第一章 概 述
原油和天然气统称为石油。原油只是以液态形式天然形成的比较重的烃类组分，而天然气指的是以气态形式存在的比较轻的烃类组分。来自气井的天然气叫气井气，来自油井从原油中分离出来的天然气叫伴生气。
第一节
1.1.1 天然气的组成
天然气是一种烃类气体的混合物，其中也含有水和其他杂质，主要是由碳、氢、硫、氮、氧及微量元素组成的，以碳、氢为主，碳约占65%～80%，氢约占12%～20%，各种地区生产的天然气组成是不同的，甚至同一储层中不同的两口井产出的天然气组成也是不同的，而且，随着油田开采的程度不同，同一口井产出的天然气组成也会发生变化。
天然气中含有的烃主要是甲烷，同时含有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷、庚烷等更重的气体。
1.1.2 天然气的分类
天然气有三种分类方法：
（1）按照矿藏特点分：主要分为气井气和伴生气。
伴生气：指的是来自油井从原油中分离出来的天然气。
气井气：指来自气井的天然气。
（2）按照天然气的烃类组成（即按天然气中液烃含量）的多少来分类，可分为干气、湿气或贫气、富气。
C5界定法——干、湿气的划分
干气：指在1标准立方米天然气中，C5（戊烷）以上重烃液体含量天然气的组成分类和性质低于13.5立方厘米的天然气。
湿气：指在1标准立方米天然气中，C5以上烃液含量高于13.5立方厘米的天然气。
C3界定法——贫、富气的划分
贫气：指在1标准立方米天然气中，C3以上烃液含量低于94立方厘米的天然气。
富气：指在1标准立方米天然气中，C3以上烃液含量高于94立方厘米的天然气。
（3）按照酸气含量多少，天然气可分为酸性天然气和洁气。
酸性天然气：指含有显著量的硫化物和二氧化碳等酸气，这类物质必须经处理后才能达到管输标准或商品气气质指标的天然气。
洁气：指硫化物含量甚微或根本不含的气体，它不须净化就可外输和利用。
1.1.3 天然气的物理性质
由于天然气是烃类混合物，而且这种混合物的组成经常变化，所以其物理性质也将发生变化，天然气加工中最常用的物理性质是：分子量、冰点、沸点、密度、浓度、粘度、临界温度、临界压力、汽化热、比热、热值、蒸汽压。
天然气的相关概念：
1、天然气的爆炸极限：天然气与空气形成的混合物中，当天然气在空气中的含量达到一定的比例范围，这种混合气体具有爆炸的可能，这种比例范围的高低限制即天然气的爆炸极限，当天然气的体积分数为５％～１
５％时，遇明火就会爆炸。
2、天然气的湿度：天然气含水的多少用湿度来表示，单位体积或单位质量的天然气所含水蒸汽的质量称为天然气的绝对湿度（即含水量），单位为克／立方米或克／千克。
3、水露点：指在一定压力条件下，天然气与液态水平衡时(此时天然气的含水量为最大含水量，即饱和含水量)所对应的温度。
4、烃露点：即一定压力下，从天然气中开始凝结出第一滴液烃时的温度。它与天然气的压力和组成有关。
5、天然气的热值：单位体积或质量的天然气燃烧所发出的热能称为天然气的燃烧值，又称热值。
第二节 油田气的集输
油田气（即原油伴生气）的集输系统工程，一般包括：集气、气体处理加工； 干气、轻烃的输送；原油密闭输送，原油稳定，轻烃的储存等。
1.2.1 油田气的收集
原油从油井出来，经过计量分离器计量其油气量以后，油气混输进转油站的油气分离器。油田气从原油中分离出来进集气管网，一般在采油厂的联合站建自压或增压集气站，增压压缩机多为多机组单级往复式压缩机，入口压力可以浮动，出口压力随系统回压而定，出口压力最高0.4MPa。
1.2.2 原油密闭集输
原油密闭集输是从原油中通过原油稳定方法，提取轻烃的首要条件，也是降低原油损耗的重要措施之一。
在转油站，经过油气分离器的原油进入游离水脱除器，再经过含水缓冲罐、外输加热炉送至原油脱水站。在这里原油经过游离水脱除器后进脱水加热炉加热，并进复合电脱水器，脱水后原油进缓冲罐（原油含水量低于0.5%），再由泵输进原油稳定装置，稳定后原油进储罐外输。
转油站、脱水站密闭流程中，采用了提前排放游离水，就地回掺到油田注水中，以减少生产能耗。
1.2.3 油田气的加工处理
从自压站来的油田气进入浅冷（或深冷）装置，在这里与从原油稳定装置来的不凝气一起进行增压、冷冻、分离，回收C3（或C2）以上的组分，其干气外输。
1.2.4 轻烃集输储运系统
轻烃集输采用管输方式，系统由生产装置附属的储库、中转站、储存总库、外输计量站以及相应的管网组成。
轻烃回收装置设置储罐，储罐的作用是沉降脱水、产品调和、外输泵缓冲以及外输管线一旦发生事故保证装置正常生产或有计划停产。储罐储存容量一般为装置1～2天的轻烃生产量。
轻烃中转库主要作用是利用储库协调一天内轻烃生产和外输之间的不平衡量，以及管线发生事故时储存清扫管线积液。
轻烃总库的主要作用是利用储罐协调轻烃生产和外输之间的不平衡量，包括生产装置产量波动，装置不同检修期造成的产量波动，以及乙烯厂检修而合成氨不检修，油田需继续提供原料气所回收的轻烃的储存等。
轻烃总库和总外输计量站是油田为乙烯厂提供液态烃原料的总出口，是各轻烃回收装置所产轻烃总汇集地，是轻烃储运系统的枢纽。
1.2.5 干气的外输和返输系统
油田气回收后进行处理和加工，回收轻烃后的大部分干气输给（大化和甲醇厂等）作为化工原料，部分干气返输给油田上的转油站作为加热炉和锅炉的燃料，干气返输是集气的逆过程，同时在夏季还有部分干气注入储气库储存起来，在冬季采出以缓解天然气供需紧张。
还有部分干气用来发电和给居民用气。
第二章 天然气净化
天然气的净化主要是指天然气体的脱水、脱酸性气体和脱除机械杂质。 天然气中常含有硫化氢、二氧化碳和水以及其它各种硫化物，硫化氢和二氧化碳都称为酸性气体。酸性气体在水的存在下，能生成酸或酸性溶液，腐蚀设备和管道，同时也污染环境。一般规范要求硫化氢的含量为4ppm。二氧化碳含量过高会降低天然气的热值和管输能力。
天然气中水在一定的温度和压力下与烃类会形成水化物，造成堵塞管道、阀门，影响生产的正常运行，在深冷中，会堵塞冷箱、膨胀机出口，因此在脱甲烷塔等低温部位要脱水，使其露点达到-100℃以下，二氧化碳含量达到2%以下。
第一节 天然气中的水化物
天然气水化物是由碳氢化合物和水组成的一种复杂而又不稳定的化合物，是白色结晶固体，外观类似松散的冰或压实的雪。
天然气水化物形成的主要条件：
（1）天然气中要有足够的水蒸汽，这是形成天然气水化物的最基本条件。因此，如果降低天然气中水的含量，使水蒸汽的分压小于水化物的蒸汽压，就不可能生成水化物。我公司的100#、150#三甘醇脱水装置，其目的就是降低天然气中的水蒸汽量，使气体露点达到-20℃以下，以便于天然气的输送。
（2）适宜的压力和温度，即高压低温。
次要条件：
（1）很高的流速；
（2）压力脉冲；
（3）任何形式的搅动；
（4）水化物结晶体的存在。
因此，水化物容易在节流阀处、压缩机出口、阀门关闭不严处及管线弯头的地方生成。
第二节 天然气脱水方法
天然气脱水就是把天然气中的水份除掉，天然气从井口出来时，一般含有游离水和水蒸汽两种不同形态的水，分离器只能脱出天然气中的游离水，无法脱除水蒸汽。
通常所说的脱水，严格的讲是从天然气中除去水蒸汽，所以我们把用吸收或吸附的方法脱除天然气中水蒸汽的过程称为天然气脱水。
天然气脱水的目的是为了降低天然气的露点。
天然气脱水的方法：
（1）液体吸收法（液体干燥剂脱水，如甘醇）
（2）固体吸附法（采用硅胶、分子筛脱水）
（3）低温分离法
第三节 脱除天然气中的酸性气体
化学吸收法
干法 物理吸收法
直接氧化法
脱酸性气体的方法
分子筛法
湿法
海绵铁法
第三章 天然气的浅冷分离
油田伴生气经过集气站的初步分离、脱水，还不能满足作为化工原料和管线长距离输送的质量要求。作为化工原料用的天然气要求它的组分单一或纯净，燃烧产物对设备无害；作为燃料要有足够的热值，减少环境污染。在长距离管输工艺中，要求其露点在任何时候都低于管线的任一点温度，使其在输送中，不会产生凝析液而积聚在管线内，最大限度地减少对设备、管线、仪表的堵塞或腐蚀。
通常称以回收C3以上烃类为目的的天然气处理装置为浅冷装置，浅冷装置的负温一般在-20℃～-25℃。
目前分公司天然气浅冷装置分为氨压缩制冷和丙烷压缩制冷两种。 压缩制冷是一种相变制冷，也就是利用液体变为气体时吸热效应进行制冷。压缩制冷回路中主要设备有蒸发器、节流阀、冷凝器、压缩机。
压缩制冷原理图
工作时，系统内的制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物体（油田气）的热量而汽化，使被冷却物体（油田气）得到冷却。而后制冷剂蒸汽进入压缩机，由压缩机将其压力升高到冷凝器的温度下可以使制冷剂变成饱和液体时的压力。从冷凝器出来的制冷剂的饱和液体经节流阀降压后进入蒸发器，这样制冷剂在这个封闭系统中经过汽化、压缩、冷凝、节流四个过程，完成一个循环。其中蒸发器完成了使被冷却物体温度降低的作用，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用，制冷剂经压缩在冷凝器中变为饱和液体后，节流阀起到使制冷剂降压、降温的作用。
制冷剂：在制冷装置中不断循环以实现制冷的工作物质称制冷剂，作为制冷剂，应具备以下特点：
1、 在常压下蒸发温度要低，这是一个必要条件，因为只有蒸发温度低，才能达到使被冷却的物质降低到特定温度的要求，常见制冷剂的沸点如下：
 
常见制冷剂的沸点
 
2、蒸发压力不要太低，最好不要低于常压，这样可以避免空气渗漏进入系统的可能，因为空气进入系统，将要降低制冷装置的制冷能力，使制冷装置工作不正常。
3、冷凝压力不要太高，冷凝压力高，使得系统密封要求高，渗漏可能性大，高压部分设备造价高。
4、单位容积制冷量大。单位容积制冷量是指压缩机吸入1立方米制冷剂蒸汽所能产生的冷量，单位容积制冷量大，在制冷量一定时，可以减少制冷剂循环量，可以缩小压缩机和整个制冷装置的尺寸。
5、临界温度高，这样可以用普通的冷却介质如冷却水或空气进行冷却。
6、制冷剂对系统无腐蚀作用，与润滑油一起无化学变化，价格低廉，易于获得，对人体健康无损害，无毒。
浅冷装置的工艺流程包括天然气系统、制冷系统和乙二醇系统。 工艺流程简述：
浅冷装置工艺流程简图
天然气系统：
原料气经除油器脱出凝析水和油滴后，经增压机增压后依次进入空冷器和水冷器冷却，在一级三相分离器底部分离出水和重烃，分离器顶部的气体经贫富气换热器、蒸发器后进入二级三相分离器，分离器底部分离出轻烃进入轻烃储罐，顶部分离出的干气经贫富气换热器回收冷量后进入外输气管网外输。
制冷系统：
从蒸发器中出来的气态制冷剂，被制冷压缩机压缩，温度、压力升高，进入冷凝器变成液氨后进入蒸发器吸收天然气的热量，实现制冷，自身气化后重新进入制冷压缩机开始新的循环。
乙二醇系统：
 
三相分离器中分离出的富乙二醇先进入乙二醇分馏塔顶部冷凝器加热，再进入贫富乙二醇换热器加热后进入闪蒸罐中，在闪蒸罐中闪蒸出携带的轻烃后进入乙二醇分馏塔，塔顶分馏出水份，塔底的贫乙二醇重新注入天然气系统。
主要设备：
原料气压缩机
制冷压缩机
空冷器
贫富气换热器
第四章 天然气的深冷分离
深冷装置即以回收C2以上烃类为目的的天然气处理装置，深冷装置从对原料气的增压、净化、制冷均比浅冷要求条件高。
天然气深冷流程的组成：
（1）天然气的增压和低温制冷过程：天然气的深冷分离是在一定的温度和压力下进行的，所以必须进行增压和低温制冷。
（2）气体的净化：为了防止天然气中的杂质如水、CO2以及其他的酸性气体对后续加工过程的干扰，必须脱除其杂质。
（3）脱甲烷及轻烃精分馏：脱甲烷塔是深冷分离的核心，轻烃精分馏是把轻烃中各个烷烃分离成单一烷烃产品，主要设备如脱甲烷塔、脱乙烷塔等。
分公司深冷装置分为双级膨胀无辅助冷剂制冷（萨南深冷）、单级膨胀
加辅助冷剂制冷工艺两种。
相关概念：
节流膨胀：即气体由较高的压力经节流装置膨胀到较低的压力，在这个过程中由于气流经节流装置速度很高，来不及和环境换热，所以可近似看作绝热过程。膨胀所需的能量必须由气体本身供给，从而引起气体温度下降。
节流阀与膨胀机的区别：节流阀膨胀过程简单，但效率低；高压气体经过膨胀机膨胀后变为低压气，且气体温度下降，气体在膨胀过程中对外输出功，其内能下降更多，所以气体膨胀前后温度变化较大，效率高。
工艺流程：
双级膨胀制冷工艺流程简图
流程简述：
 
第五章 原油稳定
第一节 概述
原油一般为淡黄色到黑色，流动或半流动的粘稠液体，是一种烃类混合物，相对密度为0.8～1.0 之间，不稳定原油：指未经处理，含有轻烃组分的原油。
原油分类：
（1）按相对密度分为轻质原油（相对密度小于0.878）、中质原油（相对密度在0.878～0.884之间）、重质原油（相对密度大于0.884，一般含轻馏分很少，含蜡、硫和胶质多）。
（2）按含硫量分为低质原油（小于0.5%）、含硫原油（0.2%～2.0%）和高硫原油（大于2.0%）。
（3）按含蜡量分为低蜡原油（粘度为50mPa· s的馏分，凝点小于 16℃）、含蜡原油（粘度为53mPa· s的馏分，凝点在16～21℃）和多蜡原油（粘度为53mPa· s的馏分，凝点大于21℃）。
原油自地下采出后，大量的伴生气虽然已在井口分离器分出，但由于气液相间平衡关系，仍然有一部分轻组分留在原油中，使原油的蒸汽压增高。
原油稳定即采用一定的工艺方法把轻组分（主要是C1～C5轻烃）从原油中脱除来的过程，实际上也就是降低原油蒸汽压的过程。
原油稳定的意义是
（1）降低蒸发损耗，减少输送与储存时的损失。
第15/19页
（2）回收轻烃，为石油化工提供原料，为工业及民用提供洁净燃料。
（3）因为降低了原油的饱和蒸汽压，可以减少输送过程中由于轻组分汽化而造成的困难，降低管道流动阻力，节约加热能量；也延长了输送泵的使用寿命。
另外原油稳定对减少环境污染，保证原油安全储运也具有重要作用。 原油稳定的深度是指从未稳定原油中拔出多少挥发性最强的轻烃组分，拔出得越多原油稳定深度越高。
《油田油气集输设计规范》中规定：
（1）稳定原油在最高储存温度下的饱和蒸汽压不超过当地大气压，非管输的原油因装卸过程不能完全密闭，蒸汽压应略低，以减少蒸发损耗。
（2）原油稳定过程中C6组分脱出量不超过原油中C6总含量的5%（质量）。
原油稳定的方法基本上可归纳为两大类：负压闪蒸和正压分馏。 我分公司共有原油稳定装置11套，其中正压6套，负压5套。
第二节 负压原稳
负压原油稳定装置是利用相平衡原理，采用负压闪蒸工艺，回收原油中的轻组份，降低原油的饱和蒸气压，减少原油的集输损耗，同时将其中的C3-C7组份变成价值更高的化工原料——液态烃。
原油稳定平均温度为65℃，平均系统压力为-0.05MPa，平均轻烃收率46吨/万吨。
工艺流程：脱水原油经采油厂供油泵加压至0.4MPa后，进入加热炉加热至60℃，经入口减压阀减压后进入原油稳定罐稳定，罐底的稳定原油经
第16/19页
稳后油泵外输，稳定塔顶部用真空压缩机抽真空，真空度为20～70kPa之间，抽出的脱出气体增压至0.2～0.5MPa，脱出气经冷凝器降温至20～40℃，进入三相分离器进行轻烃、不凝气、水的分离。分出的轻烃进入储罐，不凝气进入相邻的浅冷装置进行处理，污水进入污水处理系统。
主要设备：真空压缩机
原油稳定塔
加热炉
三相分离器
装置特点：
（1）工艺简单；
（2）能耗小。
第三节 正压原稳
正压原油稳定装置是利用分馏原理，采用精馏法，回收原油中的轻组份，降低原油的饱和蒸气压，减少原油的集输损耗，同时将其中的C3-C7组份变成价值更高的化工原料——液态烃。
原油平均温度为220℃，塔顶温度平均为120 ℃，平均轻烃收率240吨/万吨。
第17/19页
相关概念：
1、轻烃：轻烃是一种无色透明的液体，组分较轻，易挥发，大量的挥发可使人窒息。用作化工原料，制乙烯、塑料等。
2、轻烃的组成：以丙烷和丁烷为主，还含有少量的乙烷、戊烷等，原稳装置和气处理装置生产的轻烃组成不同。
3、阀门：操作压力容器以及管路中用作调解流量切断或切换管路以及对管路和压力容器起安全、控制作用的一种管件。
4、阀门的分类：
根据阀门在管路中的作用，可分为：截止阀、节流阀、止回阀、减压阀、紧急切断阀、过流阀、安全阀等。
根据阀门制作材料的不同可分为：不锈钢阀、铸铁阀、铜阀、塑料阀、陶瓷阀等。
 
根据阀门的结构形式不同可分为：闸阀、旋塞、球阀、蝶阀、隔膜阀、
第18/19页
衬里阀等
5、安全阀的作用：当容器内的压力超过某一数值时，就自动开启，迅速排放容器内部的超压气体，并发出响声，警告操作人员采取降压措施。
6、压缩机的分类：
按工作原理分为容积式压缩机和速度式压缩机，我们常见的活塞式压缩机和螺杆式压缩机即属于容积式压缩机；而离心式压缩机属于速度式压缩机。
7、膨胀制冷的常用设备：主要有节流阀、气波机和膨胀机。
8、 表压=绝压—大气压力
真空度=大气压—绝对压力
9、三相分离器的用途：主要用来进行油、气、水的三相分离，其操作主要是控制好油水的界面，以保证烃、水的分离效果达到最佳。