原油脱水能耗影响因素分析及优化措施

作者:未知

  摘 要:本文针对胜坨油田原油脱水能耗相对升高的问题,从脱水工艺的原理、流程和工艺现状出发,找出了影响脱水能耗的主要因素为温度、工艺适应性和破乳药剂性能。通过优化工艺流程和运行参数、优选破乳剂等措施可有效降低脱水能耗,提高运行效率。
  关键词:原油脱水;能耗;集输工艺;油田;优化措施
  原油脱水就是利用各种生产设备处理原油,将所有的游离水以及乳化水分离开来,以达到油水分离的目的。原油脱水是集输工艺中至关重要的一环也是主要的能耗节点之一。随着胜坨油田的逐年开发,井排来液的组分和性质已发生变化而与之对应的脱水工艺变化不大,因此存在诸多需要完善的环节。尤其,近年来出现了处理量逐年降低但能耗相对升高的现象,所以有必要找出影响原油脱水能耗的主要因素并采取优化措施。
  1 原油脱水解析
  1.1 原油脱水流程
  井排来液经三项分离器处理后进入油站一级沉降罐,溢流至二级沉降罐,脱水泵把原料油运输至蒸汽换热器,经净化油罐后用外输泵外输至原油交接室。
  1.2 原油脱水工艺
  整个脱水工艺从井排来液到外输原油有三个脱水节点:一是井排来液加入破乳剂采取化学破乳;二是通过沉降罐进行重力沉降;三是蒸汽换热器加热脱水,即采用化学破乳+重力沉降+加热脱水的工艺。
  1.3 原油脫水原理
  原油脱水过程中,主要工作原理是将破乳剂首先与原油混合在一起,破乳剂能破坏水滴界面膜,促使水滴碰撞、聚结、沉降而由于水的密度要大于原油的密度,所以水处于原油的上方。脱水过程中使用蒸汽换热器将油水混合物进行加热,加热使原油粘度降低,加快水滴在原油中的沉降速度,以此来实现油水分离的目标。该油水分离过程符合斯托克斯定律。
  2 脱水能耗影响因素分析
  通过对脱水流程、工艺和原理的解析,为确保脱水效果影响脱水能耗的节点主要有三个:第一个是蒸汽换热部分的热能利用情况,第二个是脱水泵和外输泵运转的能耗,第三个是破乳药剂的性能会对整体脱水效果起重要作用。从以上分析我们可以确定温度、破乳剂的性能以及工艺流程是决定脱水能耗的三个主要方面。
  2.1 温度方面
  2.1.1 蒸汽换热部分
  蒸汽换热是利用蒸汽热能加热原油从而使油水进一步分离。原油的吸热量的计算公式:原油吸热量=(原油脱水量*含油率*2.1+原油脱水量*含水率*4.2)*(出口平均温度-进口平均温度)。我们可以看出,进口和出口的温度、含水率是决定原油吸热量的重要因素。
  2.1.2 沿程热能损失
  原油沉降罐中有20%未实施外保温,并且站内大部分的流程未实施保温。以某联合站为例,同为一级罐的1#罐和4#罐,有保温材料比没有保温材料的高4-5℃。
  2.2 工艺适应性方面
  2.2.1 三项分离器积砂严重
  处理站内部分三相分离器至今已连续运行多年,排砂阀门存在打不开关不严现象,分离器内积砂严重,有的积砂高度均达到直径1/3处,严重影响分离器脱水效果。
  2.2.2 机泵负荷率偏低
  受产能逐年递减的影响,原油外输泵普遍存在大马拉小车现象,造成系统效率和功率因数都偏低。
  2.2.3 沉降时间过长
  油站的二级沉降罐一般在3000方,每小时的输油量在50方左右,也就是说,从一级沉降罐溢流来的原油需要在二级沉降罐内静置60小时左右,沉降时间过长,导致来液热能损失。
  2.3 破乳剂方面
  破乳剂的投加浓度与合理的破乳温度、充足的沉降时间是油水分离的重要手段。处理站内破乳剂的用量、配方和投加地点相对固定并未随井排来液的变化而调整。需要考虑的有两点:一是破乳剂浓度与破乳温度的匹配以及投机位置;二是来液性质变化考虑开展针对性的破乳剂效果实验。
  3 脱水能耗优化措施
  通过脱水能耗影响因素分析,脱水能耗的优化措施应聚焦在温度、工艺缺陷以及破乳药剂三个方面:①温度方面,一是做好站内原油运移管线和沉降罐的保温工作;二是根据季节温差调节蒸汽换热器出口温度;②工艺流程方面,一是清理分离器积砂,提升三相分离器运行效率;二是根据负荷大小,合理组配泵型,提高泵负载率,解决大马拉小车现象;三是考虑各处理站间实施整合优化原油处理,减少能耗损失;③破乳剂方面,一是优化破乳剂浓度与破乳温度的匹配以及投加位置;二是根据来液性质变化开展针对性的破乳剂效果实验。
  4 结论及建议
  结论:①温度是影响脱水能耗的主要因素;②设备和流程的适应性是影响脱水能耗的直接因素;③破乳剂的性能和调节是影响脱水能耗的重要因素。
  建议:①做好油站运移管线和沉降罐的保温工作;②在确保含水指标的前提下,调节换热器的温度;③改善站内流程和设备的不完善环节;④随着处理油量的减少,考虑原油合并处理的可行性。
  参考文献:
  [1]田雨.油气集输系统能耗分析与节能技术[J].化工设计通讯,2019(01):198.
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