原油闪蒸装置在海上油田的应用与研究

摘 要 中国南海一批海上油田自产原油的闪点均低于60℃，若作为主电站燃料，则不能满足规范及操作安全的要求。为了增加系统安全性，拟采用原油闪蒸装置对低闪点原油进行处理，提高其闪点，使油品性质稳定。文章通过对原油闪蒸装置的处理流程、设施、具体试验及油品分析等介绍，说明闪蒸处理手段的特点和实用性，为相关的海上低闪点原油处理提供借鉴和应用经验。

关键词 真空闪蒸装置；闪蒸原理及可行性分析；流程及设施；闪蒸试验

中图分类号：TE868 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）19-0124-03

原油发电机在海上油田的应用较为普遍，多使用自产原油作为主要燃料。目前在中海油的南海海上油田的多个项目中，均出现了平台自产原油的闪点都低于60℃的情况，范围从43℃低至26℃。南海平台的最高环境温度约为35℃，而发电机房内的环境温度通常为45℃，则此类原油的闪点已普遍低于发电机的日常运行环境温度。按照国内外各安全检验机构如COOOSO、CCS、DNV等颁布的规范中，均对发电机所用燃油的闪点温度有所规定和限制，如在CCS颁布《海上移动平台入级与建造规范》（2005）第四篇“通用机械设备与管系”、“1.1.18.1条”中规定：主推进机械及发电机原动机或锅炉用的燃油，其闪点（闭杯试验）一般应不低于60℃；以及在“1.1.18.2条”中对燃油的特性参数作了规定：对于限制作业区平台，如有专门措施，其燃油的贮藏或使用处所环境温度能限制在低于该燃油闪点10℃以下范围内时，可允许使用闪点低于60℃但不低于43℃的燃油。可见此类自产原油的闪点已不能满足规范和安全操作的要求，在实际运行中将存在非常大的安全隐患，如发生火灾甚至产生闪爆。

因此，较好的做法是采用专门的炼油设施对这类原油进行处理，提升其闪点达到安全等级的水平。但鉴于平台上的空间容量及结构承重都十分有限，难以如陆上炼厂那样采用大型、且流程较复杂的工艺处理设施，因此中海油公司组织专家并联系相关厂商进行了研讨和开发，经过筛选和甄别，着重考虑了通过蒸馏原油中的轻质组分以提高闪点的方案。2009年底，经与深圳市威诺达工程技术有限公司及中山凯旋真空技术有限公司进行了详细技术研讨和可行性实验后，决定采用以真空闪蒸设备提取出原油中轻质组分的方案。下面对该真空闪蒸装置处理低闪点原油的可行性、技术性及应用实例进行介绍。

1 原油真空闪蒸原理介绍

物质的沸点会随压力的增大而升高，反之也会随压力的降低而降低，因此原油中的可凝性气体在真空及较高温度的环境下将较易于挥发出来，真空闪蒸蒸馏的基本原理即利用于此。其通过减压（创造真空环境）和加热的手段，使原油中的轻质组分迅速气化，之后轻组分将浓集于气相、重组分浓集于液相，便可进行分离。根据此原理，可设置脱气塔对低闪点原油进行加热，并通过罗茨真空泵形成一定真空度，原油中的轻质组分（乙烷丁烷）在温度和真空度的双重作用下将从流体中挥发出来，从塔顶被抽出，后可经冷凝器回收；经处理的原油则从塔底流出，进入储油罐。原油中的轻组分含量减少后，蒸汽压降低，闪点得到提升，油品性质更加稳定。

重要的是：①原油需要被加热到一定温度；②塔内需要具备一定的真空度。在这两项的合力作用下，原油中的轻组分可以得到有效的抽出及分离，从而实现油品闪点的提高，因此真空闪蒸手段也可看作是通过物理的方式分离出原油中轻烃部分的一种做法。

2 原油真空闪蒸手段的可行性分析

从油品物性来看，轻质原油中是因为所含轻组分的比例较大而造成闪点较低，而决定所采用真空度大小的因素取决于油质中轻组分的类别，若所含轻组分的类型越轻、越容易蒸发，则对真空度的要求越高，也就是说在同等温度条件下，轻质原油比中质原油需要更低的真空度以将其中的轻组分抽取出来。另外，轻组份含量高也说明其中的轻质组份所占比重较大，则需要被抽取的比例也较大，因此除了要求有一定的真空度外，也需要设置更大的真空抽速来满足其中轻组分多、蒸发快的要求。

此外，真空度的高低与温度有密切联系，如从初馏点的角度分析，若某原油的初馏点为95℃，即该原油中的轻组分在此温度下时是较易被抽提的，而此时所需的真空度也就可以相对降低。因此在一定的温度、流速等条件下，油品中轻组分的性质和种类将决定在进行闪蒸时所需要的真空度；同时轻组分的类别也会影响真空度的大小，油中的组分特性（特性又取决于组分的类别）越轻，则越容易被抽取，所需的真空度也会相对降低。

3 真空闪蒸流程及设施配置描述

为应对在平台上需要简易可行的操控要求，真空闪蒸系统的流程设置并不复杂，主要设备构成（图1）：①脱气塔（包括脱气室、集油室）；②真空系统（真空泵组+启动干式泵）；③原油输送系统（进/出口输油泵）；④加热系统（塔内加热）；⑤轻组分冷凝回收系统；⑥吹扫及清洗系统（介质：柴油/氮气）；⑦仪表控制系统。

流程特点介绍：

1）根据轻质原油的通常特性，为保证良好的闪蒸效果，塔内温度通常应保持为90℃～95℃，加热器可根据平台情况设置热油加热盘管或电加热盘管。在实际操作中，可根据原油的初始供油温度来确定是否需要设置加热系统，如有些原油的井口温度即达到90℃以上，则塔内的加热装置可为备用，只在设备停机维修时开启。

2）启动时先由干式泵在系统内建立起一定的真空度，之后由两级罗茨泵组对脱气塔进行抽真空。当塔内及管线内达到一定真空度后，即启动进油泵使低闪点原油进入已建立好温度及真空度的脱气塔内。

3）脱气塔由上至下主要分为三段：分离室、脱气室（可再分为多层，并设加热夹套）、集油室。为了达到良好的脱气效果，脱气室内设碟盘（散油板）及相应结构和填料，使原油进入塔后得以迅速摊开，以保证具备足够的脱气面积，使脱气速度与进油的速度相匹配，提高溢出时间；同时合理选择真空泵的规格，以满足真空度对足够的真空抽速的要求。

4）脱出的气相部分从塔顶放出，可经过冷却器回收。不凝气体则继续送往平台火炬或冷放空系统。处理后原油从塔底经输油泵送入储油罐。塔底的油箱出口管路上可设置取样口，方便定期对原油组分进行取样检测。

5）系统设氮气吹扫及柴油清洗接口，相关介质由平台公用系统提供。在系统初次启动时及设备停用（油田停产）时，需用带压氮气及少量柴油对塔内的腔壁、内件、管线和阀门等进行全面的吹扫和冲洗，以保持系统的清洁。

4 LX8-1低闪点原油真空闪蒸试验情况介绍

4.1 LX8-1油田原油特性及蒸馏模拟

以中海油LX8-1井区所产低闪点原油为例，该原油的初始闭口闪点为26℃（经脱水），密度为868.8 kg/m3，低硫含量，轻质组分含量高，凝固点高，闭口闪点较低，粘度小，流动性好，属于含蜡的轻质原油。未经处理的LX8-1原油初馏点为94℃，在300℃时的馏出量可达32% 。从油样的特性分析来看，该原油完全可以通过闪蒸手段将轻组分抽出以提高闪点。

通过气相色谱分析方法对原油进行模拟蒸馏，可得到原油的真实沸点蒸馏数据（表1）。在此基础上提出了模拟蒸馏数据和实际沸点蒸馏数据曲线（图2），可看出在温度400℃以下时，两曲线的馏分始终保持在同一水平；当温度为400℃以上时，由于实际沸点蒸馏馏分的取得是通过普通蒸馏而没有精馏，而模拟蒸馏是通过极点取得，因此之间存在较小偏差。

原油的实际沸点蒸馏温度535℃（真空度），可达到17个馏分，表1中显示了每种原始的从实际沸点蒸馏而得到的削减比例。

表1的数据表明其中的轻质油比例是相当高的：汽油14.23%、柴油30.48%，汽油和柴油总量的比例可以达到45%。温度535℃以上时减压渣油的比例只有16%，含量低，所以其为较好的轻质油。且从相近馏成的化学性质判断，每个组分的密度、粘性和残炭量都不高，酸度值和硫含量也较低，在处理过程中没有酸腐蚀。因此，可以断定该原油的二次加工简便且成本低，同时，这也是低闪点原油所普遍具有的性质。

4.2 试验数据模拟

根据原油特性，通过计算机软件模拟出脱气塔内所需的最佳真空度要求，以使闪蒸处理的原油闪点能达到燃烧标准。通过在PRO/II中建立闪蒸设备的工艺流程模型，加载相关的技术参数，模拟出相应的真空度。

4.3 现场试验数据记录

2011年11月，由中海油研究总院与深圳威诺达公司进行了LX8-1原油样品的多组真空闪蒸试验。试验油样数据：闭口闪点26℃（两年内数据），密度868.8 kg/m3，真空闪蒸塔加热温度86℃、进口压力8psi，真空闪蒸设备处理量（连续）2.2 m3/h，提供电源（泵组）380VAC/50Hz/3pH，安装区域等级CLASS I/DIVISION II/GROUP D。试验结果参见表3。

由上可知，四组试验都取得了预期结果，随着真空度的提高，闪蒸后的原油闪点均有较大提高。在420 Pa真空度、原油进口温度85℃条件下，闪蒸后的实测闪点达到了81.3℃。且对比上、下午的试验结果，可知在同一真空度条件下，随着塔内原油温度的不同，闪蒸后的原油闪点也会不同，如在420 Pa真空度下，当原油进口温度由70℃提高到85℃，闪蒸后的实测闪点提高约10℃，可见温度也是有效控制油品闪蒸结果的重要参数。

4.4 闪蒸后油品成分分析及评估

对经真空闪蒸处理后的LX8-1原油进行特性化验，包括原油闪点、原油组成成分（通过原油轻烃气相色谱及原油全烃气相色谱进行分析）等一般特性及粘温曲线等，需达到燃油要求的情况才能视为合格。经油样试验结果分析可以看出（图3、图4），处理后原油中的C1～C7组分明显减少，同时原油密度、粘度有所提高，而所含轻烃和全烃分量有明显下降。

经与原油机厂家（Wartsila、MARK及MAN&W）沟通及确认，燃油的特性主要是将进机粘度保持在14.5±1cst，而根据对闪蒸后的原油油品化验结果分析，粘度为16.0cst（60℃）、11.8cst（70℃）。根据粘温曲线，油温在62℃～67℃时满足原油发电机对燃油特性的要求。且经闪蒸后的原油中其它成分没有太大变化，只是将C7及以上的轻烃组分提取了出去，并不影响原油的燃烧性能和品质。

5 结论

经过调研，目前国内外海上船舶或在平台上使用低闪点原油作为燃料而采取的主要安全措施，即是采用双层管（燃油管）防泄漏+管间通风技术，但是在实际应用中，该技术仍然存在一定的局限和安全隐患，如在中海油现在使用的MUQING号FPSO（采用3台原油机组）上就出现过在燃油双层管内因振动产生泄漏的严重情况，且在管壁间形成了通风死角。因此，通过合理的处理手段提高原油闪点以满足安全规范和操作的要求，才能解决根本问题。

对于海洋平台而言，真空闪蒸装置可有效提高原油闪点，且流程简单、设备数量少、塔体积小（真空技术可加速脱气速度）、整橇重量轻；同时易操作、易监测、易控制，安全性较高（采用真空技术可避免常压蒸馏存在的高温作业风险，并可随时通过真空度监测和含氧量分析掌控系统内的安全运行情况）。因采用物理分离的手段，经处理后的原油保持了原油物理及化学性质的稳定，不会影响作为燃料的燃烧性能和品质。原油真空闪蒸装置已于2012年第一季度应用于中海油南海的石油平台。

参考文献

[1]CCS.海上移动平台入级与建造规范.2005.

[2]深圳市威诺达工业技术有限公司.原油真空闪蒸设备资料和图纸.2011.

[3]中海石油（有限）公司深圳分公司.原油真空闪蒸设备评测及试验报告.2011.

[4]中海石油研究总院.原油真空闪蒸试验调研报告.2011.

[5]中海油能源发展股份有限公司湛江南海西部研究院.相关检测报告.报告编号：NH20102634，2010.