江蘇油田某接轉(zhuǎn)站集輸系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能研究

趙洪濱，楊倩，江婷，楊微，黃輝，李奇

1.中國(guó)石油大學(xué)機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249 2.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083

江蘇油田某接轉(zhuǎn)站集輸系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能研究

趙洪濱1，楊倩1，江婷1，楊微1，黃輝2，李奇2

1.中國(guó)石油大學(xué)機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249 2.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083

江蘇油田進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)階段后，油田地面集輸系統(tǒng)的運(yùn)行效率普遍下降，系統(tǒng)能耗升高，因此建立集輸系統(tǒng)能耗分析模型并對(duì)其能耗分布和能損分布進(jìn)行研究是很必要的。針對(duì)江蘇油田瓦6接轉(zhuǎn)站集輸系統(tǒng)利用熱力學(xué)第一定律和第二定律分別對(duì)其能耗現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)加熱爐總熱負(fù)荷主要分布在650～900 kW之間，且隨著季節(jié)有一定的變化規(guī)律，夏季相對(duì)較低，冬季相對(duì)較高，加熱爐月日平均效率夏季一般較高，為75%～78%，冬季較低些，為55%～60%；加熱爐火用效率偏低，經(jīng)分析主要是由于供給燃料量過(guò)高、加熱爐出口水溫過(guò)高等原因造成的。并且對(duì)影響能耗的因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)減小燃油量或在較高負(fù)荷下運(yùn)行可以提高加熱爐效率。

油田集輸系統(tǒng)；能耗分析；熱效率；火用效率；節(jié)能措施

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)主力油田已進(jìn)入“雙高期”開(kāi)發(fā)階段，原油產(chǎn)量逐年遞減，含水不斷上升，地面集輸系統(tǒng)存在的問(wèn)題越來(lái)越突出［1］，主要表現(xiàn)為系統(tǒng)效率低、原油處理成本較高，原有的部分站、管線、設(shè)備等設(shè)計(jì)能力與實(shí)際不匹配，原有集輸方式已不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)要求等。油田經(jīng)過(guò)許多年的開(kāi)發(fā)建設(shè)，會(huì)進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)階段，油田地面各生產(chǎn)系統(tǒng)的負(fù)荷率普遍下降，運(yùn)行效率低，系統(tǒng)能耗升高。隨著油田開(kāi)發(fā)的繼續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)量遞減而能耗升高的矛盾將越來(lái)越突出。針對(duì)油田面臨的這種生產(chǎn)狀況，油田企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步完善集輸流程，降低系統(tǒng)能耗，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，調(diào)整與改造現(xiàn)有的集輸系統(tǒng)，大力推行節(jié)能降耗技術(shù)，使之與油田生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，達(dá)到降低生產(chǎn)成本、提高系統(tǒng)效率、節(jié)約能源的目的。開(kāi)展油田原油集輸系統(tǒng)能耗分析與能量最優(yōu)利用研究，對(duì)于控制原油生產(chǎn)中能耗上升，降低原油生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)油田地面工程高效、低耗、有序調(diào)整和科學(xué)管理將起到重要作用［2-4］。經(jīng)報(bào)表統(tǒng)計(jì)，目前江蘇油田瓦6接轉(zhuǎn)站很多油井采出液含水率都高達(dá)80%，且集輸過(guò)程中江蘇油田生產(chǎn)過(guò)程采用的是粗放式生產(chǎn)方式，對(duì)用能的具體損失分布沒(méi)有定量的研究，同時(shí)，所消耗的能量都是常規(guī)的油和電，在生產(chǎn)、輸送石油的同時(shí)，消耗了大量的寶貴能源，因此急需對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行用能分析并進(jìn)一步為采用可再生替代能源的應(yīng)用提供定量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在提出有針對(duì)性的節(jié)能措施前，對(duì)江蘇油田瓦6接轉(zhuǎn)站集輸系統(tǒng)能量分布狀況進(jìn)行研究，優(yōu)化和利用現(xiàn)有集輸系統(tǒng)能量是必要的，將為油田節(jié)能降耗提供科學(xué)的依據(jù)。

1 江蘇油田瓦6接轉(zhuǎn)站集輸系統(tǒng)

本文針對(duì)江蘇油田某接轉(zhuǎn)站能耗進(jìn)行研究，該接轉(zhuǎn)站位于興化地區(qū)，該地區(qū)氣候溫和濕潤(rùn)，年平均溫度15℃，1月最冷平均溫度1.50℃，7月最熱平均溫度27.90℃；年平均降水量1 062.90 mm，多數(shù)年份從6月中旬到7月中旬，形成雨季（即“梅雨季節(jié)”）。年平均無(wú)霜期224天。本次研究對(duì)象為江蘇油田下屬瓦6接轉(zhuǎn)站，瓦6接轉(zhuǎn)站集輸系統(tǒng)主要包括2個(gè)區(qū)塊：瓦X6及瓦X7區(qū)塊，共有油井?dāng)?shù)量36個(gè)，其中瓦X6區(qū)塊16個(gè)，瓦X7區(qū)塊20個(gè)，每個(gè)區(qū)塊各有3個(gè)計(jì)量站。集輸過(guò)程中從計(jì)量站到接轉(zhuǎn)站都是采用三管流程，熱水伴熱的方式。瓦X6及瓦X7油井井口到計(jì)量站輸油的伴熱方式共有6種，分別是單管無(wú)伴熱流程、單管中頻電加熱流程、三管伴熱流程、四管伴熱流程、五管伴熱流程及六管伴熱流程。瓦6接轉(zhuǎn)站內(nèi)部的流程圖如圖1所示，主要工藝流程為分離器—加熱爐—油罐—外輸泵—流量計(jì)—加熱爐—外輸管線。

圖1 瓦6接轉(zhuǎn)站站內(nèi)流程圖

江蘇油田瓦6接轉(zhuǎn)站生產(chǎn)能耗主要包括熱能消耗和電能消耗2種類(lèi)型。熱能消耗主要用于提高產(chǎn)液的溫度，降低輸送黏度；電能消耗用于輸送液體增壓，為油氣集輸提供所需壓力。燃油主要集中在油氣技術(shù)系統(tǒng)的集油站中的加熱爐，燃燒提供熱量，耗電主要包括井口中頻電加熱和集油站中的燃料泵和水泵。關(guān)于瓦6接轉(zhuǎn)站站內(nèi)各設(shè)備型號(hào)說(shuō)明如下：

加熱爐1：800 kW真空加熱爐；

加熱爐2：2 500 kW真空加熱爐；

加熱爐3：1 250 kW真空加熱爐；

分離器：PN1.6，DN1200油氣分離器；

儲(chǔ)罐1、2：200 m3油罐；

外輸泵1、2：DYK12-50X6，Q＝12 m3／h，H＝300 m，N＝45 kW，有防爆電機(jī)；

水泵：Q＝46 m3／h，H＝300 m，N＝30 kW，無(wú)防爆電機(jī)；

燃油泵：Q＝2 m3／h。

2 能耗分析數(shù)學(xué)模型

2.1 物性參數(shù)模型

瓦6接轉(zhuǎn)站集輸系統(tǒng)中主要包括從井口到計(jì)量站、從計(jì)量站到接轉(zhuǎn)站的管道輸送，以及在接轉(zhuǎn)站內(nèi)部的處理。輸送的介質(zhì)是油井采出液，在站內(nèi)主要能耗在加熱爐，而加熱爐所用燃料油是從油田采出液中抽取部分進(jìn)入燃油箱，在燃油箱中經(jīng)過(guò)破乳實(shí)現(xiàn)油水分離后得到，含水率最高1%。根據(jù)可研性報(bào)告，江蘇油田發(fā)2接轉(zhuǎn)站油品動(dòng)力粘度為54.89 mPa·s，運(yùn)動(dòng)黏度為63.13 mm2／s，密度0.889 3 g／cm3，凝固點(diǎn)35℃。故研究能耗分析過(guò)程中油的物性參數(shù)極其重要。主要物性參數(shù)包括密度、比熱和低熱值。

原油的密度指在地面標(biāo)準(zhǔn)條件下，單位體積的脫氣原油的質(zhì)量，單位是kg／m3或g／cm3。在已知原油20℃的密度ρ20時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)公式（1）、（2）進(jìn)行其他溫度下的密度［5］計(jì)算：

式中：ρt、ρ20為溫度為t和20℃時(shí)的原油密度，kg／m3；ζ為溫度系數(shù)，kg／（m3·℃）。

燃料油的比熱容［6］c≈2.14 kJ／（kg·K），江蘇油田瓦6接轉(zhuǎn)站油井采出液含水率高達(dá)80%以上，采出液中幾乎不含氣體。對(duì)于比熱容這樣的物性參數(shù)，混合物之值是各個(gè)成分的加權(quán)平均值。故當(dāng)采出液的含水率為w時(shí)，比熱容計(jì)算如式（3）所示。

式中：Qnet，v，ar為燃料油的低位發(fā)熱量，kJ／kg；ρ20為20℃時(shí)燃料油的密度，kg／m3。

江蘇油田燃油密度為0.889 3 g／cm3，其含水率低于1%，故得其低熱值為42 225.25 kJ／kg。

2.2 加熱爐能耗模型

瓦6接轉(zhuǎn)站中的加熱爐是重要的耗能設(shè)備，占據(jù)了系統(tǒng)總耗能量中很大的比例，屬于集油站主要的節(jié)能對(duì)象。加熱爐通過(guò)燃料燃燒和對(duì)流換熱2部分完成化學(xué)能向被加熱介質(zhì)熱能的轉(zhuǎn)換，這個(gè)過(guò)程伴有排煙損失、化學(xué)不完全燃燒損失、散熱損失、機(jī)械不完全燃燒損失等能量損失過(guò)程，基于此分析建立了如下加熱爐能量模型，如圖2所示。

式中：cp，mix為混合液比熱；ω為含水率；

cp，oil為原油比熱；cp，water為純水比熱；燃料油的發(fā)熱量很高，通常使用的燃料油［7-8］，低位發(fā)熱量Qnet，v，ar＝37 000～42 000 kJ／kg。本文中由20℃時(shí)的燃料油密度ρ20計(jì)算燃油的低熱值，熱值計(jì)算如式（4）所示：

圖2 接轉(zhuǎn)站加熱爐能耗模型

表1 相關(guān)物流的流量與溫度

加熱爐熱負(fù)荷計(jì)算如式（5）所示：

式中：G為被加熱物流質(zhì)量流量，kg／s；c為被加熱物流平均定壓比熱容，J／（kg.℃）；Iin、Iout為進(jìn)、出口物流單位熱焓，kJ／kg；tin、tout為進(jìn)、出口物流溫度，℃。針對(duì)瓦6接轉(zhuǎn)站，相關(guān)物流的表示方法如表1所示，加熱爐熱負(fù)荷如式（6）、（7）所示：

加熱爐熱效率計(jì)算：

2.3 管線能耗分析模型

輸油管道是按照工藝流程的要求設(shè)計(jì)安裝而成的一個(gè)完整的管線系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)油品的輸送，以黑箱模型來(lái)對(duì)某段管路能耗進(jìn)行建模時(shí)，其輸入能量是物流帶入該段管線的能量，輸出能量是物流帶出該段管線的能量以及該段管線的散熱損失量［9］，因此，某段管路能耗模型為

式中：Qin、Qout為物流進(jìn)出該段管路的能流量，kW；Ql為該段管路散熱量，kW。

瓦X6區(qū)塊管線從井口到集油站基本都埋地，瓦X7區(qū)塊管線從井口到集油站基本都在空中，主干路線都是有伴熱回水的，因此能損計(jì)算采用正平衡方法。

熱水從集油站加熱爐由泵加壓后輸送到計(jì)量站再至井口為油田采出液伴熱至計(jì)量站及接轉(zhuǎn)站，形成回水系統(tǒng)。圖3給出了瓦6集油站集輸管線能損模型。

圖3 瓦6接轉(zhuǎn)站管線能損模型

油田采出液由井口到集油站吸熱量為

式中：qmi為每一口井的油田采出液流量；ci為各油田采出液的定壓比熱；t2i為各油田采出液集油站溫度；t1i為各油田采出液井口溫度。

伴熱熱水出加熱爐后分為三股，在瓦6集油站有3個(gè)總的水流量計(jì)，其中到油井供水分為2條總管線出站，分別為瓦X6區(qū)塊配水平均11.2 m3／h和瓦X7區(qū)塊配水平均13 m3／h。還有一部分水供站內(nèi)采暖用，如圖4所示。

圖4 瓦6接轉(zhuǎn)站配水情況

油田伴熱熱水放熱量為

式中：qwi為各股供熱熱水流量，單位kg／s；ci為水的定壓比熱容，一般為定值，ci＝4.18 kJ／kg·K；tw1為伴熱熱水出加熱爐溫度，℃；tw2為伴熱熱水混合點(diǎn)溫度，℃。

由于部分油田井口有電加熱設(shè)施，耗功為W，則換熱過(guò)程熱損失為

2.4 集輸系統(tǒng)能耗評(píng)價(jià)模型

從熱力學(xué)第一定律的角度直觀的評(píng)價(jià)瓦6接轉(zhuǎn)站能耗，可以由以下評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要包括加熱爐效率、采出液熱負(fù)荷、伴熱熱水熱負(fù)荷［10］等。

加熱爐效率的計(jì)算公式如式（8）所示。噸采出液液、噸伴熱熱水熱負(fù)荷計(jì)算表達(dá)式為

式中：Qmix、Qw為噸采出液、噸伴熱熱水熱負(fù)荷，MJ／t；QE，mix、QE，w為采出液、伴熱熱水總熱負(fù)荷，kW；qmix、qw為采出液量、伴熱熱水量，t／s。

由熱力學(xué)第二定律分析得到火用效率：

3 能耗分析結(jié)果與影響因素分析

依照江蘇油田瓦6接轉(zhuǎn)站2013年全年現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，包括采出液及伴熱熱水等參數(shù)，根據(jù)集輸系統(tǒng)效率及能耗計(jì)算數(shù)學(xué)模型，來(lái)對(duì)該接轉(zhuǎn)站能耗進(jìn)行分析。

3.1 加熱爐總熱負(fù)荷變化規(guī)律

加熱爐是實(shí)現(xiàn)油井采出液伴熱、站內(nèi)儲(chǔ)油罐保溫的最主要設(shè)備，影響加熱爐效率的因素主要有加熱爐類(lèi)型、燃燒器、空氣系數(shù)、排煙溫度和爐體散熱等。影響加熱爐總熱負(fù)荷的因素有采出液量、伴熱熱水量、采出液溫升和伴熱熱水溫升等。

圖5為2013年全年加熱爐月日平均總熱負(fù)荷分布圖。從圖中可以看出，加熱爐總熱負(fù)荷大部分分布在650～900 kW之間，且隨著季節(jié)有一定的變化規(guī)律，夏季相對(duì)較低，冬季相對(duì)較高。在8月份平均熱負(fù)荷達(dá)到最低值，為692.74 kW，在12月份達(dá)到最高值，為893.79 kW。加熱爐月日平均熱負(fù)荷在全年內(nèi)有波動(dòng)，這是由于影響加熱爐熱負(fù)荷的因素較多，如產(chǎn)油量、伴熱熱水量、加熱爐油水溫升等冬夏季差別較大造成的。

圖5 2013年全年加熱爐月日平均總熱負(fù)荷

圖6為2013年加熱爐中采出液和伴熱熱水月日平均熱負(fù)荷分布圖。從圖中可以看出，采出液月日平均熱負(fù)荷分布在200～300 kW之間，在1月份時(shí)達(dá)到最高值，為297.597 kW，在10月份時(shí)達(dá)到最低值，為223.596 kW。

圖6 采出液和伴熱熱水月日平均熱負(fù)荷

伴熱熱水月日平均熱負(fù)荷分布在400～600 kW，在5月份時(shí)達(dá)到最高值，為597.41 kW，在8月份時(shí)達(dá)到最低值，為429.432 kW，在冬季如10月11月份均較高。伴熱熱水在加熱爐中熱負(fù)荷受到循環(huán)水總量、加熱爐中水溫升等因素的共同影響。在5月份時(shí)較大的原因是該月加熱爐中出水溫度較高，水溫升較大。

3.2 加熱爐效率

加熱爐是接轉(zhuǎn)站內(nèi)最主要的耗能設(shè)備，伴熱熱水在加熱爐中吸熱后再分別進(jìn)入站內(nèi)、瓦X6、瓦X7區(qū)塊供熱，故加熱爐效率的高低可以直接反映接轉(zhuǎn)站內(nèi)熱能的利用情況。圖7為瓦6接轉(zhuǎn)站內(nèi)2013年加熱爐月日平均效率分布圖。

圖7 2013年全年加熱爐月日平均效率

從圖7中可以看出，加熱爐月日平均效率夏季一般較高，為75%～78%，冬季較低些，為55%～60%。加熱爐月日平均效率在8月份達(dá)到最高值，為77.08%，3月份達(dá)到最低值，為57.66%。

選擇高效的加熱爐可以減少燃油消耗量，節(jié)約成本。優(yōu)質(zhì)的燃燒器可以使燃料充分燃燒，這是提高加熱爐效率的先決條件，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)高效燃燒器；過(guò)量空氣系數(shù)大，會(huì)帶走較多的熱量，加熱爐效率低，空氣量不足，燃料不能充分燃燒，加熱爐效率低；故要加強(qiáng)管理，合理調(diào)整空氣系數(shù)，保證燃燒充分，確保較高的燃燒效率，達(dá)到降低燃油消耗的目的。而且還要加強(qiáng)生產(chǎn)維護(hù)，定期清垢，及時(shí)清理附著于火管、盤(pán)管表面的垢，防止換熱能力降低；加強(qiáng)對(duì)加熱爐防腐保溫層的維護(hù)，減小爐體散熱損失。

3.3 管線能耗及效率

圖8所示為全年瓦X6、X7區(qū)塊月平均管線吸熱量。

圖8 2013年瓦X6、X7區(qū)塊月日平均管線吸熱量

從圖8中可以看出瓦X6管線采出液吸熱量與季節(jié)變化有一定的關(guān)系，在8、9月份較低，冬季較高。瓦X6管線吸熱在11月均值達(dá)到最高，為184.96 kW，主要原因是，所需熱量較高的原因是，11月份瓦7～21和瓦7～8兩口井的出液量比前幾個(gè)月大很多，而且采出液含水率極高，含油率極低，給其升溫所需熱量較大。在9月份達(dá)最低值，為119.92 kW。瓦X7區(qū)塊管線月平均吸熱量在8、9月份較低，在4月份最高。原因是4月份一次進(jìn)油溫度為50℃，而其他各月均為45、46℃，采出液井口溫度相差不大，故4月份管線油溫升較大，故在4月份出現(xiàn)最高值。在9月份達(dá)到最低值，為74.09 kW，4月份達(dá)到最高值，為160.06 kW。

圖9 2013年瓦X6、X7區(qū)塊月日平均管效

圖9所示為2013年瓦X6、X7區(qū)塊管線月日平均管效。從圖9可以看出瓦X7管道管效大部分高于瓦X6管道管效，這是由于瓦X6管線回水溫度低，溫差大的原因。瓦X6區(qū)塊管效在11月份達(dá)到最高值，為64.82%，5月份最低為42.14%；瓦X7區(qū)塊管效在4月份達(dá)到最高值，為74.91%，9月份最低為37.83%。

3.4 集輸系統(tǒng)能耗影響因素

3.4.1 地溫對(duì)噸采出液熱負(fù)荷的影響規(guī)律

由于瓦6接轉(zhuǎn)站瓦X6區(qū)塊的管線全長(zhǎng)1.7 km，而且基本都埋地，且埋深為1 m左右，所以在輸送管線中噸采出液熱負(fù)荷受地溫影響影響很大。圖10為江蘇高郵地區(qū)地下1.0 m處月平均地溫變化曲線，從曲線可以看出，2013年月平均地溫在2月份達(dá)到最低值，為8.73℃，在8月份達(dá)到最高值，為24.85℃。

圖10 2013年地下1 m處地溫變化曲線

圖11為地溫對(duì)噸采出液熱負(fù)荷的影響規(guī)律?？梢钥闯觯販卦黾?，噸采出液管線中的熱負(fù)荷會(huì)減小。地溫在夏季較高，冬季較低，故采出液在管線中噸熱負(fù)荷也會(huì)隨季節(jié)有明顯變化，即夏季較低，冬季相對(duì)較高。從圖中可以看出，當(dāng)?shù)販貫?.73℃時(shí)，噸采出液熱負(fù)荷為83.7 MJ／t，而地溫升高至17.58℃時(shí)，噸采出液熱負(fù)荷為68.1 MJ／t。地溫每升高1℃，噸采出液熱負(fù)荷可降低約1.76 MJ／t。

圖11 地溫對(duì)噸采出液熱負(fù)荷的影響規(guī)律

3.4.2 燃油量對(duì)加熱爐效率的影響規(guī)律

通過(guò)對(duì)瓦6接轉(zhuǎn)站進(jìn)行能耗分析，發(fā)現(xiàn)目前瓦6接轉(zhuǎn)站的加熱爐效率在春秋冬季普遍分布在50%～65%之間，而國(guó)家規(guī)定的0.5～3.6 MW的加熱爐效率應(yīng)為82%～85%。因此采用節(jié)能措施，提高加熱爐效率，減小加熱爐耗燃油量，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗至關(guān)重要。圖12為不同負(fù)荷下改變?nèi)加土繉?duì)加熱爐效率的影響規(guī)律。

圖12 不同負(fù)荷下燃油量對(duì)加熱爐效率的影響規(guī)律

從圖中可以看出，在負(fù)荷一定時(shí)，隨著燃油量的增加，加熱爐效率緩慢降低。瓦6接轉(zhuǎn)站集輸系統(tǒng)的月日平均熱負(fù)荷基本都分布在700～850 kW之間，故圖中選取不同等級(jí)的負(fù)荷做曲線。可以看出，在熱負(fù)荷為760 kW時(shí)，當(dāng)燃料量從2.82 t／d降低至2.22 t／d時(shí)，加熱爐熱效率將從55.28%增加至70.22%。燃油量每減小0.1 t／d，加熱爐效率可提高大約2.49%。

對(duì)于瓦6接轉(zhuǎn)站集輸系統(tǒng)，年均熱負(fù)荷為784.81 kW，熱效率為66.52%，消耗燃料量為2.42 t／d，若將年均燃料量控制在2.22 t／d，平均熱效率可達(dá)到72.51%，年節(jié)約燃油量可達(dá)到73 t／d。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)加熱爐的控制設(shè)備簡(jiǎn)陋，燃油加入量也沒(méi)有得到實(shí)時(shí)控制，故很多狀況下燃油供給偏多，造成不必要的熱能損耗。且對(duì)于加熱爐的過(guò)量空氣系數(shù)和排煙溫度都沒(méi)有監(jiān)控，這些都是影響加熱爐效率的重要因素，故增加對(duì)加熱爐的監(jiān)控措施很重要。

由于熱力學(xué)第一定律只從量的角度來(lái)考慮能量的平衡、傳遞、損失情況，而沒(méi)有考慮到不同種能量品質(zhì)的不同，熱力學(xué)第二定律從火用的角度出發(fā)，考慮了能量品質(zhì)的差異，因此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行火用分析可以更全面的看出系統(tǒng)能量利用的薄弱環(huán)節(jié)，可以以此為依據(jù)更合理的改善系統(tǒng)。選取冬季某典型日（1月21日）進(jìn)行火用分析，該工況下的主要運(yùn)行參數(shù)如表2所示。加熱爐進(jìn)水溫度／℃60加熱爐出水溫度／℃75加熱爐一次進(jìn)油溫度／℃46加熱爐一次出油溫度／℃50加熱爐二次進(jìn)油溫度／℃50加熱爐二次出油溫度／℃70

表2 典型工況主要運(yùn)行參數(shù)

產(chǎn)液量／（t·d－1）338

采出液含水率／%72.93采出液比熱容／（kJ·kg－1·K－1）3.627 8

伴熱熱水量／（t·d－1）794.4消耗燃油量／（t·d－12.5

表3給出了2013年1月23日加熱爐的火用效率，圖12為典型日加熱爐火用損分布圖。由表2中可得，加熱爐的火用損失為1116.09 kW，火用效率為12.73%，而一次能源效率為72.09%；從一次能源效率來(lái)說(shuō)效率已經(jīng)相對(duì)較高了，但是火用效率卻很低。這是由于能量不僅有量的多少，還有質(zhì)的高低，化學(xué)火用的品質(zhì)高于內(nèi)能火用，因此傳統(tǒng)加熱爐設(shè)備是對(duì)能量品質(zhì)的一種浪費(fèi)。

表3 典型工況系統(tǒng)火用效率

圖13為該典型工況日下加熱爐火用損失分布。從圖中可以看出，87.27%的火用損失掉，其他12.73% 有8.4%被伴熱熱水所得，4.33%為采出液所得。伴熱熱水所得火用又進(jìn)入管線中伴熱。故整個(gè)集輸系統(tǒng)的火用效率低于12.73%。

圖13 典型日加熱爐火用損失分布

表4給出了各區(qū)塊伴熱熱水火用分布，從表中可以看出，瓦X6和瓦X7區(qū)塊一次能源效率分別為52.54%和52.68%，火用效率分別為16.95%和22.14%，跟加熱爐有相似的規(guī)律，因此火用分析在一定程度上更好地闡述了能量去向何方，又損失在了哪里，跟一次能源分析相結(jié)合可以更好地展示能耗分布。

表4 各區(qū)塊管道火用分析

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)江蘇油田瓦6接轉(zhuǎn)站，根據(jù)其集輸工藝流程、相關(guān)設(shè)備及相關(guān)參數(shù)，通過(guò)建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，在采集運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度、地表溫度，對(duì)瓦6接轉(zhuǎn)站2013年全年的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行了用能及能損分析，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)。

從第一定律的角度對(duì)集輸系統(tǒng)進(jìn)行能耗分析可以得到瓦6接轉(zhuǎn)站的能耗分布規(guī)律：加熱爐總熱負(fù)荷大部分分布在650～900 kW之間，且隨著季節(jié)有一定的變化規(guī)律，夏季相對(duì)較低，冬季相對(duì)較高；采出液月日平均熱負(fù)荷分布在200～300 kW間，伴熱熱水月日平均熱負(fù)荷分布在400～600 kW間；加熱爐月日平均效率夏季一般較高，為75%～78%，冬季較低些，為55%～60%；地溫增加，噸采出液管線中的熱負(fù)荷會(huì)減小；在負(fù)荷一定時(shí)，增加燃油量會(huì)降低加熱爐效率；可以看出瓦6接轉(zhuǎn)站的熱能利用率不高，應(yīng)通過(guò)改善管道保溫及提高加熱爐熱效率等措施來(lái)提高熱能利用率；另外在電能利用方面，目前瓦6區(qū)塊進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，集輸設(shè)備均存在現(xiàn)有系統(tǒng)能力不匹配的情況，油田集輸系統(tǒng)與集輸動(dòng)力設(shè)備等方面有較大的節(jié)能和挖掘空間；可以看出管效較低，分析現(xiàn)場(chǎng)取到的加熱爐數(shù)據(jù)，加熱爐出水溫度一般都會(huì)燒至比要求值高，因此在伴熱過(guò)程中出現(xiàn)較大的能量損失；許多井含水率較高，產(chǎn)液量極大，對(duì)于這些井可以取消管道熱水伴熱，依靠油井生產(chǎn)時(shí)的自身壓力和溫度將采出液通過(guò)管線輸送；在主管線分叉處安裝伴熱熱水流量計(jì)和流量控制閥，這樣便于分配伴熱熱水量，避免流量過(guò)大引起的耗散。從第二定律的角度進(jìn)行火用分析，對(duì)加熱爐進(jìn)行火用分析可以看出，在一次能源效率可以達(dá)到65.57%時(shí)，加熱爐火用效率僅能達(dá)到11.31%。通過(guò)火用分析可以找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，有了更合理的指導(dǎo)。

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Research on energy consum ption analysis and saving of crude oil gathering and transportation system in Jiangsu oilfield

ZHAO Hongbin1，YANG Qian1，JIANG Ting1，YANGWei1，HUANG Hui2，LIQi2
1.China University of Petroleum，Beijing 102249，China 2.Research Institute of Petroleum Exploration Development，Sinopec，Beijing 100083，China

After entering the high-water-cut exploitation stage，the operating efficiency of oil＆gas gathering and transportation system on the Jiangsu oilfield surface generally decreases and the energy consumption increases.Therefore it is necessary to establish an energy analysismodel on the gathering system and study the energy distribu-tion and distribution of energy loss of the system.In this paper，the gathering system ofWa 6 Block Station in Jiang-su oilfield is chosen as research subject，the first and second law of thermodynamics are used for energy analysis.It is found that the total heat load of the heating furnace ismainly distributed within 650～900 kW，following a cer-tain degree of variation of the season：the heat load is relatively low in summer and relatively high in winter；the av-erage efficiency of the furnace is generally higher in summer，75%～78%，and somewhat lower in winter，55%～60%；the exergy efficiency of the heating furnace is low，and themain reasons are found to be excessive amount of supplied fuel and too high water temperature at furnace outlet.The factors affecting energy consumption are also an-alyzed and it is found that reducing fuel flow or operating under high load can improve the efficiency of furnace.

gathering and transportation system；energy consumption analysis；heat efficiency；exergy efficiency；energy savingmeasures

TE8

A

1009-671X（2015）02-061-07

10.3969／j.issn.1009-671X.201408007

2014-08-26.

日期：2015-03-25.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51274224）.

趙洪濱（1964-），男，副教授，博士.

趙洪濱，E-mail：hbzhao＠cup.edu.cn.

http：／／www.cnki.net／kcms／detail／23.1191.u.20150325.1315.018.html