BZ19-4WHPB平臺熱油系統(tǒng)改造方案研究

韓旭， 王長軍， 羅立臣

（中海油能源發(fā)展股份有限公司油建設(shè)計研發(fā)中心，天津 300452）

1 油田概況

渤中19-4油田位于渤海西南部海域，其地理位置位于東經(jīng) 119°00′～119°10′，北緯 38°18′～38°24′，渤中 19-4WHPA井口平臺處水深20.1m，渤中19-4WHPB井口平臺處水深21.6m，年平均氣溫13.6℃。該油田采用全海式開發(fā)方案，充分利用渤中25-1油田已建海上平臺和海底管線以及“海洋石油113”號FPSO現(xiàn)有油氣處理系統(tǒng)的能力，對渤中19-4油田的原油及伴生氣進(jìn)行中轉(zhuǎn)、輸送和處理。渤中19-4油田于2010年4月份投產(chǎn)。

2 導(dǎo)熱油鍋爐原理及特點(diǎn)

導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)是以導(dǎo)熱油為載熱體，導(dǎo)熱油在爐中加熱后（一般以煤、油、汽為燃料），利用熱油泵將其送給各用熱設(shè)備，再返回爐中重新加熱，從而形成閉路循環(huán)。導(dǎo)熱油加熱爐是一種直流式特種鍋爐，稱為有機(jī)熱載體爐、俗稱熱油爐。導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)熱利用率高，運(yùn)行維修方便，是一種安全、高效、節(jié)能的理想首選供熱設(shè)備，具有如下主要特點(diǎn)：（1）獲得低壓高溫?zé)峤橘|(zhì)，調(diào)節(jié)方便，供熱均勻，可以滿足精確的工藝溫度。（2）液相循環(huán)供熱，無冷凝排放熱損失，供熱系統(tǒng)熱效率高。（3）工作介質(zhì)受熱及放熱和溫度升降對體積的變化，在系統(tǒng)內(nèi)有補(bǔ)償技術(shù)措施。（4）循環(huán)供熱前有嚴(yán)格控制工作介質(zhì)內(nèi)空氣、水分及其他低揮發(fā)物含量的技術(shù)措施。

3 平臺熱油系統(tǒng)

BZ19-4WHPB為已建井口平臺，共分三層甲板。熱油系統(tǒng)主要由安裝在中層甲板的兩臺雙燃料熱油爐（天然氣和柴油）、兩臺熱油循環(huán)泵撬、安裝在上層甲板的熱介質(zhì)膨脹罐和安裝在工作甲板的熱油排放罐組成。每臺熱油爐的有效熱功率為1800kW，一用一備。系統(tǒng)中主要設(shè)備參數(shù)如表1所示。

BZ19-4WHPB平臺現(xiàn)有供熱用戶為：一臺生產(chǎn)加熱器，一臺測試加熱器、一臺閉排罐加熱器、一臺開排罐加熱器等，詳細(xì)的熱負(fù)荷清單如表2所示。

表1 BZ19-4WHPB平臺熱油系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

4 熱油系統(tǒng)改造原因

平臺現(xiàn)有4口生產(chǎn)井，根據(jù)平臺的井產(chǎn)情況，需新增6口生產(chǎn)井。根據(jù)最新的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，新增6口生產(chǎn)井后，平臺現(xiàn)有熱負(fù)荷1200kW的生產(chǎn)加熱器不能滿足新增的6口生產(chǎn)井需求，需新增一臺熱負(fù)荷1600kW的生產(chǎn)加熱器，此負(fù)荷只限2013年和2014年使用。由于平臺電量緊張，無法采用電加熱器，新增一臺熱負(fù)荷1600kW生產(chǎn)加熱器后，現(xiàn)有熱油系統(tǒng)熱負(fù)荷已經(jīng)無法滿足平臺熱用戶的使用要求，需要兩臺熱油爐同時運(yùn)行才能滿足平臺熱用戶的使用要求，而原熱油系統(tǒng)熱油爐設(shè)計為一用一備，因此需要對熱油系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性改造。

5 熱油系統(tǒng)改造方案

根據(jù)熱油系統(tǒng)的具體設(shè)計要求，對設(shè)計的兩套改造方案進(jìn)行比選：

改造方案一：如圖1所示，將新增的生產(chǎn)加熱器并入現(xiàn)有熱網(wǎng)中，兩臺熱油爐同時投入使用。為了增加熱油系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，增加一臺熱油循環(huán)泵，與現(xiàn)有的兩臺熱油循環(huán)泵并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)兩用一備。

表2 BZ19-4WHPB平臺熱負(fù)荷清單

圖1 改造方案一

按改造方案一的設(shè)計，兩臺熱油爐同時投入運(yùn)行，即兩臺熱油循環(huán)泵投入使用。單臺熱油循環(huán)泵的流量為70m3/h，兩臺熱油循環(huán)泵同時運(yùn)行后，熱油總管流量為140m3/h，按原熱油總管4"進(jìn)行計算，此時熱油總管流速為4.96m/s。為了獲得較大的傳熱系數(shù)，較小的阻力降，又不至于局部過熱而結(jié)焦，熱油總管的經(jīng)濟(jì)流速為2～4m/s。由此可以看出，當(dāng)兩臺熱油爐投入運(yùn)行時，熱油總管的流速超過了經(jīng)濟(jì)流速，因此需對熱油總管進(jìn)行改造，將熱油總管由4″更換為6″。當(dāng)熱油爐功率在1401～2400kW時，熱油膨脹罐的膨脹管直徑DN≥50mm，當(dāng)熱油爐功率在2401～4600kW 時，熱油膨脹罐的膨脹管直徑 DN≥70mm［1］，改造后兩臺熱油爐同時運(yùn)轉(zhuǎn)，熱油系統(tǒng)的總功率達(dá)到3600kW，因此需將熱油膨脹罐膨脹管由原來的2″改為3″。

改造方案二：如圖2所示，新增一條熱油管路，將原備用熱油爐與新增的生產(chǎn)加熱器一對一使用，即新增熱油用戶與原有熱油系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行。同時為了增加熱油系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，增加一臺熱油循環(huán)泵，與現(xiàn)有的兩臺熱油循環(huán)泵并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)兩用一備。

圖2 改造方案二

按照改造方案二的設(shè)計，需要在新增的熱油管線上增加兩條2″熱油膨脹管。為了避免在熱油膨脹罐上開孔，減少停產(chǎn)時間以及后期施工量，決定在原熱油排放管上增加三通連接新增的2″熱油膨脹管線。

6 熱油系統(tǒng)改造方案的確定

兩套改造方案所需要的海上施工量、平臺停產(chǎn)時間以及改造投入的費(fèi)用對比如表3。

通過表3可以看出，改造方案二從施工量、施工難度和費(fèi)用投入等方面都明顯優(yōu)于改造方案一。此外，兩臺鍋爐同時運(yùn)行的年份只在2010年和2011年，之后一臺鍋爐運(yùn)行即可滿足平臺熱用戶使用要求。按照改造方案一的設(shè)計思路，2011年之后的年份一臺鍋爐運(yùn)行時熱油總管的流速為1.1m/s，不在經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)，因此會影響到平臺熱用戶的正常運(yùn)行。

綜上比較，改造方案二為最佳的改造設(shè)計方案。

表3 改造方案一和改造方案二對比表

7 熱油系統(tǒng)改造其它問題

熱油系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有熱油容積約為13m3，改造后由于熱油系統(tǒng)中設(shè)備以及管路的增加，熱油系統(tǒng)內(nèi)熱油量將會有所增加，經(jīng)計算增加大約3m3熱油，即改造后熱油系統(tǒng)內(nèi)的熱油總量約為16m3，因此需要核算熱油膨脹罐和熱油排放罐的容積是否能夠滿足改造后的使用要求。

7.1 熱油膨脹罐

熱油膨脹罐的理論容積V的計算公式為：

式中，V-膨脹罐估算容積，m3；K-儲備系數(shù)，取值為1.8；V0-熱油系統(tǒng)內(nèi)熱油總?cè)莘e（熱油儲存柜不計），m3；β-熱油體積膨脹系數(shù)，1/℃；tmax-最高工作溫度，℃；t0-啟動前熱油起點(diǎn)溫度，℃。通過計算，改造后需要膨脹罐的容積為4.48m3。為了防止熱油與外部空氣接觸氧化，熱油膨脹罐采用氮?dú)饷芊?，膨脹罐儲油的?shí)際容積為罐體容積的2/3，因此膨脹罐的實(shí)際容積需要達(dá)到6.72m3才能滿足熱油系統(tǒng)的使用要求。平臺現(xiàn)有熱油膨脹罐的容積為7m3，能夠滿足平臺熱油系統(tǒng)改造后的使用要求。

7.2 熱油排放罐

熱油排放罐的容積應(yīng)為全部或部分熱油系統(tǒng)存油量的1.2倍，平臺現(xiàn)有熱油排放罐的容積為16m3，不滿足此要求，但在海上平臺對熱油排放罐進(jìn)行增容改造較為困難，考慮不對熱油排放罐進(jìn)行改造。在實(shí)際操作中熱油的排放可以通過有計劃的分步排放來實(shí)現(xiàn)。

8 結(jié)語

此次熱油系統(tǒng)改造設(shè)計，在充分考慮各種限制條件的基礎(chǔ)上，提出了最優(yōu)化的改造方案。在不擴(kuò)大平臺甲板面積前提下，簡化了平臺施工步驟，降低了海上施工難度，縮短了停產(chǎn)時間，把對平臺生產(chǎn)的影響降到最低，以最小的投入獲得了最大的回報。

［1］GB/T17410-1998，有機(jī)熱載體爐［S］.