原油负压稳定轻烃收率特性研究

周星远 周湃 李小婵 等

摘 要：根据我国原油的特点，负压闪蒸稳定工艺在生产现场得到了广泛地使用。在负压闪蒸稳定过程中，轻烃收率是衡量工艺质量的一个重要指标。利用HYSYS软件模拟原油负压稳定的流程，并通过改变各种影响因素的参数值来计算具体条件下的轻烃收率，将这些数值汇总进行分析得出轻烃收率的影响规律，可以了解诸多因素对轻烃收率的影响规律并对现有负压原稳生产装置的工艺参数进行一定的优化，从而达到提高生产效率和经济效益的目的。

关 键 词：原油负压稳定；轻烃收率；HYSYS软件；影响因素

中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）03-0582-04

Abstract： Based on the characteristics of Chinese crude oil， the vacuum flash stabilization process has been widely used. In the vacuum flash stabilization process， the yield of light hydrocarbon is an important index influencing the realization of the crude stabilization requirement. In this paper， HYSYS was used to simulate the technological process of crude oil stabilization， and the yield of light hydrocarbon was calculated under many changeable conditions. These values were used to analyze and summary the law of many factors affecting the yield of light hydrocarbon. Through this study， we can understand how these factors affect the yield of light hydrocarbon and optimize the technological parameters of negative pressure crude stabilization unit， so as to improve the production efficiency and economic benefit.

Key words： Vacuum flash stabilization； Recovery rate of light hydrocarbon； HYSYS； Influencing factors

我国原油稳定的重点是从原油内分出C1至C4，稳定后的原油在最高储存温度下的饱和蒸汽压应低于当地大气压的0.7倍。负压闪蒸稳定即在负压条件下，将分离、脱水后的原油送入稳定塔进行闪蒸，从而将挥发性轻烃组分分离出来，使原油得到稳定。因为大部分我国的原油C1至C4的质量分数在0.8%至2.0%范围内，所以国内广泛采用负压闪蒸稳定法[1]。本文利用HYSYS软件建立流程模型，通过改变负压稳定塔负压特性、进塔原油温度、进塔原油含水率、塔顶回流量等参数的值，求得不同条件下的轻烃收率，然后实现对影响原油负压稳定装置轻烃收率因素的定性、定量分析。在现有的生产工艺基础上，为原油负压稳定的生产优化、科学管理及轻烃收率的提高提供基础。

1 原油负压稳定工艺原理流程

经过分离、脱水处理后的原油流过节流减压阀后以气液两相状态进入负压稳定塔，进塔原油温度一般在50 ℃至70 ℃范围内，稳定塔内的操作压力为0.05 MPa至0.07 MPa，低于当地大气压形成真空。塔顶与压缩机相连，经过闪蒸挥发出的轻组分形成气相从塔顶流出，由压缩机增压后流入到水冷器中，进行降温冷却，一般冷却到20 ℃至40 ℃之间，之后由三相分离器进行分离得到不凝气、粗轻油和污水。粗轻油可以一部分回流到稳定塔入口以提高轻烃回收率，另一部分可以掺至稳定原油内来提高稳定原油数量和质量，也可以加工成液体石油产品。塔底与离心泵相连，从塔底流出的液相稳定原油经过泵增压后输送到矿场油库中储存。工艺流程图如图1所示。

下面使用HYSYS软件进行模拟，得到完整收敛的模拟原油负压稳定流程，如图2所示。

2 轻烃收率影响因素分析与讨论

2.1 稳定塔的负压特性对轻烃收率的影响分析

负压稳定塔内设置的压力通常为0.05～0.07 MPa。在此范围内选择五个具体数值，分别为：50、55、60、65、70 kPa。进塔原油温度为60 ℃，塔顶回流率为10%，进塔原油含水率3%。表1为所计算各负压数值下的轻烃收率。

由表1与图3可知，原油负压稳定轻烃收率随着稳定塔负压特性的升高而降低，负压特性大约在50至60 kPa之间时，对轻烃收率的影响比较大，在60至70 kPa之间时，轻烃收率变化幅度相对小[2]。

一般来说，降低塔内操作压力来提高轻烃收率的方法效率较高、比较经济，但是负压闪蒸操作压力受到压缩机入口所能达到的真空度的制约，真空度升高也会增加压缩机的能耗并且可能引起一系列的生产操作问题，如脱出气带油、泡沫加剧和原油泵抽空等 [3]，也会使原油在负压闪蒸的过程中挥发出来重组分比例增大，降低稳定原油质量。

2.2 进塔原油温度对轻烃收率的影响分析

目前负压稳定的进料温度一般为脱水温度约在50到70 ℃之间。在此范围内选择五个具体数值，分别为：50、55、60、65、70 ℃。塔顶负压为60 kPa，塔顶回流率为10%，进塔原油含水率为3%。表2为所计算各温度数值下的轻烃收率。

从表2与图4可以总结出在50到70 ℃的范围内轻烃收率是随着进塔原油温度的提高而逐渐升高的，并且轻烃收率增长的速度随着温度的提高越来越快。为了提高轻烃收率负压原稳装置的效率，可以在入口处设置加热炉或者换热器，适当提高进塔原油温度[4]。但温度过高会使稳定塔以及后续的水冷器等装置负荷较大并且容易出现故障，也会影响拔出轻烃和稳定原油的质量。

2.3 进塔原油含水率对轻烃收率的影响分析

此次研究将负压稳定进料原油含水率设定0.5%到2%之间，在此范围内选择5个具体数值，分别为：0.5%、0.9%、1.3%、1.7%、2.0%。塔顶负压为60 kPa，塔顶回流率为10%，原油温度为60 ℃。表3为所计算各含水率数值下的轻烃收率。

从表3和图5可以看出，进塔原油含水率为0.5%到2%的范围内时，轻烃收率随着含水率的增加而升高，并且升高的幅度越来越大，但是在含水率大于1.7%之后，轻烃收率提升缓慢。含水率小于1.7%时所得结论与初步判断基本一致，大于1.7%时轻烃收率提高幅度很小。可能的原因是在稳定塔操作压力为60 kPa，进塔原油温度为60 ℃的条件下，原油含水率大于1.7%时，气相中水蒸气的含量已经饱和，因而水蒸气的分压不会再增加，轻烃组分的分压也就不会降低，轻烃收率自然不能有大幅度升高，而是基本维持稳定。各个含水率下塔顶气相流水蒸汽含量如表4所示。

由表4可以看出，在原油含水率达到1.7%之后，塔顶气流水蒸气含量维持在大约29%到30%之间不变，因此可以推断含水率大于1.7%，水蒸气分压稳定不变，轻组分分压不变，轻烃收率也就不再有大幅度提高。在含水率为1.7%之前，可以通过增加含水率的方法来提高轻烃收率，效果显著而且不会增加能耗。含水率提高同时也会增加塔顶气流量，对压缩机、水冷器和三相分离器的负荷都会有所提高，并且三相分离器污水口流量也会增大[5]。

2.4 塔顶回流量对轻烃收率的影响分析

负压稳定塔顶回流率范围为0%～20%，在此范围内选择五个具体数值，分别为：0%、5%、10%、15%、20%。塔顶负压为60 kPa，进塔原油温度为60 ℃，原油含水率为3%。表5为所计算各回流率下的轻烃收率。

理论上讲，塔顶回流量增加会使轻烃收率提高，但是在软件模拟过程中这个结果体现的并不明显，主要是因为在搭建流程的过程当中使用节流阀和闪蒸罐代替了负压稳定塔的原因。实际生产操作过程当中，回流的粗轻油是由塔顶流入稳定塔当中，而在软件模拟的流程当中是将回流物流直接和来油混合，然后一起进入闪蒸罐当中，相当于取消了稳定塔内额外增加的气液传质的过程，并且回流量相对于来油流量比较少，所以说轻烃收率的提高有限[6]。

我们将负压特性改变为50 kPa、进塔原油温度改变为70 ℃，还有将将负压特性改变为70 kPa、进塔原油温度改变为50 ℃，分别将这三种温度压力条件下，同样的回流率对轻烃收率影响做横向对比。整理数据如图7所示。

由图7可知，随着进塔原油温度的升高和塔内负压特性的降低，塔顶回流率的增加对轻烃收率的提高幅度越来越大，即采用提高塔顶回流率方法来提高轻烃收率时，需要考虑其他条件，才能使效果比较好。也并不是说在此软件模拟流程当中塔顶回流率的影响就比较小，当温度为70 ℃、负压为50 kPa时，塔顶回流率的影响效果也是相对较明显的。并且可以推测另三个因素即：温度、负压特性和含水率也是随着其他因素向着有利的条件变化的情况下，对轻烃收率影响的效果越来越明显的。

3 结 论

通过对原油负压稳定工艺流程进行模拟和数值研究，总结分析出负压稳定塔的负压特性、进塔原油温度、含水率、塔顶回流量对轻烃收率的影响规律：

（1）负压特性：原油负压稳定轻烃收率随着稳定塔负压特性的升高而降低，并且随稳定塔负压特性升高而降低的程度越来越缓慢。

（2）进塔原油温度：轻烃收率是随着进塔原油温度的提高而逐渐升高的，提高的速度随着温度的提高越来越快。

（3）进塔原油含水率：轻烃收率随着含水率的增加而升高，并且升高的幅度越来越大，但是在含水率达到1.7%之后，轻烃收率提升缓慢，基本稳定在固定范围之间。

（4）塔顶回流量：塔顶回流量增加，轻烃收率增加，而且塔顶回流能在一定程度上降低闪蒸过程中产生的携带损失。

参考文献：

[1] 冯叔初，郭揆常，等. 油气集输与矿场加工[M].第2版.东营：中国石油大学出版社，2006-05.

[2] 唐晓东，褚林，杨世珖，等. 提高油气田轻烃回收率的途径探讨[J].石油与天然气化工，1999，28（4）：272-276.

[3] 袁海涛.影响原油稳定装置轻烃收率因素的实证研究[D].北京化工大学硕士学位论文，2009-06.

[4] 王娅婷，李佳，王琳，等. 负压闪蒸原油稳定工艺的模拟与运行参数优化[J].石油与天然气化工，2015，44（2）：18-21.

[5] 李小平，任慧，张春业，等. 优化装置运行 提高轻烃收率[J].青海石油，2011，29（4）：96-100.

[6] 党惠平，党森林，薛蕊华，等.提高轻烃回收率方法[J].管道技术与设备，2008（4）：53-55.