CN108463277B - 具有用于在浮式生产存储和卸载设施的处理系中使原油脱水的静电内构件的原油储罐 - Google Patents
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Abstract
一种用于浮式生产储存和卸载设施的处理系包括配备有至少一组静电内构件的原油储存罐，所述一组静电内构件被布置来提供与所述罐的静电分离器区段的周围体积隔离的处理流路。进入所述一组静电内构件的油水物流或混合物沿着所述处理流路行进并经受电场。所述处理流路朝向油流出区段处于向上方向上并且朝向所述罐的水流出区段处于相反的向下方向上。在所述罐内采用静电内构件允许高达80％的进入所述罐中的可允许流入水含量，从而显著减少所需的舷侧处理设备。
Description
背景技术
本发明涉及用于使原油脱水以便储存在浮式生产储存和卸载(“FPSO”)设施的原油储罐中的系统、设备和方法。更具体地说，本发明涉及一种包括容纳在储罐内的静电技术的处理系(process train)。
FPSO设施上的常规舷侧油分离系采用静电分离器来使原油脱水以便储存在原油储罐中。这些分离器是舷侧处理系的一部分，并且通常是占用空间和可允许重量的大的卧式压力容器。
通过用常规静电内构件装配原油储罐来在储罐内进行原油脱水将消除处理系对单独的静电压力容器的需求。虽然这种解决方案可节省空间和重量，但流入油蒸汽的含水百分比将限制到仅约30％。因此，需要一种更鲁棒的解决方案来处理高达80％的含水量。
发明内容
用于在浮式生产储存和卸载(“FPSO”)设施中使用的原油储罐的优选实施方案包括：罐，其具有接收油水混合物的流入区段；油流出区段，其接收脱水原油；以及静电分离器区段，其位于所述流入区段与所述流出区段之间。所述流入区段将油水混合物提供到所述静电分离器区段，并且所述静电分离器区段将脱水油产物提供到所述油流出区段并且将水产物提供到所述罐的水流出区段。
所述罐的所述静电分离器区段容纳至少一组静电(高速度)内构件，其优选地是Sams等人的US 8591714 B2和US 9095790 B2(均通过引用并入本文)中所公开类型的。因为所述静电内构件容纳在所述原油储罐内，所以此设备的重量从舷侧移除并成为船的结构的一部分。
优选地，每组静电内构件由相互连接并相对于所述原油储罐的纵向中心线以一定倾度或一定斜角取向的第一细长支路和第二细长支路构成，每个支路提供用于处理所述进入的油水混合物的限定处理流路，其中所述第一支路具有封闭上端，所述第二支路具有开放上端，并且每个支路具有位于所述罐的水流出区段中的开放底端。这些支路是倾斜的，所以它们的下端更靠近所述罐的流入区段侧，并且其上端更靠近所述罐的油流出区段侧。所述流路本身局限于所述支路，其中油水混合物受到电场的作用。
通向所述第一支管的入口与所述原油储罐的所述流入区段连通。所述第一条支路的油出口是通向所述第二条支路的入口。所述第二段的油出口与所述原油储罐的所述流出区段连通。脱水油离开沿着所述第二支路的上流端定位的油出口，并且分离水离开位于所述第一支路和所述第二支路的下流端处的水出口。
在所述原油储罐内采用一组或多组静电内构件允许物流的可允许流入水含量增大到高于30％并高达80％，从而显著减少所需的舷侧处理设备。另外，不需要预处理器。
因为所述原油储罐在配备有所述静电内构件时能够处理大量的水，所以布置在所述罐上游的第一分离器容器和第二分离器容器可以是垂直取向的容器，其在大小上小于FPSO处理系中所使用的典型卧式分离器容器。所述系统中所使用的其他容器也是如此。闪蒸容器被布置在所述第一立式分离器容器和第二立式分离器容器的下游，脱气器容器被布置在所述闪蒸容器的下游，并且配备有所述静电内构件的所述原油储存罐被布置在所述脱气器容器的下游。
静电处理器然后被布置在所述原油储罐的下游。在处理器内采用DUAL
技术(Cameron Solutions有限公司,Houston,TX)对于接近50％的含水率是可行的。
用于从采出油水物流中去除水的方法的优选实施方案包括以下步骤：将所述采出油水物流导引至所述原油储罐的所述静电分离器区段，其中所述采出油水物流在所述罐的上游由所述第一分离器容器和所述第二分离器容器、闪蒸容器以及脱气器容器进行处理。
本发明的目的包括提供一种系统和处理设计，其降低现有技术FPSO处理系的大小和重量要求，但仍然实现最终的油罐底水渣(BS&W)和盐要求，同时适应流入所述原油储罐中的具有更大量的水的物流。
附图说明
图1是现有技术舷侧处理系的方框流程图。
图2是实践本发明的系统和方法的舷侧处理系的优选实施方案的方框流程图。
图3是配备有静电内构件的图2的原油储罐的视图。
附图和详细描述中使用的元件和编号法
10 处理系
15 采出的油水物流
20 高压(“HP”)分离器/脱气器容器
25 来自20的流出物流，到30的流入物流
30 中压(“IP”)闪蒸容器
35 来自30的流出物流，到40的流入物流
40 低压(“LP”)脱气器容器
45 来自40的流出物流，到50的流入物流
50 原油储罐(“油舱”)
51 50的流入区段或流入(采出水)体积
52 油水混合物入口
53 将51与67、70隔离的分隔物
55 50的油流出区段或油存储体积
57 挡板
59 油出口
61 50的纵向中心线
65 来自50的流出物流，到100的流入物流
67 50的水流出区段或水存储体积
69 水出口
70 50的静电分离器区段或体积
71 静电内构件(高含水分离器)
72 细长的圆柱形管道、容器或支路
73 入口
74 封闭顶端
75 72的上流端或部分
76 开放底端
79 油出口
80 纵向中心线(处理流路)
81 以石油为主的流或物流
85 72的下流端或部分
86 水出口(开放端)
91 以水为主的流或物流
100 静电处理器
105 流出物流
具体实施方式
原油储罐的优选实施方案包括静电分离器区段，其具有至少一组静电内构件，所述至少一组静电内构件被布置来提供相对于原油储罐的纵向中心线倾斜并与静电分离器的周围体积隔离的处理流路。这组静电内构件被布置用于与原油储罐的油水流入区段、原油储罐的水流出区段以及原油储罐的油流出区段连通。进入这组静电内构件的油水物流或混合物沿着处理流路行进并受到电场的作用。处理流路朝向油流出区段处于向上方向上并且朝向罐的水流出区段处于相反的向下方向上。脱水油离开静电内构件，并且可停留在静电分离器区段中静电内构件的外部以及油流出区段中。在任一种情况下，油都浮在停留在罐的水流出区段或体积中的水上方。
这组静电内构件可包括第一支路和第二支路，所述支路在形状上是圆柱形的并且是细长的。支路可彼此平行布置，其中第二支路位于第一支路的下游，并且支路中的至少一个的底端比所述支路的顶端更靠近原油储罐的油水流入区段。支路的大小或长度根据罐大小和特定应用的要求来确定。
第一支路具有封闭顶端和开放底端，其中开放底端位于原油储罐的水流出区段中。通向第一支路的入口连接到油水流入区段的出口并且朝向支路的底端定位。第二支路具有开放底端，所述底端同样位于水流出区段中；并且如果第二支路是这个组中的最后一个支路，那么第二支路具有暴露于静电分离器区段的周围容积的开放顶端。第一支路的出口是通向第二支路的入口，其中入口沿着第二支路的下流部分定位。
原油罐包括将油水流入区段与静电分离器区段隔离的分隔物。挡板可放置在适当的位置。在优选实施方案中，静电分离器区段与油流出区段之间定位有挡板，并且水流出区段中定位有挡板。
出于与优选实施方案进行比较的目的，使用图1的现有技术舷侧处理系。此现有技术系包括高压分离器、中压闪蒸容器(安装在预处理器上)、预处理器、低压脱气器容器(安装在静电处理器上)以及静电处理器(见表1)。所述系还包括位于静电处理器下游的原油储罐。
表1.现有技术处理系。
所述系被设计来实现24,000m3/天(150,000bpd)的最大总液体流量、24,000m3/天(150,000bpd)的最大油流量、19,100m3/天(120,000bpd)的最大采出水流量、以及6,000,000m3/天的最大气体流量。进入的原油特性为27API；在30℃、40℃和50℃下粘度分别为47.1、30.3和19.9cSt；第一事件和第二事件的初始结蜡温度为40℃和20℃；倾点为12℃；并且是起泡严重的。抵达所述系时的油温度在20℃(最大油情况)至40℃(最大水情况)范围内。
表2中示出所述系的大小和重量要求。所述系(不包括原油储罐)要求275m2的用地面积与353.4吨的干重。应注意，在每个连续处理步骤中油包水的量减小，从高压分离器的流出物流中的25％的含水量减小至到预处理器和低压脱气器容器的流入物流中的1％的含水量。
表2.现有技术处理系的大小和重量要求。
现在参考图2，舷侧处理系10的优选实施方案包括：第一高压分离器/脱气器容器20A和第二高压分离器/脱气器容器20B，其被布置来接收进入的油水混合物15；中压闪蒸容器30，其被布置在容器20A和20B的下游；低压脱气器容器40，其被布置在闪蒸容器30的下游；原油储罐(“油舱”)50，其被布置在脱气器容器40的下游并且配备有静电内构件70；以及最后的静电处理器100，气被布置在原油储罐50的下游。与图1的现有技术系相比，图2的处理系具有75m2的用地面积，由此将空间需求减小了198m2(72％的减小量)，并且具有83.3吨的干重，由此将总重量减小了270.1吨(76％的减小量，其中操作重量减小了82％)。
表3.处理系的优选实施方案。
现有技术系需要使用卧式分离器、闪蒸容器和处理容器，因为进入闪蒸容器的水量不能超过30％，并且进入静电处理器的量不能超过10％。因此，具有高含水量的采出物流需要适量的处理设备体积来处理所述含水量，使得闪蒸容器不会遇到30％或更多的水量。另一方面，处理系10可将更大量的水从原油储罐50之前的一件设备传递到另一件设备，因为罐50的静电内构件60可处理高达80％的水量并在静电处理器100之前将这些量减小到3％至10％。
分离器/脱气器容器20各自是彼此平行布置以便各自接收进入的采出油水物流15的50％的分流的立式容器。通常，物流15中的水的百分比可以在20体积％至80体积％的范围内，其中油的体积百分比相应地变化。在某些情况下，水为95体积％。每个容器20A和20B都是适合于40℃的操作温度下的约2,000kPa(atm)的操作压力的高压分离器。优选地，每个容器20A和20B配备有具有旋流式分配器的入口。
举例来说，
入口旋流式分配器(Cameron Solutions有限公司,Houston,TX)是合适的(并且是优选的)入口装置。此装置包括流入区段、消散体积和数个气液旋流器。在入口法兰之后，流入速度在容纳引导叶片的喷嘴中减速，然后消散到分配室中。
分别来自每个容器20A和20B的流出物流25A和25B组合起来并被导引至闪蒸容器30。闪蒸容器30可以是适合于90℃的操作温度下的770kPa(atm)的操作压力的中压闪蒸容器。闪蒸容器30优选地配备有具有旋流式分配器的入口。
入口旋流式分配器是合适的(并且是优选的)入口装置。
来自闪蒸容器30的流出物流35被导引至脱气器容器40。脱气器40是适合于75℃至80℃的操作温度下的250kPa(atm)的操作压力的立式脱气器容器。与容器20和30类似，脱气器容器40优选地配备有具有旋流式分配器、诸如
入口旋流式分配器的入口。
来自脱气器40的流出物流45被导引至配备有静电内构件的油舱50(见例如，Sams等人的US 8591714 B2和US 9095790 B2，其主题通过引用并入本文，所述文献提供可被修改以用于在罐50中使用的静电内构件的实例)。在原油储罐50内采用静电内构件允许物流45的可允许流入水含量增大到高于30％并高达80％，从而显著减少所需的舷侧处理设备。
现在参考图3，在优选实施方案中，罐50包括流入区段51(其接收来自脱气器容器40的流出物流45)、静电分离器区段70、水流出或存储区段67以及油流出或存储区段55。每个区段51、55、67、70的精确体积“V”由特定应用的要求确定。分隔物53使静电分离器区段70与流入区段51分离。挡板(或多组挡板)57位于分离器区段70与油流出区段55之间并且分隔水流出区段67。
一组或多组静电内构件71位于静电分离器区段70内，所述静电内构件71具有垂直地、水平地或以一定倾度取向的两个或更多个支路72。每个支路72(可以是圆柱形管道)限定用于进入的油水物流45的细长处理路径80，所述细长处理路径80将物流45分离成以油为主的流81和以水为主的流91。(细长处理路径80由支路72的纵向中心线表示。)垂直取向具有物流优势，水平取向具有流体流动优势，并且斜倾取向融合了这两者的优点。优选地，处理路径80相对于罐50的纵向中心线61倾斜。
在优选实施方案中，这组静电内构件71包括彼此平行且以一定倾度布置的至少两个支路72，即第一支路72A和位于第一支路下游的第二支路72B。每个支路具有上流端或部分75和下流端或部分85。两个支路72A和72B的下流端85在其底部86处是开放的，并将以水为主的流91传递到水流出区段67。然而，第一支路72A的上流端75是封闭端74，而第二支路72B的上流端75是开放端76。支路72A和72B的上端76比底端86更靠近罐50的油流出区段55。
电极(未示出)可放置在入口73中、支路72的上流端75中、或者入口73和上流端75两者中(见例如US 8591714 B2和US 9095790 B2)。电极(其连接到电压源(未示出))在支路72内建立处理场。当进入的物流45暴露于电场时，最大的水滴聚结并向下流动，并且更干的油向上流动。
进入流入区段51的油水物流45被分配到第一支路72A的入口73，并且在物流45经受处理场时发生初始分离，其中以油为主的流81向上流动并且以水为主的流91向下流动。优选地，入口73位于第一支路72A的开放底端86处。以水为主的流91离开支路72A的开放底端86，并且以油为主的流81离开第一支路72A的出口79，所述出口79用作第二支路72B的入口73。优选地，第二支路72的入口73沿着下流端85定位。
所述物流再次经受第二支路72B内的处理场。另一个以水为主的流91离开开放底端86，并且现在更干的以油为主的流81离开支路72B的开放端76。以油为主的流81然后进入罐的油流出区段51，在那里，流81作为流出物流65被取出。物流65含有约3％至10％的油包水。
以这种方式，罐50通过其静电内构件71执行流体分离而用作分离容器。
来自原油储罐50的流出物流65被导引至静电处理器100。静电处理器20是本领域中众所周知类型的并且提供适合于下游过程或用途的流出物流105。优选地，物流105的BS&W含量不大于0.5％的BS&W和285mg/l的盐。可替代地，在处理器100内采用DUAL
技术(Cameron Solutions有限公司,Houston,TX)对于接近50％的含水率是可行的。DUAL 
技术在Sams的US 6860979 B2和US 7351320 B2中有所描述，所述文献的内容通过引用并入本文。此技术使用交流电压来在静电处理器内以选定频率F1建立电场，并以选定频率F2对交流电压的强度进行模块化，其中F1>F2。更高(高)基频F1提供更强的静电力。静电场的更低(或低)频率F2振幅调制为水滴聚结提供改善的条件，这进一步改进脱水和脱盐效率。
优选实施方案提供所述系统和方法的实例。以下权利要求限定本发明的范围，包括所列举要素的全等效范围。
Claims (19)
1.一种原油储罐，其包括：
静电分离器区段，其包括至少一组静电内构件，所述至少一组静电内构件被布置来提供相对于所述原油储存罐的纵向中心线倾斜的处理流路，所述一组静电内构件被布置用于与所述原油储存罐的油水流入区段、所述原油储存罐的水流出区段、以及所述原油储存罐的油流出区段连通；
其中，进入所述一组静电内构件的油水物流沿着所述处理流路行进并经受电场；
其中，所述一组静电内构件包括彼此平行且以一定倾斜布置的第一支路和位于第一支路下游的第二支路，每个支路具有上流端或部分和下流端或部分，
其中，进入流入区段的油水物流被分配到第一支路的入口，并且在物流经过处理场时发生初始分离，以油为主的流离开第一支路的出口，该出口用作第二支路的入口，
其中，以油为主的流进入罐的油流出区段，在那里，流作为流出物流被取出，和
其中，电极放置在一个或两个支路的入口中和/或上流端或部分中，并且所述电极连接到电压源以在支路内建立处理场。
2.根据权利要求1所述的原油储罐，其还包括：所述处理流路朝向所述油流出区段处于向上方向上并且朝向所述水流出区段处于相反的向下方向上。
3.根据权利要求1所述的原油储罐，其还包括：第一支路和第二支路在形状上是圆柱形的且是细长的。
4.根据权利要求3所述的原油储罐，其还包括：第一支路包括封闭顶端和开放底端。
5.根据权利要求4所述的原油储罐，其还包括：第一支路的开放底端位于所述原油储罐的水流出区段中。
6.根据权利要求1所述的原油储罐，其还包括：第一支路的入口朝向第一支路的底端定位。
7.根据权利要求3所述的原油储罐，其还包括：第二支路包括开放底端。
8.根据权利要求7所述的原油储罐，其还包括：第二支路的开放底端位于所述原油储罐的所述水流出区段中。
9.根据权利要求3所述的原油储罐，其还包括：第二支路具有开放顶端。
10.根据权利要求3所述的原油储罐，其还包括：第一支路的出口是第二支路的入口。
11.根据权利要求10所述的原油储罐，其还包括：第二支路的入口沿着第二支路的下流部分定位。
12.根据权利要求3所述的原油储罐，其还包括：第一支路和第二支路彼此平行布置。
13.根据权利要求3所述的原油储罐，其还包括：第二支路位于第一支路下游。
14.根据权利要求3所述的原油储罐，其还包括：第一支路和第二支路中的至少一个的底端比该支路的顶端更靠近所述原油储罐的油水流入区段。
15.根据权利要求1所述的原油储罐，其还包括分隔物，所述分隔物位于所述油水流入区段与所述静电分离器区段之间。
16.根据权利要求15所述的原油储罐，其还包括:所述分隔物位于所述油水流入区段与所述水流出区段之间。
17.根据权利要求1所述的原油储罐，其还包括挡板，所述挡板位于所述静电分离器区段与所述油流出区段之间。
18.根据权利要求1所述的原油储罐，其还包括挡板，所述挡板位于所述水流出区段中。
19.根据权利要求1所述的原油储罐，其中所述处理流路与所述静电分离器区段的周围体积隔离。
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