集油系統(tǒng)耗氣分析及治理

馬海濤 仇立錦（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

油氣集輸環(huán)節(jié)中，集油部分能耗約占集輸系統(tǒng)總能耗的60%～80%，所以設(shè)法降低集油能耗是集輸流程節(jié)能的關(guān)鍵。而在集油流程能耗中，主要是熱能消耗，約占90%～97%。集油系統(tǒng)既是油田生產(chǎn)用能的重點(diǎn)，也是油田節(jié)能的主要對(duì)象。有必要對(duì)轉(zhuǎn)油站所轄集油系統(tǒng)進(jìn)行能耗測(cè)試，評(píng)價(jià)其用能狀況，找出造成系統(tǒng)效率低、能耗高的主要因素，進(jìn)而提出合理的節(jié)能改造措施，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。主要從站內(nèi)和站外系統(tǒng)兩大節(jié)點(diǎn)分析[1-3]。

1 集油系統(tǒng)能耗分析

1.1 站內(nèi)加熱爐

某采油廠隨著開(kāi)發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，地面系統(tǒng)運(yùn)行15年以上的加熱爐44臺(tái)，運(yùn)行10年以上的79臺(tái)，占34.2%。根據(jù)對(duì)加熱爐現(xiàn)狀的調(diào)查，主要存在以下問(wèn)題：加熱爐煙火管腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致燒損現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，存在安全隱患；空氣系數(shù)不合理，排煙溫度高，熱效率低。

監(jiān)測(cè)加熱爐41臺(tái)，平均運(yùn)行負(fù)荷率62.37%，平均運(yùn)行效率80.79%，平均空氣系數(shù)1.62，平均排煙溫度178℃。熱效率合格率75.61%，排煙溫度合格率73.17%，空氣系數(shù)合格率88.49%，爐體外表溫度合格率100%，綜合合格率僅58.54%。加熱爐熱負(fù)荷率是加熱爐運(yùn)行效果的重要因素之一，通過(guò)對(duì)不同負(fù)荷下熱效率情況的分析得出：熱效率隨著負(fù)荷率的增加而逐步提高。當(dāng)負(fù)荷率大于30%時(shí)，熱效率提高明顯，繼續(xù)增大時(shí)，提高幅度增加平緩（圖1）。

圖1 加熱爐不同負(fù)荷率下熱效率

1.2 站外管網(wǎng)

站外系統(tǒng)低效運(yùn)行。隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，關(guān)井多，集油環(huán)管徑大，熱力條件差，摻水量偏大，2口井以下集油環(huán)223個(gè)，占在用環(huán)20.8%，每年多耗氣 480×104m3。

管道腐蝕穿孔嚴(yán)重。統(tǒng)計(jì)近2年管道穿孔情況，2015年1494次，2016年1733次，管道穿孔數(shù)呈逐年上升趨勢(shì)。由于防腐保溫層破損問(wèn)題日益突出，熱力損失增加，每年多耗氣120×104m3。

2 治理對(duì)策及效果預(yù)測(cè)

2.1 站內(nèi)部分

2.1.1 應(yīng)用加熱爐涂膜技術(shù)

圖2 現(xiàn)場(chǎng)涂敷

加熱爐主要存在以下問(wèn)題：使用時(shí)間較長(zhǎng)，熱效率低；煙火管腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致燒損現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，存在安全隱患[4]。為了提高加熱爐效率，減緩火管腐蝕、煙垢水垢生成速度，延長(zhǎng)火管使用壽命，在火管內(nèi)壁采取紅外線涂膜技術(shù)。選用黑度較高和具有高輻射系數(shù)的紅外發(fā)射材料組分，大大提高了復(fù)合材料在高溫下發(fā)射率的穩(wěn)定性和可靠性，增強(qiáng)受熱體的吸收率和發(fā)射率。并且紅外波被涂層反復(fù)多次吸收并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能傳遞，自身成為紅外輻射內(nèi)源，增強(qiáng)了受熱面吸收熱量能力[4-7]。

主要特點(diǎn)：耐高溫，用于金屬表面，可耐700～800℃高溫，涂層穩(wěn)定不脫落；耐腐蝕，涂料本身為堿性，燃燒時(shí)產(chǎn)生的硫化物無(wú)法直接依附在火管表面，延長(zhǎng)使用壽命；熱輻射率高，采用固體增黑劑，增加吸收熱效率；黏結(jié)牢固，采用無(wú)機(jī)高分子材料為網(wǎng)格主體，復(fù)配部分有機(jī)高分子材料，形成滲透錨固結(jié)構(gòu)[5]。

使用方法：涂料由甲料和乙料按1∶1現(xiàn)場(chǎng)配比，采取機(jī)械除垢將火管內(nèi)部灰垢除凈，把配比好的涂料均勻涂刷到火管內(nèi)壁，待自然干燥24h后正常點(diǎn)爐（圖2）。

在62臺(tái)額定功率為1.5MW的火筒爐和15臺(tái)1.0MW水套爐上應(yīng)用了涂膜技術(shù)。對(duì)比測(cè)試，應(yīng)用前：平均排煙溫度為237.7℃，平均熱效率為77.56%；應(yīng)用后：平均排煙溫度為207.5℃，平均熱效率為82.3%，平均節(jié)氣率為7.31%，年節(jié)氣204.7×104m3。

2.1.2 應(yīng)用加熱爐煙氣余熱回收技術(shù)

針對(duì)加熱爐排出的高溫?zé)煔?，在火管尾端安置煙氣余熱回收?jié)能裝置，將熱能截留并傳遞給管壁，強(qiáng)化熱傳導(dǎo)，提高熱效率。

技術(shù)原理：由耐熱金屬絲編織而成的彈性多孔體，將常用的彈性金屬絲螺旋立體疊加起來(lái)，形成聚能換熱巢，用于強(qiáng)化火管中氣流的傳熱性能[4]。

主要特點(diǎn)：換熱巢表面積大，能有效增大火管中氣體的傳熱面積，同時(shí)空隙率較高，對(duì)煙氣阻力不大，能強(qiáng)化煙氣的換熱性能；由于換熱巢對(duì)氣流的擾動(dòng)作用，氣體對(duì)流換熱效果有一定程度的提高；具有很高的導(dǎo)熱性能，在吸收煙氣熱量后能迅速將熱量傳遞給管壁[6]。

在5臺(tái)額定功率為2.5MW的火筒爐上應(yīng)用了此技術(shù)。對(duì)比測(cè)試，應(yīng)用前：平均過(guò)剩空氣系數(shù)為1.93，平均排煙溫度為198.5℃，平均熱效率為78.15%；應(yīng)用后：平均過(guò)剩空氣系數(shù)為1.74，平均排煙溫度為180.5℃，平均熱效率為82.16%，平均節(jié)氣率為5.60%，年節(jié)氣13.7×104m3。

2.1.3 加熱爐更新改造

針對(duì)加熱爐盤管、煙火管損壞等問(wèn)題，近2年利用資金專項(xiàng)治理。共更換煙火管11套、盤管12套、燃燒器5套，重做爐體保溫3臺(tái)，提高了加熱爐燃燒效率，年可節(jié)氣79.2×104m3。

2.2 站外部分

2.2.1 長(zhǎng)期關(guān)井治理

2016年長(zhǎng)期關(guān)井治理56口，油井就近掛接進(jìn)已建集油閥組間，在開(kāi)發(fā)方案明確情況下，整合低效集油環(huán)9個(gè)?；謴?fù)開(kāi)井進(jìn)入后，集油環(huán)轄井?dāng)?shù)由原來(lái)低于2口增加到3口以上，優(yōu)化集油環(huán)走向，縮短集油半徑，提高了集油效率，年可節(jié)氣19.5×104m3。

2.2.2 管網(wǎng)改造

隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，管道腐蝕老化嚴(yán)重，防腐層破損問(wèn)題日益突出，影響地面系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。根據(jù)區(qū)塊油藏特點(diǎn)，對(duì)集油系統(tǒng)流程、參數(shù)、管網(wǎng)實(shí)施優(yōu)化簡(jiǎn)化，從而達(dá)到降低摻水溫度及摻水量。2015—2016年共更新集油管道50.65km，通過(guò)對(duì)管道采用絕熱性能好的材料進(jìn)行保溫，并做好防水，減少了集輸系統(tǒng)熱能損耗，年可節(jié)氣58.4×104m3。

2.3 優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行管理

加強(qiáng)降溫集輸管理，編制了集輸系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方案，根據(jù)各區(qū)塊原油凝固點(diǎn)及集油環(huán)的特點(diǎn)，本著“一站一策”的原則，制定以轉(zhuǎn)油站為單元的個(gè)性化控制標(biāo)準(zhǔn)。集油環(huán)進(jìn)站溫度控制不超過(guò)原油凝固點(diǎn)，季節(jié)性停運(yùn)加熱爐、摻水泵、電加熱器等用能設(shè)備。做到指標(biāo)細(xì)化、量化分解到基層單位和班組，明確責(zé)任，完善考核體系[8]。通過(guò)小隊(duì)日常巡查、礦夜班抽查和廠月度集中檢查三結(jié)合，獎(jiǎng)優(yōu)罰劣，嚴(yán)格控制高溫環(huán)。降溫集輸35座站，季節(jié)停運(yùn)加熱爐104臺(tái)，降溫集輸方案符合率超過(guò)90%，實(shí)施措施后年節(jié)氣95.2×104m3。

通過(guò)對(duì)站外集油系統(tǒng)及站內(nèi)加熱爐進(jìn)行能量平衡測(cè)試和高耗點(diǎn)的分析，確定造成系統(tǒng)效率低、能耗高的主要影響因素，提出并實(shí)施了合理的節(jié)能技術(shù)改造與管理措施。同期對(duì)比，噸液耗氣下降了0.98m3，節(jié)氣470.7×104m3，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用546萬(wàn)元（表1）。

表1 能耗治理措施及效果

3 結(jié)論

對(duì)于低效運(yùn)行的站外系統(tǒng)，在開(kāi)發(fā)方案明確情況下，可通過(guò)長(zhǎng)期關(guān)井治理、管網(wǎng)改造等措施，優(yōu)化集油環(huán)走向，縮短集油半徑，減少系統(tǒng)熱能損耗，提高集油效率。對(duì)于低效運(yùn)行的站內(nèi)加熱爐，可應(yīng)用涂膜、煙氣余熱回收等節(jié)能技術(shù)及更新改造等措施，提高了燃燒效率。加強(qiáng)優(yōu)化運(yùn)行管理，做好站內(nèi)外系統(tǒng)溫度調(diào)控，合理運(yùn)行耗能設(shè)備是控制能耗的有效措施。

[1]何毅，王春輝，郭剛，等.長(zhǎng)慶油田油氣集輸與處理系統(tǒng)節(jié)能降耗研究[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2012，23（1）：48-50．

[2]劉杰.集油站能耗分析與應(yīng)用研究[D].北京：中國(guó)石油大學(xué)，2010．

[3]張意.油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中加熱爐的節(jié)能技術(shù)及進(jìn)展[J].石油石化節(jié)能，2017，7（1）：14-17．

[4]艾國(guó).煉油廠加熱爐煙氣余熱的深度回收[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2017，38（1）：38-42．

[5]王東，張洪江，白曉彤，等.油田用加熱爐節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)限值研究[J].石油石化節(jié)能，2015，5（12）：1-4．

[6]陳宣才，劉立林，米治宇，等.回收柴油和煙氣余熱降低加熱爐燃料消耗[J].化工進(jìn)展，2009，28（增刊 1）：349-352．

[7]聶懷勇.加熱爐節(jié)能潛力分析[J].石油石化節(jié)能，2012，2（6）：23-24．

[8]劉萬(wàn)豐.油氣集輸系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行方案優(yōu)化方法[J].油氣田地面工程，2010，29（2）：32-33．