原油稳定知识点注释

1、第六章原油稳定知识点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。知识点 1：20 世纪 70 年代以前，我国油田大多采用开式流程，集输过程中原油进常压罐缓冲、用泵增压， 经脱水处理后的原油直接输至矿场油库的常压罐储存。由于常压罐上游油气分离设备的压力高于大气压，原油内溶有大量沸点低、蒸气压高、挥发性强的组分C1 C4。当原油进入矿场储罐、 压力降为常压时，由于压力的降低原油产生闪蒸损耗。因而，矿场储罐除存在进出油损耗（俗称大呼吸）和储存损耗（俗称小呼吸）外，还存在原油闪蒸损耗。据辽河油田

2、 1980 年测定，储罐进油时，储存成品油储罐的排气量与进液量之比为1 1.15 ；而未稳定原油储罐的排气量与进油量之比为3242.6g 。据此2.1 60，每 m 排出气体内平均含油推算， 全国油田常压储罐的蒸发损耗约50×104t/a ， 约占油气田油气总损失的40%左右。 据调查， 20 世纪 70 年代末全国油田油气损耗率约为1.5%2%。 1983 年统计，大庆出矿原油内 C1 C4 的质量分数为 1.586%，在长距离旁接罐方式运行的管输过程中反复加热、进罐，原油的输送损失占输油量的2.18%。 为降低油气资源浪费、 保护环境， 20 世纪 70 年代后我国油田陆续改造为

3、闭式流程，并于80 年代相继建设了一批原油稳定装置，从净化原油内分出挥发性极强的天然气组分C1C4，使原油蒸气压降低。在原油稳定装置内得到的稳定原油+进入矿场油库储罐，从未稳定原油内分出的气态挥发性组分 C1 C4 和携带的部分 C5 和 C5 送气体加工厂， 加工成液体石油产品。 另外， 长距离输油管道也将旁接罐操作方式改为泵到泵方式操作的密闭输送，以降低输油损失。知识点2：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，3提高 10 美分或更多，因而追求储罐原油体积最多、密度最小

4、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”。知识点 3：稳定塔设备结构设计必须符合工艺要求。负压闪蒸的工艺特点是：操作压力低于大气压，操作温度也较低； 稳定塔的液相负荷远大于气相负荷； 由于原料进塔前的阀门节流降压，在塔进料口处气相已大部分逸出，随着液体向下流动脱出的气体愈来愈少。为使闪蒸过程尽量接近平衡汽化，在结构设计上应使气液有极大的接触表面和很长的接触时间。此外，还要求稳定塔压降小、原油在塔内发泡少、消泡时间短、结构简单、造价低等。根据上述工艺特点和要求，各油田采用的负压稳定塔大多

5、采用筛板塔，塔内设置数层筛板。在塔的设计中，应注意以下几个方面：1)进料均匀进塔原油是部分汽化的。进塔后， 应使液流流速降低、保持液流在进料板上的均匀分布， 使原油内夹带的气泡得以释放。为增大塔内气液接触和闪蒸面积，用筛孔式或多孔盘管式等喷淋进料装置，使原油以液滴方式向下淋降，淋降高度为2m左右，以提高塔的分离效果。设计中应使每个喷淋孔的流量尽量均匀，还应考虑原油发泡及消泡措施。图 筛孔板喷淋器图多孔盘式喷淋器2)塔板负压稳定塔的气相负荷往往只有进料量的1% 2%，因而负压稳定塔的塔板设计不同于常规蒸馏塔。蒸馏塔侧重考虑气液传质，而稳定塔侧重于增大闪蒸面积，因而多数油田采用筛板塔，筛板塔有较大

6、闪蒸面积而且结构简单、造价较低。 负压稳定塔的筛板也不同于传质用的筛板，其主要区别为:(1) 筛孔 用于气液传质的分馏塔筛板，气体向上通过筛孔，与筛板上滞留的液体形成良好的气液传质条件。为防止液体从筛板向下泄漏，气体有最小流速( 称下限速度 ) 的要求，否则液体从筛孔向下泄漏将降低气液传质效果。为获得较大的闪蒸面积，稳定塔筛板的筛孔有较大直径，使原油从筛孔向下淋降。因此，筛孔直径按要求达到的闪蒸面积来确定。如果板面和溢流面已能满足闪蒸面积要求，筛板上也可没有筛孔。专为真空精馏塔设计的林德筛板具有压降低、效率高等特点，可用于负压闪蒸稳定塔。在林德筛板上有一定数量的导向斜孔和在塔板入口处设置的鼓泡

7、促进装置，在塔板上形成具有最佳厚度的均匀液层，使筛板的压降低、板效高。图 林德筛板a) 斜台鼓泡装置； (b) 导向板(2) 塔板配置 闪蒸塔的塔板数和塔板布置形式应满足闪蒸面积的需要。为减少气体流动阻力和塔的压降， 塔内气、 液流体常分道而行。 塔内的闪蒸面积计有： 塔板本身的表面积、筛孔淋降的油柱面积、塔板上的油膜面积等，塔内一般设46 块塔板就可满足闪蒸面积的要求。塔板布置一般有两种形式，即悬挂式和折流式。下图为悬挂式筛板，为减少闪蒸气的上升阻力，除在塔板中心开孔外，还在塔板上开有升气孔，为增加原油的淋降面积，在塔板和塔内壁间留有100mm左右的环形间隙，并为闪蒸气上升提供通道。下图(b

8、) 为折流式布置。一般采用带降液管的筛板 ( 或平板 ) ，板堰高度比常规蒸馏塔用的筛板低，使板上液层较薄，以增大闪蒸面积。塔内原油喷淋密度 ( 单位时间、单位塔截面的原油流量 ) 一般为 408032m/(m ·h) 。图 稳定塔塔盘布置a) 悬挂式筛板； (b) 折流式筛板1捕雾器； 2环形挡板； 3进油管； 4升气孔；5、 6气体通道； 7塔板； 8出油管3)塔的液位高度负压稳定塔的塔内液位应有足够高度。若塔底用泵输送稳定原油，塔底液位高度应满足泵对吸入压头的要求。若稳定原油自流进罐，应由储罐安全装液高度和塔罐连接管路的摩阻损失确定塔内液位高度。塔内原油停留时间一般为3 5 m

9、in ，发泡原油的停留时间可适当延长。塔底稳定原油出口处也装有防涡器。与闪蒸罐相比， 稳定塔占地少、安装和操作方便，国内使用较多。知识点 4: 闪蒸罐用于闪蒸的卧式容器称闪蒸罐，其结构见下图。 净化原油从分离头进入，经分离伞形成直径不同的油膜柱淋降至卧罐内设置的筛板上。分出的气体靠分离伞折流捕雾，达到油气闪蒸分离目的。闪蒸罐内装一至两层筛板，卧式容器内筛板面积很大，原油从筛孔向下淋降，由于油气接触面积大，有利于溶解气的析出和液面积聚气泡的消泡。因而，卧式闪蒸罐适合粘度较大的原油作稳定处理。图 闪蒸罐1闪蒸气出口； 2原油入口； 3立式分离头； 4分离伞； 5液位计； 6浮子连杆机构；7出油阀；

10、 8稳定原油出口；9排污口； 10人孔； 11板负压闪蒸罐不可能有足够的静压使稳定原油自流进罐，罐底附近应设泵为原油增压。为避免液位控制失灵造成满溢或抽空，应设高低液位发讯器可靠地控制罐内液位。知识点 5: 压缩机及管线用于原油闪蒸稳定的压缩机主要有离心式压缩机和螺杆式压缩机两种。离心式压缩机无故障连续运行时间较长，单机气体输量大，适用于闪蒸气量较大场合。但离心式压缩机不容许气体带液， 在机组进口上游应有涤气器脱除液体。离心压缩机组进出口一般设有回流管线和回流阀， 防止气体输量过小时发生喘振。若离心压缩机发生喘振，压缩机出口气体回流至入口， 既浪费电能又使操作复杂化。单台双螺杆式压缩机输量较小

11、，适用于汽化率较低的稳定装置。 有些螺杆压缩机容许气体中带有少量液体，在机组上游无需设置涤气器和输送涤气器分出液体的泵，可简化流程和设备。离心压缩机和高质量螺杆压缩机可不设备用机组。我国原油稳定装置中使用螺杆压缩机较多。负压闪蒸时， 容器及管线的真空部分，应使用在线含氧分析仪监控气体内氧的体积分数( 一般不容许超过1%)，防止空气窜入系统造成潜在危险。知识点 6：板式塔塔内设有若干层塔板，按塔板类型，板式塔分为泡罩塔、筛板塔和浮阀塔三种。泡罩塔的结构如下图所示 ( 只画出顶部两层 ) 。液体流经塔板、 溢流堰， 沿降液管 ( 圆形或弓形截面流至下层塔板， 塔板上液体的流动面积称“活性”或工作面

12、积， 由溢流堰保持板上有一定厚度的液层。 气体由下而上经升气管、 折流后由齿形槽喷入液层内， 使气液密切接触，达到相间传质传热。泡罩塔是最古老的一种塔板，至今已有近 200 年历史。)图 泡罩塔(a) 泡罩塔； (b) 泡罩在塔板上钻有许多小直径筛孔，具有这种塔板的塔器称筛板塔。工作时， 气体以较高速度通过小孔， 与流经塔板的液体相接触，液体不能由筛孔向下滴漏，只能由降液管流至下层塔板。筛板塔的历史迟于泡罩塔20 年左右。浮阀塔是 20 世纪中期开发的一种塔器。塔板上开有正三角形排列的阀孔，阀是浮动的，气流速度大时， 阀片开启，速度小时阀关闭。下图表示两种浮阀，下方的浮阀可防止浮阀因磨损而脱落

13、。阀有轻、重之分，重阀的质量为33g，轻阀 25g。重阀需要较高的气体压力才能打开，关闭迅速，阀的泄漏少、效率高。为增加塔的操作弹性，同一层塔板上可布置质量不同的浮阀。图 浮阀由于泡罩塔的升气管口高于塔板上的液层液面，能可靠地防止液体从气体流道内向下滴漏。因而，塔的操作弹性大，最大和最小流量之比常达8 10，在气体加工中常用于甘醇脱水装置。筛板塔的塔板上钻有许多以一定排列方式布置的小孔，称筛孔，直径约3 8mm，板厚为孔径的0.4 0.8 倍。筛板塔的结构最简单，造价低，生产能力( 塔单位横截面积的气、液通过量 ) 和塔板效率比泡罩塔约大10%15%，压降约低30%。由于气体流量较小时，液体会

14、从筛孔滴漏，故最大和最小流量之比约为2 3，即塔的操作弹性较差。浮阀塔是处于泡罩塔和筛板塔之间的一种塔型。价格比泡罩塔低， 生产能力比泡罩塔约大 20%。阀是活动部件，使用中容易松脱和卡住，造成工作失常，这是浮阀塔的主要缺点。为防止阀片和塔板粘连，塔板和浮阀均需用不锈钢制造。塔板上的浮阀有顺排和叉排两种布置方式 ( 下图 ) ，建议采用叉排。 叉排时相邻浮阀吹出的气体使液层搅拌和鼓泡均匀，有利于传质传热，同时气体夹带雾沫量也较小。图 浮阀的排列(a) 顺排； (b) 叉排由上可知，在板式塔内气体以喷射方式进入液层，在液层内鼓泡、液层表面形成泡沫，鼓泡增加流体的湍流度、 泡沫可增大气液传质面积，

15、都能提高塔效。 泡沫层高度常为液层的数倍。 在板式塔内， 气体与液体的组成沿塔高呈阶梯式变化。一般，当气液流量各自在较大范围内变动时， 塔仍能保持正常工作。但塔径不变时，气液流动面积是一定的，当气液两相中任一相流量超过某一数值时，两层塔板间的压降增大， 降液管内的液流不畅， 上下两层塔板的液层通过降液管连接成为连续相时，塔的压降急剧增大， 塔效降低， 破坏了塔的正常工作，这种现象称液泛或淹塔。 若塔的气体流量过大，气体通过塔板上的液层时产生过量泡沫，充塞塔板间的空间， 气体还携带液滴由下层塔板直接进入上层塔板( 称液沫夹带 ) ，使塔效降低、板间压降增大， 降液管液体流量减小，造成淹塔。 液体

16、过量时， 因降液管流动面积不足、管内液面不断上升， 造成淹塔。 在上述两种产生淹塔的原因中，前者一般为主要原因。常控制塔内气体真实流速小于产生液泛时的气体流速，以此确定塔的直径。 对液体流量较大的塔，需增加降液管面积，可采用多流道塔板。多流道塔板可以是两个或四个流道，并相应地将塔板上的液流分成两股或四股，减小了每股液流的流道长度并适当降低堰板高度，如下图所示。图 单流道与双流道塔板除上述几种塔以外， 20 世纪 90 年代还出现了多种新型塔器。 这些塔器采用非传统的降液管和塔板结构，增加气体和 / 或液体的处理量。这些高处理量的塔器用做气体加工的分馏塔( 如：脱甲烷塔脱丁烷塔) 十分有效，但大

17、多具有专利。知识点 7：填料塔填料塔的填料大致分为三类，即：随机堆放填料、规整填料和隔栅式填料。随机堆放填料是将填料随机地堆放在塔体内的填料支撑物上，构成一定高度的填料层。 随机堆放填料也可以整砌， 整砌填料的分离效果好于随机堆放。常用的填料有拉西环、伯氏弧鞍形填料、鲍尔环和英塔洛克斯槽鞍形填料 （见下图） ，其中前两种为第一代填料，后两种为第二代填料。拉西环和鲍尔环的直径和高度相等。第三代填料有各种几何形状， 但多数是在鲍尔环和英塔洛克斯槽鞍形填料基础上的改进型。不同类型的填料， 其比表面积、 单位层高压降和原料组分的分离效率不同。 隔栅式填料常用于真空塔以及要求塔压降很小的场合，在油气加工

18、中使用不多。图 各种填料(a) 拉西环； (b) 鲍尔环； (c) 伯氏弧鞍形填料；(d) 英塔洛克斯槽鞍形填料； (e) 隔栅式填料表示填料性能的物理量有：比表面积单位体积填料的表面积，23-1m /m ( 或 m ) 。比表面积大， 气液相接触面积大， 能提高物料分离效率。 同一种填料， 尺寸愈小， 比表面积愈大。空隙率 单位体积填料的空隙体积， m3/m3( 或无因次 ) 。空隙率大，气体通过时阻力小，可 -1有液体淋洒条件下的实测数据。填料因子小， 流体经过填料时的阻力小，发生液泛时的气体流速高，即塔的水力学特性较好。规整式填料有两种类型，一种是丝网编织型填料，另一种为压延板结构填料，

19、填料做成盘层状，见下图。压延板式填料由不锈钢薄带（厚0.1mm）压以小孔，薄带压成波纹状并组装成填料盘。图 规整填料(a)丝网式； (b)压延板式规整式填料的压降小于随机填料，较适用于低压工况。 液体负荷小于49m3/(h2·m) 时，规整式填料有极好的性能，如用于甘醇脱水塔。在天然气凝液分馏中，液体负荷较大， 常用随机堆放填料，而且大多使用鲍尔环。使用尺寸小的随机填料，塔的效率较高，但压降增大、塔的处理能力下降。因而，应兼顾处理能力和效率选择随机填料的尺寸。塔径等于和小于300mm时使用名义直径为25mm的填料；塔径 300 900mm时，使用 2538mm填料；大于 900mm的

20、塔使用5075mm填料。随机填料层支撑在支撑板或隔栅上，填料层顶部覆以隔栅， 防止气体由下向上流动时使填料松动。 沿塔截面， 填料层各点流体流速基本一致是保证塔效的重要因素，故在填料顶部隔栅上方设有液体分配器， 使液体沿塔截面均匀地淋洒、流过填料层。 填料层下方有集液器收集填料层来的液体。 一般，每 6m填料高度或 10 倍塔径高度 ( 取两者的较小值) ，需对液体进行收集， 进入液体再分配器， 重新分配后进入下一层填料层。塔径愈大，流体沿塔截面分布愈不易均匀，故填料塔的直径多数小于1 m。通常，从天然气内回收的凝液数量较少，因而在凝液分馏中广泛使用填料塔。由上述可知， 在填料塔内液体由上而下

21、沿填料表面呈薄膜状流动，气体则呈连续相由下向上同液膜逆流接触， 发生相间传质过程， 气液相的组成沿塔高连续地变化。塔内气体流速过大时，使填料上的液膜难以向下流淌，压降增大，因而填料塔也会发生液泛，破坏塔的正常工作。知识点 8：原油分馏稳定塔用于分馏稳定的塔器常用浮阀塔。在每层塔板上， 由下向上流动的气体吹起浮阀的阀片，从浮阀周边水平地吹入塔板上的液层内，与在塔板上横向流过的液相接触，进行传热传质。气液接触中，温度较高的气相放出热量而降温、气相内的重组分凝析进入液相；液相受热、提高温度的同时，液相内的轻组分蒸发进入气相。这样， 在各层塔板上，气相的轻组分浓度和液相的重组分浓度都得到提高。塔内的液

22、相依靠重力由上向下流动，气相依靠压差由下向上流动， 每经过一层塔板气液相浓度得到提高，经若干层塔板后在塔顶得到浓度很高的轻组分，塔底得到浓度极高的重组分，即稳定原油。分馏塔的操作压力关系到塔所需的操作温度和塔板数。塔顶压力应略高于塔顶温度下液相回流的泡点压力，否则不能形成要求的液相回流量。为达到一定汽化率，塔压愈高所需塔底温度 ( 即稳定原油泡点温度) 愈高，不适合密度较大的原油。在塔径不变的前提下，分馏塔操作压力愈高， 气液分离难度增加，要求有较高的塔底温度、较多的塔板数，但可增大塔的处理能力。据文献介绍，塔的绝对压力从0.103MPa 提高到 0.31MPa，塔的负荷可增加72%。不同学者

23、从不同的角度出发，对塔的操作压力提出了某些建议。若用分馏塔脱除酸性原油内溶解的 H2S 时，Moins(1980) 推荐用 15 20 块塔板， 操作绝对压力为0.2 0.31MPa。Maddox等人 (1979) 从减少压缩气体费用出发，推荐塔的绝对操作压力为0.76 1.18MPa、用 20 25块塔板。总之，应根据各油田的个性、稳定单元上下游情况和可利用空间大小等具体情况，选择塔的操作压力。分馏塔的压能和热能消耗很大，应注意能量的综合利用。分馏塔塔顶的拔出率( 塔顶产品流量 ) ，应根据来料原油的组成和稳定原油要求的蒸气压确定。在分馏塔进料板上必须有高于拔出率的汽化率，即保证要求数量的塔

24、顶产品在进料板上全部汽化，并在精馏段内提浓。进料板上汽化率与拔出率之差称过汽化度，一般为2%5%。过汽化度太高使塔顶产品内重组分增多；太低使塔底稳定原油内轻组分含量增多。选定塔的操作压力和进料汽化率后，就可确定原油进料温度。塔顶回流量与塔顶产品量之比称塔顶回流比， 回流比常为几或几十。 回流比对塔底、 塔顶产品质量和塔操作温度的影响。针对原油稳定的工艺特点， 除遵循蒸馏塔的一般设计方法外， 浮阀塔设计还应注意以下两方面：(1)适当加大塔板间距油田原油稳定装置的处理量和原油组分常有较大波动，原油在塔板上的发泡程度差别较大，因此应适当加大塔板间距，使稳定塔有较大的操作弹性。(2)塔中部设排水侧线原

25、油内含有少量乳化水。采用分馏法稳定原油时，塔底温度常高于水沸点， 而塔顶温度低于水沸点， 因而原油内的水分很难完全从塔顶带出。 水在塔内蒸发、冷凝周而复始地循环，浪费能量，水量还随装置运行时间不断增加，最终使某些塔盘积满冷凝水造成淹塔。为此，在塔中部适当位置设排水侧线，将水从塔内排出。知识点 9:为何在进行负压稳定时装置内泡沫层不能过高？进行负压稳定时装置内泡沫层的高度受到什么因素的影响？采用什么方法可以降低进行负压稳定时装置内泡沫层的高度？在进行负压稳定时装置内若泡沫层过高，会导致塔底泵抽空，脱出气中易带油，影响压缩机正常工作。进行负压稳定时装置内泡沫层的高度主要受到塔中液体流速的影响，进料温度和稳定压力对泡沫层的高度也有影响，而原油的组成与泡沫层的高度无关，也不受原油含水量的影响。降低塔中液体流速能够减小泡沫层的高度，也可通过升高负压稳定时装置进料温度和降低稳定压力来降低泡沫层的高度，常采用消泡剂来消除