油气集输第6章原油稳定.ppt.ppt

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1、6-1 概述6-2 原油稳定工艺 6-3 原油稳定工艺选择,第六章 原油稳定,三相分离器设计要点,6-1 概 述,一、原油在集输过程中的蒸发损失 从集输过程可知，为满足脱水、脱盐的要求，原油需加热、减压存放。这些过程中均会使原油中轻烃的挥发。对未密闭的流程，原油在敞口的大罐中的蒸发损失很大，据国内各油田的调查情况看，这部分蒸发损失占油田总损失的40左右。蒸发损失主要是三相分离器后原油中的溶解气造成的。,油中的溶解气约为2，这些溶解气均为较轻的烃类，应该加以回收，因此人们在原油地面生产的处理过程中采取了全密闭处理，并对原油进行稳定。从原油中回收轻烃的过程称为原油稳定，一般情况下，稳定装置紧跟在原

2、油脱水之后。采用全密闭流程可使油气损失下降到0.290.5。,6-1 概 述(续1）,二、原油性质对蒸发损失的影响 原油是一个多烃类化合物的混合物，其元素组成主要为碳、氢、氧、硫、氮等。原油中含碳达8387，氢1114，碳氢比达67.6。各组分的分子量从甲烷的16到15002000，即胶质、沥青质的重分子量的重烃。,6-1 概 述(续2）,通常在三相分离器条件下，C1、C2、C3、C4、N2、CO2均为气态，这些轻组分在原油中挥发出来时，带走大量的C5、C6烃类，而C6为铂重整的原料，为C5汽油的前馏分。为了避免在处理过程把C6损失掉，我国规定：从原油中回收轻烃时，C6的拔出率不得超过其潜含量

3、的5。,6-1 概 述(续3）,原油稳定的方法基本上可分为：闪蒸法（负压、常压、微正压）和分馏法。由于原油的组成不同，原油处理过程的工艺条件也不同，因而原油稳定的方法也就不同。各流程方案的确定及操作条件的选定取决于：1.原油组成和稳定深度；2.能量消耗；,6-2 原油稳定工艺,3.保证C6组分的拔出率不超过标准，也就是除了限定原油中C4以下烃类不高于某指标外，还应保持C6不得拔出多少。一、原油稳定原理 由于原油中的轻烃含量可用其蒸气压表示，蒸气压即原油混合物在某个温度下的泡点压力。轻组分蒸气压高于重组分，故轻组分含量越高，其蒸气压就越高，所以从原油中脱除轻组分的过程也就是降低其泡点压力的过程。

4、,6-2 原油稳定工艺（续1）,原油为包括许多未确知组分的混合物，表示其轻组分含量及稳定深度最好的办法是用原油的某温度下的蒸气压。1.纯烃蒸气压与温度的关系 由克拉贝龙克劳修斯关系可知，物质蒸气压与其温度的关系为：,6-2 原油稳定工艺（续2）,式中：R气体常数；H气化潜热，可视为常数。由上式可以看出：随温度升高，蒸气压增大。2.原油蒸气压的测定 目前还没有测定原油蒸气压的专用仪器，常用雷特蒸气压测定器测定原油的雷特蒸气压，再用图表转换成原油的真实蒸气压，即原油的饱和蒸气压。,6-2 原油稳定工艺（续3）,6-2 原油稳定工艺（续4）,125亳升原油,500毫升空气,剧烈摇动,测得的上部容器的

5、气体压力雷特蒸气压,38恒温水浴,总压=pm+pa=,（1）雷特蒸气压的测定 因为是用特定的仪器测定，故测出的数据具有条件性。仪器不同、容积比不同，则实测数据不同。（2）原油饱和蒸气压的求法,6-2 原油稳定工艺（续5）,由上述可知，用雷特蒸气压测定器测定原油蒸气时温度为38、液体与气体的容积比为1：4，这与同温度下刚有气泡从原油中析出时的蒸气压相比，测定值总是小于原油的饱和蒸气压。,式中：p原油的雷特蒸气压，Pa；pm压力计读数，Pa；pt水在t时的饱和蒸气压，Pa；p38水在38时的饱和蒸气压，Pa；pa实验时的实际大气压，Pa；t测定器上室的开始温度，。,6-2 原油稳定工艺（续6）,3

6、.原油饱和蒸气压和温度及组成的关系 利用实测的雷氏蒸气压（38测定），由列线图可求原油在其它温度下的饱和压力。,6-2 原油稳定工艺（续7）,雷氏蒸气压一定（即组成一定），当T升高时，p 增大；温度一定时，当pm升高时，p增大。4.降低原油蒸气压的方法 要实现降低原油蒸气压，则必须是减少其轻组分含量，即尽可能脱除原油中的C1C4组分。,工业上的途径：(1)提高原油的温度，可使轻组分从原油中尽可能分出，进入气相分离器排除，但为一次平衡分离不够理想；(2)降低系统压力，使轻组分气化进入气相，这也是一次平衡，分离不够彻底。,6-2 原油稳定工艺（续8）,二、闪蒸分离法 由于原油组成、进料温度和轻组分

7、拔出率的要求不同，闪蒸分离的操作压力又分为负压、常压或微正压三种流程，按使原油部分汽化所采用的方法，闪蒸可分为负压闪蒸和加热闪蒸两种。通过对原油加热或减压使原油部分气化，然后在一个压力和温度不变的容器内，把气液两相分开并分别引出容器。,6-2 原油稳定工艺（续9）,由于轻组分浓集于气相，重组分浓集于液相，使经上述处理后的原油内轻组分含量减少、蒸气压降低，原油得到一定程度的稳定，这种方法称闪蒸稳定（平衡蒸馏）。闪蒸时，原料中各种组分同时存在于气液两相中，气相中轻组分C1C4的纯度不高，液相中也得不到纯度很高的重组分，轻重组分的分离较粗糙，油气分离器内进行的过程就属于闪蒸过程。,6-2 原油稳定工

8、艺（续10）,1.负压稳定 原油稳定的闪蒸压力（绝对压力）比当地大气压低即：在负压条件下闪蒸，以脱除其中易挥发的轻烃组分，这种方法称为原油负压稳定法，又称为负压闪蒸法。负压稳定的操作压力一般比当地大气压低0.030.05PMa；操作温度一般为5080。该法适用于含轻烃较少的原油，当每吨原油的预测脱气量在5m3左右时，适合采用此法。负压稳定工艺流程介绍,6-2 原油稳定工艺（续11）,图6.3是负压稳定的典型工艺流程示意图。,1电脱水器；2原油稳定塔；3真空压缩机；4冷凝器；5三相分离器；6轻油泵；7稳定原油罐；8原油外输泵图6.3 负压稳定工艺流程示意图,40,6-2 原油稳定工艺（续12）,

9、2.微正压稳定 微正压稳定法又称加热闪蒸稳定法，这种方法的闪蒸温度一般要比负压闪蒸法高，需要在原油脱水温度（或热处理温度）的基础上，再进行加热（或换热）升温才能满足闪蒸温度要求。,6-2 原油稳定工艺（续13）,由于稳定原油温度较高，应考虑与出塔合格原油换热以回收一部分热量。正压闪蒸稳定的操作压力一般在0.120.40MPa 内，操作温度则根据操作压力和未稳定原油的性质确定，一般为80120，特殊情况在130以上。为了降低操作温度，可采取降低油气分压的措施（如适当加入水蒸汽、水或不凝气等）。一般情况下，不宜提高操作压力，否则闪蒸温度随之提高，增加能耗。,6-2 原油稳定工艺（续14）,但对于轻

10、组分含量较高的原油，可适当提高操作压力，从而节省压缩机动力，甚至不需要压缩机。对于轻组分含量较低的原油，操作压力可控制在0.120.20MPa；对于轻组分含量较高的原油，操作压力可控制在0.120.25MPa。,6-2 原油稳定工艺（续15）,（1）渤西原油稳定工艺流程介绍,渤西原油稳定工艺流程,1脱水原油换热器；2脱水原油加热器；3稳定塔；4塔顶冷凝器；5冷凝液分离器；6稳定气压缩机；7液烃泵；8塔底泵图6.4 正压闪蒸稳定工艺流程,6-2 原油稳定工艺（续16）,650.40MPa,128,105,130,0.25MPa,40,60,（2）渤西原油稳定装置主要工艺设计参数 A.设计原油处理

11、能力：80104t/a；B.稳定塔：立式塔，塔尺寸为2000mm19850mm，有筛板6块；操作条件：0.25MPa/128；,6-2 原油稳定工艺（续17）,C.稳定气压缩机：一期工程为2台，两级压缩往复式天然气压缩机，产地为沈阳压缩机厂。两级操作条件分别为：第一级：0.18MPa/39（入口），0.65MPa/94（出口），排气量685m3/h；第二级：0.60MPa/40（入口），2.0MPa/108（出口），排气量911m3/h；电机功率：110kW。,6-2 原油稳定工艺（续18）,三、分馏法稳定 分馏法稳定，就是根据精馏原理脱除原油中的易挥发组分。精馏是将由挥发度不同的组分所组成的

12、混合液，在精馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯组分的过程。,6-2 原油稳定工艺（续19）,根据操作压力不同，分馏法可分为常压分馏和压力分馏。前者的操作压力为常压50kPa（表压），需设塔顶气压缩机和塔底泵，适用于密度较大的原油。压力分馏的操作压力在50100kPa（表压）之间，一般可以不设塔顶气压缩机和塔底泵，适用于密度较小的原油。根据精馏塔的结构和回流方式的不同，分馏法又可分为提馏稳定法、精馏稳定法和全塔分馏稳定法等三种。,6-2 原油稳定工艺（续20）,1.提馏稳定法 提馏稳定法工艺流程如图6.5 所示。该稳定塔内只设提馏段。此法用于稳定原油质量要求高、对拔出气体纯

13、度没有要求的原油稳定。,6-2 原油稳定工艺（续21）,1换热器；2稳定塔；3压缩机；4冷凝器；5三相分离器；6轻油泵；7塔底油泵；8重沸油泵；9加热炉（器）图6.5 提馏法原油稳定流程示意图,6-2 原油稳定工艺（续22）,2.精馏稳定法,1换热器；2加热炉（器）；3稳定塔；4压缩机；5冷凝器；6三相分离器；7轻油泵；8塔底油泵图6.6 精馏法原油稳定流程,6-2 原油稳定工艺（续23）,由于此法能耗大，拔出组分多为C5，蒸气压高，储运难，一般不推荐使用。但若站内有凝液分馏装置，此法也可采用。,6-2 原油稳定工艺（续24）,3.全塔分馏法 全塔分馏法工艺流程如图6.7所示。该稳定塔内既有精

14、馏段，也有提馏段，塔顶有回流，塔底有再沸系统，也称为完全精馏塔。出塔油气和塔底原油的走向，分别与精馏法和提馏法相同。,6-2 原油稳定工艺（续25）,1换热器；2热介质换热器；3稳定塔；4压缩机；5冷凝器；6分离器；7轻油泵；8塔底油泵；9重沸油泵；10重沸加热炉（器）图6.7 全塔分馏法原油稳定流程,6-2 原油稳定工艺（续26）,这种工艺虽然复杂，能耗高，但分离效率最高，稳定后的原油质量最好。全塔分馏法适用于含轻烃较多的原油，特别是凝析油，当每吨原油预测脱气量在10m3以上时，宜采用此法。从天然气中分离出来的凝析油，都会有相当数量的C1C4烃类以及大量的汽油馏分，其中小于200的汽油馏分约

15、占70%，其余部分几乎全部为柴油馏分，蜡油馏分极少。,6-2 原油稳定工艺（续27）,由于汽油馏分极易挥发，因此不能用闪蒸法脱除其中的烃类气体，以免造成脱出气大量带油，导致汽油馏分中的辛烷值组分的大量流失。对凝析油和原油二次加工得到的汽油馏分来说，宜采用分馏稳定方法。下面结合JZ20-2天然气分离厂的凝析油稳定装置介绍此法工艺流程。4.工艺流程 如图6.8所示。来自段塞流捕集器的凝析液（5.1 MPa）减压至2.1MPa，经预热至40进入中压分离器进行油气水三相分离。,6-2 原油稳定工艺（续28）,1换热器；2稳定塔；3塔顶冷凝器；4塔顶回流罐；5塔顶回流泵；6塔底重沸器（热介质加热）图6.

16、8 凝析油稳定工艺流程,6-2 原油稳定工艺（续29）,1.8MPa,92,205 230,130,5.12.1 MPa,40,210,在塔顶脱出气中含有较多C5以上组分，但脱出气经稳压机增压后进入轻烃回收主装置区，经多塔精馏后，最终从脱丁烷塔底分出，仍进轻油罐。,使原油中易挥发轻组分变成蒸汽并导走，所剩原油中轻组分减少，蒸气压降低，这一工艺过程称为原油稳定。使多少轻组分变成蒸汽与原油分离，使原油蒸气压下降多少，这是稳定深度问题。我国规定：在最高储存温度下稳定后原油的蒸气压不应超过当地大气压，C6的气化率不超过原油含量的5。原油稳定系统的设计应遵循上述规定。,6-3 原油稳定工艺选择,原油稳定

17、的工艺随原油的性质，集输状况（规模）及稳定要求不同而异。工艺选择的核心是要求最低的投资，最小的操作费（能量消耗）达到原油稳定的目的。工艺选择包括：工艺方案的确定（工艺流程）；方案中的工艺条件的确定。一般是选择数个技术上可行的方案，作出完整的设计计算，然后就投资及操作费用进行比较，选出最优方案。,6-3 原油稳定工艺选择（续1）,虽然闪蒸法和分馏法均可以实现原油的稳定，降低油气损耗，但最终选择要根据原油性质（轻烃含量）和稳定要求、投资和能耗来确定。1.原油的稳定深度 我们已知原油的饱和蒸汽压（38）可以代表其中轻组分含量的多少。,一、工艺方案的确定,6-3 原油稳定工艺选择（续2）,稳定深度是指

18、从未稳定原油中分出多少挥发性最强的组分（C1C4），分出的越多越彻底，则原油稳定的深度越高。通常用最高温度下原油的蒸气压来衡量。从降低原油在储运过程蒸发损失来看，稳定后原油的蒸气压越低越好，但追求过低的蒸气压，必须在油田建设庞大的稳定装置，消耗大量能量。,6-3 原油稳定工艺选择（续3）,把炼厂原料中C6的烃给拔出去，一方面油田不具备炼厂的综合加工能力，拔出的C5、C6没有合适用途，造成新的资源浪费，另一方面，降低了原油的质量和数量。由于各国所具备的条件不同，所以对原油稳定的要求也完全不同。我国“油田油气集输设计规范”规定：稳定原油的蒸气压，在最高储存温度下不应超过当地大气压。稳定过程应控制C

19、6拔出率不超过其未稳定原油潜含量的5。,6-3 原油稳定工艺选择（续4）,美国堤兹河畔原油稳定厂，要求把原油稳定到蒸气压为0.350.49atm(266372mmHg)。伊朗阿巴丹炼油厂，要求进厂原油的蒸气压应小于0.7atm(A)(532mmHg)。前苏联交付炼厂的原油蒸气压规定为500mmHg。未稳定原油中C1C4烃的质量含量低于0.5，一般不考虑进行稳定（自身蒸气压很低或接近规定要求，若处理时，经济上不合算）。,6-3 原油稳定工艺选择（续5）,2.工艺方案的比较和选择 负压闪蒸、加热闪蒸及分馏稳定作为原油稳定的方法，各有其适应的条件和特点，应根据这些条件和特点加以使用。（1）油罐烃蒸汽

20、的回收 流程最简单，设备少，但因油罐对正、负压的承压均很低，仅是通过渐次气化来产生部分气体，而不能靠负压和加热来深度稳定原油，故它只能是一种作为原油密闭储存防止蒸发损失的一种措施，达不到稳定原油的目的。,6-3 原油稳定工艺选择（续6）,我国一些老油田出砂严重，目前多采用立式沉降罐脱水、除砂。这时罐顶加设大罐抽气系统，使系统密闭是极为有利的。（2）多级分离法 较一次分离有很大的优点，可得到蒸气压较低的稳定原油，且充分利用地层的能量。若把井口低压原油加压再照此法分离则经济上不如其它方法。,6-3 原油稳定工艺选择（续7）,（3）闪蒸分离法 无论负压闪蒸或加热闪蒸法，均为一次气化（或平衡汽化）均不

21、能使原油中C5和C6组分得到彻底分离。故稳定后即使达到规定蒸气压，原油仍含有少量轻组分（C1C4），气体中含有较多重组分。有时要确保C6拔出率，就不得不保持较高的蒸气压。,6-3 原油稳定工艺选择（续8）,苏联国立东方设计院，曾就含C1C4烃不同的未稳定原油作过稳定方案比较，结果表明：原油中，若含C4以下烃在5.5，则适合于分馏稳定法，而轻组分含量低的原油（C4以下烃含量在2.24的原油），宜采用闪蒸分离。我国大部分原油的C1C4烃含量为0.82，因此多采用闪蒸分离稳定。,6-3 原油稳定工艺选择（续9）,负压闪蒸和加热闪蒸，虽然均为一次气化，但因负压下烃类的相对挥发度高于正压，故闪蒸后C5、

22、C6的分离程度稍好一些。负压闪蒸适合处理含轻组分少的重原油，而加热闪蒸适于C4以下含量较高的轻原油，前者能耗为电能，后者主要为热能。当原油需加热处理时（热处理改变含蜡原油内部结构，降低凝固点和粘度），显然用加热闪蒸更适合，使其一热二用。,6-3 原油稳定工艺选择（续10）,（4）分馏稳定 能较彻底地脱除原油中C1C4烃，使C5和C6分离较好，故稳定效果最好，但因要在塔顶保持液相回流，塔底保持气相回流，全部原油均需加热到较高温度，需消耗大量热量和动力。此法只是在轻组分含量较高时，经济上才合算。,6-3 原油稳定工艺选择（续11）,各种工艺方案都有其合适的工艺条件。1.稳定压力（1）负压闪蒸 负压

23、闪蒸压力与稳定原油的蒸气压要求直接有关，过高达不到稳定的要求，过低则C6拔出的过多，一般为0.70.9kg/cm2（A）。,二、主要工艺参数的选择,6-3 原油稳定工艺选择（续11）,根据最高储存温度下的饱和蒸气压，换算为操作温度下的蒸气压（由雷氏温度，据列线图换算），即为操作压力。（2）加热闪蒸 分离压力可取3kg/cm2，可使大部分C4、C5在此压力用水冷凝。当压力确定后，便可根据稳定原油蒸气压要求，求出此压力下的稳定温度。,6-3 原油稳定工艺选择（续12）,（3）分馏法 提高压力可使塔的处理能力增大，但此时压力确定应根据原油轻组分含量，在塔顶产生足够的C4、C5回流，故其压力应高于加热

24、闪蒸，一般为410kg/cm2，原油含C1组分过多时，应维持较高的压力。2.加热温度 负压闪蒸温度即为原油的脱水温度，在60左右；加热闪蒸为指定压力下的液相的泡点温度；,6-3 原油稳定工艺选择（续13）,分馏稳定的塔顶温度为塔顶产品的露点；塔釜为塔釜产品（稳定原油）在此温度下的泡点。3.进料原油的含水含盐要求 为减少对设备的腐蚀及水分在塔内的积累，破坏分离操作，总压突然下降，要求尽可能降低进塔原油含水量。美国霍金斯油田要求：含水小于0.1，含盐小于285mg/L；,6-3 原油稳定工艺选择（续14）,前苏联一般要求，含水在0.30.5，含盐30mg/L以下；我国各装置要求，含水小于0.5，含

25、盐小于50mg/L。,6-3 原油稳定工艺选择（续15）,三相分离器设计要点,三相分离器设计要点,三相分离器设计要点,一、卧式三相分离器尺寸计算方法 选定卧式三相分离器的尺寸时，有必要规定分离器的直径和圆筒部分的长度。气体处理量和停留时间决定了合乎要求的细长比。从油中沉降出500m直径的水滴决定了分离器的最大直径。1.气体处理量决定的容器尺寸 气体处理量限制的容器尺寸计算可采用两相分离器中的计算公式,三相分离器设计要点,式中：D分离器内径，m；重力沉降部分的有效沉降长度，即入口分流器至气体出口的水平距离，m；Qgs标准状态下气体流量，m3/d；气体允许流速，m/s；p操作压力，Pa；,三相分离

26、器设计要点,T操作温度，K；Z气体压缩因子；下标s标准状态下的参数；载荷波动系数。2.停留时间决定容器尺寸 停留时间的限制可得出另一个计算D与le可取组配的公式。,三相分离器设计要点,式中：t时间，min；V容器中的有效体积，m3；Q液体流量，m3/d则有容器中油的体积Vo为：,三相分离器设计要点,容器中水的体积Vw为,容器中的有效体积V 为,三相分离器设计要点,式中：D容器的截面积，m；le油气分离器有效长度，m；tro油的停留时间，min；trw水的停留时间，min；Ao容器截面上油的面积，m2；Aw容器截面上水的面积，m2；A容器截面积，m2；Qo油的流量，m3/d；Qw水的流量，m3/

27、d。,三相分离器设计要点,3.沉降公式 要求500m直径的水滴能从分离器内的油层里沉降下来，由此确立由下式得出的最大油层厚度。设油的停留时间为tro，min；水的停留时间为trw，min；水的沉降速度为，m/s；油层最大厚度为ho，m；液滴直径为dm，m；液体粘度为，Pa.s。,三相分离器设计要点,tro=trw,三相分离器设计要点,式中：ho分离器内油层能达到的最大厚度，m；tro油的停留时间，min；、分别为水的相对密度和油的相对密度，无量纲；dm液滴的直径，m；（ho）max最大油层厚度，m；l液体的粘度，Pa.s。在给定的原油停留时间和给定的水的停留时间条件下，可由最大油层厚度的限制来

28、确定油气分离器直径。,三相分离器设计要点,4.分离器圆筒部分长度计算与细长比 借用两相分离器计算公式，同样能根据有效长度估算分离器圆筒部分长度。在气体处理量起主导作用的地方，应限定细长比小于4或5，以防在气液界面气体重新带液。如果在选定分离器尺寸时是以液体处理量为基础的，可取一个较大的细长比。在油水界面有可能形成内波。通常推荐选用的细长比小于6，除非进行更为详尽的研究。大多数卧式三相分离器的细长比取35。,三相分离器设计要点,二、卧式三相分离器尺寸计算步骤,1.选择油的停留时间 tro和水的停留时间trw 2.计算最大油层厚度（ho）max 3.计算Aw/A 4.根据曲线确定ho/D 5.计算

29、容器的最大直径Dmax 6.计算气体处理量限制下D与le的组配 7.计算油和水限制下D与le的组配 8.估算分离器圆筒部分的长度 9.选择合理的直径和长度,三相分离器设计要点,三相分离器设计要点,计算示例例1已知分离器的工作条件和原油的各参数如下：油的流量Qo=795m3/d；水的流量Qw=477m3/d；气体的流量Qg=141585m3/d；操作压力=0.70309MPa；操作温度=32.22；原油相对密度=30oAPI；水的相对密度=1.07；气的相对密度=0.6；油和水的停留时间tro=trw=10min；粘度=10cp=0.01Pa.s；试确定卧式三相分离器的尺寸。,三相分离器设计要点

30、,解：（1）计算相对密度差,油的相对密度为：,油水的相对密度差为：,（2）核算气体分离要求的分离器尺寸,三相分离器设计要点,式中各项：Qgs=141585 m3/d；ps=0.1031MPa；T=305.22K；Z=0.985；p=0.70309MPa；=1.5；Ts=273K；,m/s,三相分离器设计要点,（3）计算能满足分离器直径和长度的组配,（4）计算分离器内最大油层厚度,三相分离器设计要点,（5）计算油层厚度限制的最大直径,查得Z=0.257,m,（6）液体停留时间限制的尺寸,三相分离器设计要点,22.50 m,（7）计算直径与长度的组配 根据上面计算结果，进行长度和直径组配，组配结果列于下表。,三相分离器设计要点,（8）计算分离器圆筒部分长度,或,（9）计算细长比 选择取值范围35是很普遍的。（10）图线结果与选择合理尺寸不可违反气体处理量限制或分离器内油层厚度限制。由图可见，可能的选择尺寸有：1.86.94；2.05.63；2.24.65。,三相分离器设计要点,英国某油田油气集输处理流程图,渤西原油稳定工艺流程图,渤西原油脱水工艺流程图,