃，塔顶气量将波动274 m3/h，涠洲终端采用的压缩机在-70 kPa下的排量为255～2 550 m3/h，可知，在这样的操作条件下，温度的波动影响是显著的，可能直接影响到塔顶气量是否处于压缩机排量范围内。

3 含水率影响分析

负压操作条件下乳化水很难参与相平衡，但是在工艺模拟计算塔顶气量时，尤其是负压压缩机处在排量上界时，不能不考虑含水的影响。

为了分析含水率对塔顶气的影响，操作压力取70 kPa，操作温度分别取60、70、80℃，改变原油的含水率，计算结果如图5所示。

图5 不同温度下原油含水率与塔顶气流量的关系

由图5可以看出，不同的操作温度下，含水率对塔顶气量的影响很大，温度越高，能够影响塔顶气量的含水率范围越大。例如在70℃的操作温度下，想要通过控制脱水深度来控制塔顶气量，需要将脱水深度控制在0.4%以下，而80℃时含水率在0.77%时就已经可以影响到塔顶气量的大小。

4 结论

（1）水的存在显著影响负压闪蒸过程，分担原油中轻组分的蒸汽压，增大原油中轻组分的蒸出量，促进轻油回收。

（2）水的存在对稳定原油55℃蒸汽压的影响随温度的不同而不同。

（3）负压闪蒸稳定工艺中，温度的敏感性随着操作温度的增加而增大，二者呈线性关系。水的存在显著影响上述直线的斜率。

（4）如果负压闪蒸装置中负压压缩机运行在排量的上限，在操作温度以及当前含水率合适的情况下，可以通过适当增大上游脱水流程的脱水深度，来使负压压缩机的运行状况得到改善。

（5）如果需要保证轻油的回收率，或者负压压缩机运行在排量的下限，技术允许的情况下，可以适当降低上游流程的脱水深度，充分利用水蒸气对闪蒸过程的促进作用。

[1]羊东明，孟凡彬.塔河油田原油稳定的负压闪蒸工艺[J].油气田地面工程，2000，19（2）：23-24.

[2]刘秀林.往复式压缩机工艺管道的布置及防振措施[J].石油工程建设，2009，35（2）：19-22.

[3]李朝阳，马贵阳.原油脱水技术数值研究 [J].天然气与石油，2011，29（5）：68-71.

[4]SY/T0069-2008，原油稳定设计规范[S].

Sensitivity analysis of temperature and water content for vacuum flash evaporation process in Weizhou Terminal

ZHANG Zibo，HU Wenjie，LIANG Jinying，XU Minhang，PENG Jianjun
CNOOC Research Institute，Beijing 100028，China

The negative pressure compressor in crude oil vacuum flash evaporation stabilizing system of Weizhou Terminal runs in the upper limit of displacement range.The gas flow at the tower top is significantly influenced by the flash temperature and water content of oil.Massive calculations are done to analyze the sensitivity of temperature and water content.There is a turning point of gas flow，which confirms the influence of water content on gas flow.Temperature and water content affect obviously the quality of oil at the tower bottom as well.It is found by the temperature curve fitting that the sensitivity of temperature is linearly proportional to temperature,and water content influences the slope of the fitted straight line.The method is proposed to controlthe gas flow by controlling the depth of dehydration.

crude oilstabilization；vacuum flash evaporation；compressor；sensitivity

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.010

张子波（1985-），男，山东东营人，工程师，2011年毕业于中国石油大学（华东）油气储运工程专业，硕士，现从事油气处理工艺设计和研究工作。Email：zhangzb3@cnooc.com.cn

2017-06-10