基于HYSYS模拟的原油正压闪蒸稳定工艺研究

林名桢，杨博强，范文斌，刘 坤，张 锐，刘海燕

（1.山东石油化工学院油气工程学院，山东 东营 257061；2.中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257026）

原油在开采过程中常会含有大量溶解气，溶解气会使原油在储运过程中散发大量的油蒸气，不仅造成能源的浪费，还污染了环境，因此各国对商品原油的蒸气压均有严格的规定。要降低原油的蒸气压就必须脱除原油内蒸气压较高的溶解气组分，这一脱除过程被称为原油稳定[1]。

目前工业生产中常用的原油稳定方法有多级分离稳定、负压闪蒸稳定、正压稳定和分馏稳定工艺等[2-5]。在这些工艺中，正压闪蒸工艺的流程简单，不含压缩机，施工周期短，在我国的应用较为广泛。但该工艺存在的显著缺点是分离效果差，能耗较高。为了进一步了解原油正压闪蒸工艺的特点，本文以某特定原油为例，利用HYSYS仿真模拟软件，对原油正压闪蒸工艺进行了模拟研究，并分别研究了原油蒸气压、C4及C4以下组分含量（%wt）及单位产品能耗随加热温度的变化关系，以期对后续的科学研究和工程设计提供一定的参考。

1 基础数据

进入原油稳定装置的原油温度为70℃，含水率为0.5%vol，原油蒸气压为543.1kPa。进入稳定装置的原油组分如表1所示，表中组分的组成为质量比。

2 流程描述

正压闪蒸稳定工艺的原理是通过提高温度来降低原油的蒸气压，原油的压力和性质，是确定正压闪蒸稳定工艺中的加热温度的关键因素。具体流程如下：脱水后的净化原油先与稳定后的原油换热，再经加热炉加热至稳定温度后，进入原油稳定塔上部，在稳定塔内进行闪蒸。塔底部的稳定原油直接用外输原油泵抽出，与未稳定原油换热后外输。稳定塔顶部的闪蒸气经冷凝器降温后，进入三相分离器，进行轻油、不凝气和含油污水的三相分离。分离后得到的气体输至集气管网，轻烃经轻烃泵加压后输至轻烃储罐，水排放至污水排放系统。

3 仿真模型的建立

Aspen HYSYS是面向油气生产、气体处理和炼油工业的模拟、设计、性能检测的过程模拟软件[7]，该软件的功能强大，在世界范围内的石油化工模拟、仿真技术领域占主导地位。

3.1 状态方程的选取

在模拟计算过程中，状态方程的选择至关重要。HYSYS数据库中状态方程的种类较多，在石油炼制、气体加工和石油化工的计算过程中，通常推荐采用PR状态方程，因此本次模拟计算选择PR状态方程。

3.2 模型的建立

利用Aspen HYSYS仿真模拟软件建立的原油正压闪蒸稳定工艺的流程图如图1所示。

图1 原油正压闪蒸稳定工艺模拟流程图Fig.1 Simulation flow chart of crude oil positive pressure flash stabilization process

4 模拟参数分析

4.1 稳定原油的饱和蒸气压

稳定原油的饱和蒸气压是衡量原油稳定深度的最主要指标。GB 50350-2015《油田油气集输设计规范》中规定[8]：稳定原油在最高储存温度下的饱和蒸气压的设计值，不宜超过当地大气压的0.7倍。为此，我们研究了稳定原油饱和蒸气压随加热温度的变化关系（图2）。由图2可知，随着加热温度升高，稳定原油的饱和蒸气压呈下降趋势，当温度由95℃升高到110℃时，饱和蒸气压的下降趋势较为明显，当温度高于110℃时，稳定原油的饱和蒸气压随温度升高而下降的趋势变得较为缓慢。我国的大气压基本在65～101kPa之间变化，故原油的饱和蒸气压的最低指标应为45.5～70.7kPa，加热温度范围宜为100～120℃。

图2 原油稳定后饱和蒸气压随加热温度的变化关系Fig.2 Relationship between saturated vapor pressure and heating temperature after crude oil stabilization

4.2 稳定原油中C4及C4以下组分含量

C4及C4以下组分含量（%wt）是衡量原油稳定深度的另一个指标。图3是稳定原油中C4及C4以下组分含量随加热温度的变化情况。由图可知，随着加热温度升高，稳定原油中C4及C4以下组分含量（%wt）的变化相对缓慢，当加热温度从95℃升高到220℃，稳定原油中C4及C4以下组分含量（%wt）的数值仅从0.95降低到0.142。根据以往的工程经验，正压闪蒸温度一般不高于130℃，由此可知，当对C4及C4以下组分含量（%wt）的要求低于0.48时，采用正压稳定闪蒸工艺显然是不合适的。

图3 稳定原油中C4及C4以下组分含量（%wt）随加热温度的变化关系Fig.3 Relationship between the content of C4 and below in stable crude oil and heating temperature

4.3 单位产品能耗

在我国，通常用单位产品能耗这一指标来评价产品生产过程中的能源利用水平。该指标具有计算简单、直观性强、使用方便等优点，相比其它考核指标，更适合我国现有的能源管理水平。为此我们分别研究了稳定原油的单位能耗和轻烃产品的单位能耗随加热温度的变化情况，结果见图4。由图4可知，随着加热温度升高，稳定原油和轻烃产品的单位能耗有明显的上升趋势，当加热温度从95℃升高到220℃时，稳定原油的单位能耗由12.14 kW·t-1增加到73.30 kW·t-1；轻烃产品的单位能耗增加得更为明显，由919.21 kW·t-1增加到5564.45 kW·t-1。因此从能耗利用水平考虑，在其它指标满足要求的情况下，应尽量降低加热温度。

图4 单位产品能耗随加热温度的变化关系Fig.4 Relationship between unit energy consumption and heating temperature

5 结论

1）利用HYSYS仿真模拟软件对原油正压闪蒸工艺进行了模拟研究，并研究了稳定原油的蒸气压、C4及C4以下组分含量（%wt）及单位产品能耗随加热温度的变化情况。

2）在我国的产油区，原油的加热温度范围宜为100～120℃。

3）若设计要求C4及C4以下组分含量低于0.48%wt时，采用正压闪蒸稳定工艺时显然是不合适的。

4）从能耗利用水平考虑，在其它指标满足要求的情况下，采用正压闪蒸稳定工艺时，应尽量降低加热温度。