原油稳定授课教案.docx

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原油稳定授课教案

第六章原油稳定

概述

　　本章主要讲述了原油稳定的目的和要求、原油稳定的方法、闪蒸稳定和分馏稳定的原理和工艺流程、原油稳定的其它方法、稳定方法的选择以及原油脱硫等方面的知识。

通过本章的学习，使学员了解原油稳定对降低油田蒸发损失的重要意义，掌握原油稳定方法和稳定工艺以及稳定方法的选择原则。

本章的重点为原油稳定的要求、闪蒸稳定和分馏稳定的原理和工艺流程等部分的知识。

本章计划授课学时2学时，自学学时8学时。

建议学员在本章的学习过程中，要与油田生产节能降耗、减本增效联系在一起，这样可以加深对原油稳定意义的理解。

　　课程内容

　分配学时

　主要内容

　重点

　难点

　　第一节稳定目的和要求

共2学时

1、原油稳定的目的和要求；

2、原油稳定的方法和工艺；

3、原油脱硫。

原油稳定的方法和工艺

　　第二节原油稳定方法

　　第三节脱硫

第一节稳定目的和要求

通过本章的学习，使学员了解原油稳定对降低油田蒸发损失的重要意义，掌握原油稳定方法和稳定工艺以及稳定方法的选择原则。

本章的重点为原油稳定的要求、闪蒸稳定和分馏稳定的原理和工艺流程等部分的知识。

建议学员在本章的学习过程中，要与油田生产节能降耗、减本增效联系在一起，这样可以加深对原油稳定意义的理解。

　　本节主要介绍原油稳定的目的和要求。

其中原油稳定的要求是本节重点掌握内容。

学员也应对原油稳定的目的有所了解。

§6－1稳定目的和要求

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％左右，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。

下图即为有稳定装置的全密闭集输流程。

经流程密闭、原油稳定后，油田的油气蒸发损耗由1.5%～2%降低为0.29%～0.5%以下。

（全密封油气集输流程动画演示）

图全密封油气集输流程

1—计量分离器；2—加药泵；3—换热器；4—三相分离器；5—加热炉；6—电脱水器；7—原油稳定器；8—油罐；9—外输泵

　　原油稳定目的可概括为：

（1）降低原油蒸气压，满足原油储存、管输、铁路、公路和水运的安全和环保规定。

（2）从原油内分出对人类有害的溶解杂质气体。

如某些酸性原油内溶有H2S气体和挥发性硫化物，H2S的常压沸点为-60.3℃介于C2和C3之间，稳定过程中从原油内分出C2和C3的同时也分出H2S，使原油内H2S含量降低。

　　（3）从原油稳定中追求最大利润。

2.稳定要求

稳定过程中使原油蒸气压降低的程度称为稳定深度，蒸气压降低愈多、稳定深度愈高。

由于国情和油田产品的市场需求不同，各国要从原油内分出的挥发性组分和对稳定后原油蒸气压的要求也有差别。

我国原油稳定的重点是从原油内分出C1～C4，稳定后在最高储存温度下规定的原油蒸气压“不宜大于当地大气压的0.7倍”。

英国堤兹河畔原油稳定厂要求把原油稳定到蒸气压为0.35～0.49大气压，伊朗阿巴丹炼厂要求进厂原油蒸气压小于0.7大气压。

因而，各国和各原油生产商对原油稳定深度的要求并不一致，应从防止油气损耗、运输安全、环保、H2S和轻质硫化物含量、稳定装置建设和运行成本、市场对各种油品需求和价格等因素综合确定。

相关知识：

在国际市场上原油价格一般高于液化天然气和天然气凝析油，单位体积原油的价格约为热值相当的天然气价格的1.4倍以上。

原油价格还随原油密度而变，密度愈小、售价愈高，相对密度提高1°API度（即原油相对密度降低约0.007），每桶原油（0.159m3）售价约可提高10美分或更多，因而追求储罐原油体积最多、密度最小是原油稳定的经济目的。

　　截至目前，我国在现行规范内将原油稳定的目的阐述为“降低原油蒸发损耗、合理利用油气资源、保护环境、提高原油在储运过程中的安全性”。

小结：

本节主要介绍原油稳定的目的和要求。

通过本节的学习，我们应该掌握原油稳定的目的和要求及其必要性，另外，也需对全密闭集输流程有所了解。

　一、原油稳定的目的

1、降低原油蒸气压，满足原油储存、管输、铁路、公路和水运的安全和环境规定；

　　2、从原油中分出对人体有害的溶解杂质气体；

　　3、从原油稳定中追求最大利润；

　　二、原油稳定要求

　我国原油稳定的重点，是从原油内分出C1～C4，稳定后在最高储存温度下规定的原油蒸气压“不宜大于当地大气压的0.7倍”。

一、选择题　

1.对于原油稳定的目的，下列说法不正确的是（　）正确答案：

A.降低原油蒸气压，满足原油储存、管输、铁路、公路和水运的安全和环境规定；

B.使原油中的溶解杂质气体稳定，防止其逸出危害环境；

C.从原油稳定中追求最大利润；

2.我国规定原油稳定后在最高储存温度下规定的原油蒸气压“不宜（　）当地大气压的0.7倍”。

正确答案：

A.大于；

B.小于；

C.等于；

　第二节原油稳定方法

　本节主要介绍原油稳定的常用方法和工艺。

其中闪蒸稳定和分馏稳定原理和工艺流程是本节重点掌握内容，如何提高稳定效果是本节的一个难点。

1.原油蒸气压

原油稳定是从原油中脱除挥发性强的轻组分、降低原油蒸气压的过程。

研究影响原油蒸气压的因素，有助于确定降低原油蒸气压的方法。

　　各种烃或石油窄馏分的蒸气压与温度的关系，可用以下经验关联式计算

式中，pr—对比蒸气压，p/pC；

　　　　　p—蒸气压；

　　　　　pc、TC—临界压力和临界温度；

　　　　　Tr—对比温度，T/TC；

　　　　　T—温度；

　　　　　ω——偏心因数。

　　原油是烃类和非烃类的复杂混合物，其沸程很宽，其蒸气压不仅与温度有关，而且还与组成有关。

原油蒸气压有两种表示方法，一种是真实蒸气压，也称泡点蒸气压，是汽化率无限接近0时的蒸气压，工艺计算中经常使用。

另一种是雷特蒸气压，它是在38℃、气液相体积比为4时测定的条件性蒸气压。

若原油温度为38℃，其真实蒸气压大于雷特蒸气压。

由于雷特蒸气压容易测定，常根据雷特蒸气压求原油的真实蒸气压，两种蒸气压间的换算关系见第二章。

　　原油的蒸气压与温度有关，温度降低蒸气压减小。

应尽量在较低温度下进行原油的集输、储存和外输，以降低原油的蒸气压和蒸发损耗，但最低温度一般不能低于原油倾点。

原油的蒸气压还和组成有关，含挥发性强、蒸气压高的组分（C1～C4）愈多，蒸气压愈高。

用蒸馏方法可改变原油组成，将挥发性强、蒸气压高的组分从原油内分出，经蒸馏后的原油蒸气压有较大幅度下降，使之成为稳定原油，这是世界各国普遍采用的原油稳定方法。

2.闪蒸稳定

（一）闪蒸稳定原理

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。

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、蒸汽压降低，原油得到一定程度的稳定，这种方法称闪蒸稳定。

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C1～C4的纯度不高，液相中也得不到纯度很高的重组分，轻重组分的分离轻粗糙，油气分离器内进行的过程就属于闪蒸过程。

　　按闪蒸容器的压力，可将闪蒸分为负压闪蒸和正压闪蒸两类。

按闪蒸需要的能量可将闪蒸分为负压闪蒸和加热闪蒸两种。

（二）原理流程

1、负压闪蒸原理流程

图负压闪蒸流程

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

上图为原油负压闪蒸稳定原理流程。

（负压闪蒸流程动画演示）脱水后的原油经节流减压后呈气液两相状态进入稳定塔，进料温度一般为脱水温度约在50～70℃范围内，塔顶与压缩机入口相连，由于进口节流和压缩机的抽吸，使塔的操作压力为0.05～0.07MPa，形成负压（真空）。

原油在塔内闪蒸，易挥发组分在负压下析出进入气相，并从塔顶流出。

气体增压、冷却至20～40℃左右，在三相分离器内分出不凝气、凝析油（或称粗轻油）和污水。

不凝气送往气体处理厂，污水送往污水处理厂进一步处理。

凝析油可单独输送至气体处理厂加工成液体石油产品；可回掺至稳定原油内增加原油数量、提高原油质量；也可回掺至末级分离器或闪蒸塔入口原油内，提高油气分离效率。

由塔底流出的稳定原油，增压后送往矿场油库。

　　负压稳定塔的关键参数是操作压力、温度和汽化率。

汽化率为气相流量（mol或质量流量）与进料流量之比，也称气相产品收率或稳定装置的拔出率。

汽化率由原油内溶解的C1～C4的含量和要求的原油蒸气压确定。

操作压力和温度确定了原油的汽化率。

要达到规定的原油蒸气压，需要的操作压力不仅取决于闪蒸温度，还受压缩机入口所能达到的真空度的制约。

稳定塔操作温度除受原油脱水温度影响外，还应考虑原油外输的要求温度。

　　负压闪蒸适于密度大、含轻组分少的原油，否则将因气化量大、压缩机功耗过大而不经济，此时须采用常压或微正压加热闪蒸分离。

2、加热闪蒸原理流程

　　加热闪蒸的原理流程如下图所示。

（正压闪蒸流程动画演示）塔的操作压力为净化原油经加热炉后的余压，表压一般为0.2MPa左右。

为使原油有规定的稳定深度，必须在塔内有相应的汽化率，因而净化原油需经换热器、加热炉升温后进入塔内。

塔操作温度与操作压力有关，压力愈高，所需温度和能耗愈高。

图正压闪蒸流程

1—进料换热器；2—加热炉；3—稳定塔；4—水冷器；5—三相分离器；6—泵

3、负压闪蒸与加热闪蒸的比较

　采用负压闪蒸时，进塔原油温度低，耗热少，可利用脱水后的原油直接进稳定塔。

此外，负压下轻、重组分的分离效果好于正压下轻、重组分的分离效果。

由于上述原因，负压闪蒸在我国油田上获得广泛使用。

（三）原油平衡汽化计算

某个指定压力和温度的系统，混合物的平衡汽化计算，我们已经学过，即可用

进行分析计算，但对原油这样一个难以确知具体组分的混合物，无法确定

也不易计算。

　　石油工业长期的实践经验，使人们认识到用一些条件性的实验去表示油的性质之间的差别及汽化性能。

最常用的是恩氏蒸馏和实沸点蒸馏。

　　恩氏蒸馏：

是把原油置于规定的设备内，照规定的速度蒸馏（无回流）。

　　实沸点蒸馏：

是在有一定精馏作用的设备内蒸馏，求馏出一定体积百分率时的温度。

如：

SBP，10％、20％……

　　怎样利用实验数据去计算石油馏分的性质呢？

1、虚拟（假）多元系的建立

　　对原油可测出实沸点曲线（TBP），由于测定过程有回流，可以认为各组分已经分开，我们可以把原油视为许多窄组分组成的混合物，而每个窄组分视为一个纯物质（实际仍然是混合物），称为虚拟组分或假组分，这样就把复杂的混合物变成了多元混合物，各虚拟组分的性质可由其平均沸点、密度等性质求出，甚至可用同沸点的烷烃来表示。

　　在原油稳定的计算过程中，虚拟组分的沸点范围可取10～30℃，要求不高时也可将整个曲线划分为10～15个窄馏分即可，要求高时可达50个以上。

2、虚拟组分性质的计算

　　照石油加工的一套图表及计算式，求出各虚拟组分的平均沸点、密度、分子量、蒸汽压，然后利用

求出各虚拟组分的

，则可利用原公式计算其在某一压力和温度下的汽化率及汽液相组成。

（四）闪蒸分离的其它形式

1、多级分离

　　多级分离实质上是利用若干次减压闪蒸使原油达到一定程度的稳定，其示意流程见下图。

（多级分离动画演示）采用多级分离的前提是油气藏能量高、井口有足够的剩余压力，可用于进行原油稳定过程。

多级分离是世界上使用最广、建设费用最低的原油稳定方法。

在设计多级分离稳定流程时，面临两个问题：

①分离级数和各级最优分离压力的确定，使矿场油库得到的稳定原油数量最多；②气体压缩的能耗最小，各级分离器分出气体的压力等级不同，但最终需将气体压力提高至管输压力。

此外，各级气体的压缩比不同，增加了压缩机选型的困难。

图多级分离

1—一级分离器；2—二级分离器；3—脱气塔；4—原油储罐；5—压缩机；6—气体处理厂

2、油罐烃蒸汽的回收（油罐烃蒸气回收流程动画演示）

图油罐烃蒸气回收流程

1—放空回压阀；2—控制发讯器；3—抽气管线；4—原油罐；5—涤气器；6—压缩机；7—卸载阀；8—销售气计量管线；9—凝析液回收管线

　　此工艺的难点在于立式油罐的承压能力很差，为－50～＋250mmH2O。

当罐内压力升高时，应能及时抽走气，防止超压；当压力低时，应及时补气，防止负压抽瘪。

同时压缩机设计排量应为估算蒸发气量的1.5～2倍。

　　一般要求：

（1）罐压低于5mmH2O，应补气（防止油罐产生负压）；

（2）罐压为10mmH2O，正常运行（此为运行最低压力）；

　　（3）油罐正常工作压力一般为10～20mmH2O。

　　除此之外，油罐上还应设安全阀。

当罐内压力比油罐试验压力的正压低50～100mmH2O，比其负压高20～30mmH2O，安全阀打开。

　　这部分抽走的气体是天然气中含轻烃最多的富气，C2＋达50％，应接回收系统。

3.分馏稳定

原油中轻组分蒸汽压高、沸点低、易于汽化，重组分的蒸汽压低、沸点高不易汽化。

按照轻重组分挥发度不同这一特点，利用精馏原理对净化原油进行稳定处理的过程称分馏稳定。

与前几种稳定方法相比，在符合稳定原油蒸气压要求的前提下，分馏稳定所得的稳定原油密度小、数量多。

（分馏稳定原理流程动画演示）

图分馏稳定原理流程

1—进料换热器；2—稳定塔；3—冷却器；4—分离器；5—回流罐；6—回流泵；7—再沸炉；8—塔底泵

　　分馏稳定法的原理流程见上图。

脱水原油进换热器升温后进入稳定塔，原油在塔内部分汽化，汽化部分在塔上部进行精馏。

塔顶气相产品内较重组分经水冷后从气体中冷凝分离出来，部分作为塔顶液相回流送回塔内，其余轻油和以组分C1～C4为主的不凝气分别送往气体处理厂。

塔底部分稳定原油经再沸炉加热后作为塔底回流，为塔提供分馏所需的热能并提供气相回流。

其余的稳定原油与净化原油换热冷却后输往矿场油库。

　　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。

分馏塔通常有两段，进料口以上部分称为精馏段，进料口以下部分称为提馏段，这样的塔，称为完全塔；只有其中一段的塔称为不完全塔。

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。

分馏塔对物料的分离较为精细，但耗能较多。

原油稳定只要求控制原油蒸气压，对塔顶产品组成的要求并不十分严格，为节省原油生产成本，我国推荐用不完全分馏塔对原油进行稳定。

如只设提馏段的不完全塔称提馏塔，这种塔没有塔顶回流可节省能耗和设备建设费用。

由于提馏塔没有精馏段，对塔顶产品组分很难控制，会有重组分进入塔顶产品，影响塔底稳定原油收率。

也可用只设精馏段的塔控制塔顶产品组分，由于没有提馏段，稳定原油内含有部分轻组分也影响稳定原油蒸气压的准确控制，但塔底温度较低，能节省加热和设备建设费用。

4.稳定方法选择

以上介绍的原油稳定方法，包括多级分离、负压和正压闪蒸稳定、提馏、分馏稳定等，在选择稳定方法时除满足要求的原油蒸气压和控制H2S含量外，还有如下原则：

①使稳定原油数量多，密度小；②稳定过程中得到的气体的烃露点低（即气体内重组分含量少）；③因稳定而投入的成本，包括建设和运行费用的回收期短，经济效益好；④油气田流程、设备、操作尽量简单、可靠。

上述原则可归纳为商品原油的数量和质量以及生产费用问题，两者常常相互矛盾选择稳定方法时应根据具体情况做出折衷。

各种稳定方法投资、能耗（电耗和热能消耗）、装置复杂程度和建设运行费用大体和满足商品原油质量要求的储罐原油收率成正比。

在选择工艺方法和工艺参数时，总的原则是：

在满足商品原油质量要求前提下，使油气田获得最高经济效益。

具体应考虑的因素有：

①原油组成、轻组分C1～C4的含量，或气油比，若为高含硫原油，应把控制原油内溶解H2S含量作为重点，常选较复杂、能耗高、但组分分割效果好的分馏稳定；②原油处理规模，根据我国经验若原油处理量小于30×104t/a，建设闪蒸或分馏稳定装置常不能获得经济效益。

规模愈大、气油比愈高，分馏稳定装置在经济上愈有利；③稳定单元上下游工艺条件和要求，它常影响稳定方法和工艺条件的选择。

例如，稳定装置为下游气体处理厂提供原料气时，应考虑气体处理厂对进厂原料气的压力要求；稳定装置分出的气体供燃气轮机作燃料时，应满足燃气轮机对燃气压力的要求；能否利用燃气轮机废热进行原油稳定，或利用要求的脱水和外输原油温度进行稳定尽量利用废热或“一热多用”；④市场因素，市场对各种产品需求的预测和价格走向等。

因而，稳定方法和工艺参数选择是综合寻优问题，各油气田所处地理自然和社会环境不同，可能有不同的最佳选择。

（一）稳定方法与能耗

我国进行过各种稳定方法与能耗的对比，见下表。

表稳定方法与能耗

　　　　　稳定方法

油罐抽气

负压闪蒸

正压闪蒸

提馏

分馏

操作

压力/MPa

常压

0.08

0.28

0.12

温度/℃

120

180

电耗/（KW·h·t-1）

脱气

2m3/t（油）

0.1

0.4

0.6

0.9

1.3

5m3/t（油）

0.25

0.6

1.1

1.5

10m3/t（油）

0.5

1.0

0.6

1.3

1.7

15m3/t（油）

0.75

1.4

0.6

1.6

2.0

热耗/[MJ·（h·t）-1]

－

92.1

113

（二）各种稳定方法适用条件和操作参数

河南油田通过研究得出如下结论：

①原油C1～C4质量分数低于0.5%时，一般不需进行稳定处理；②C1～C4的质量分数低于2.5%、无需加热进行原油稳定时，宜采用负压闪蒸；③C1～C4的质量分数高于2.5%，可采用正压闪蒸，有废热可利用时也可采用分馏稳定。

我国大部分原油的C1～C4质量分数在0.8%～2.0%范围内，因而负压闪蒸法在我国得到广泛使用。

　　前苏联国立东方石油设计院曾对C1～C4含量不同的原油做过稳定处理方案对比。

研究表明，轻质原油（含C1～C4烷烃5.5%以上）适合采用分馏法稳定，而轻组分含量低的原油（C1～C4的质量分数2.24%）宜采用闪蒸分离。

（三）进料原油的含水要求

为减少稳定设备的腐蚀和污染，稳定装置对进料原油的水含量和盐含量应加控制。

美国霍金斯油田原油在进塔前要求将含水脱至0.1%以下，而盐的质量浓度要求低于285mg/L。

前苏联一般要求脱水至0.3～0.5%，脱盐至30mg/L以下。

我国原油水的质量浓度一般在0.5%以下，盐质量浓度小于50mg/L，盐质量浓度非强制性指标。

（四）操作参数

某些油田原油稳定装置的运行参数见下表。

表某些原油稳定装置运行参数

项目

大庆喇一联

大庆杏ⅴ-1

吐哈鄯善

大庆萨中处理厂

大港板桥

稳定方法

负压闪蒸

正压闪蒸

分馏

处理量/（t·d-1）

7000

9000

1515

15000

520

塔压/kPa

360

150

200

塔顶温度/℃

6065

－

外输气量/（kg·h-1）

308

2600

952

2800

400m3/d

轻烃回收量/（kg·h-1）

625

2160

1956

6900

342

燃气耗量/（m3·h-1）

387

420

365

1030

－

耗电量/kW

287

545

260

3800

－

原料C1~C5的质量分数/（%）

1.03

2.09

5.46

1.72

－

塔顶质量收率/（%）

0.32

1.26

4.6

1.55

2.2

单位能耗*/（103MJ·t-1）

18.9

4.69

4.24

7.16

－

注：

单位能耗按塔顶产品计。

（五）气油比与集输流程的关系　　

井流气油比能间接反映井口压力，油气组成和原油密度等信息。

根据气油比可大致确定所需油气分离级数和原油处理设备。

文献推荐：

气油比低于4.5m3/m3时，由于分出气量不足以作为加热处理器的燃料，常采用沉降罐脱水；气油比4.5～18m3/m3，陆上油田常采用一级油气分离，分出液体进沉降罐；海上平台常用二级油气分离，高压分离器分出的气体作燃料，用二级分离压力和温度控制原油蒸气压；气油比高于26m3/m3时，应采用计算机模拟，对储罐原油收率和压缩气体所需功率进行优化。

由于燃气轮机所需燃料气压力常为1.3～2.8MPa，集输流程应能满足燃料气压力和气量的要求。

气油比高、产量大的油气田应采用多级分离工艺并进行优化，以获得最大利润。