稀油集輸系統(tǒng)能耗分析與節(jié)能改造

魏立新 姚春雪 馬汝彥 楊立龍

摘 ?????要： 隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，油井產(chǎn)量下降、含水率升高，集輸系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)荷率低、能耗高等一系列問題。以節(jié)能降耗為目標(biāo)，針對(duì)遼河油田XLT集輸系統(tǒng)，基于能量守恒原理建立了能量平衡“黑箱”分析模型，結(jié)合計(jì)量站、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站的各項(xiàng)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過對(duì)站場(chǎng)能耗分布情況的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，確定了能耗分布特點(diǎn)和用能薄弱環(huán)節(jié)，提出了各類站場(chǎng)主要用能設(shè)備的節(jié)能改造方案。結(jié)果表明，改造實(shí)施后，計(jì)量站年節(jié)氣共2.16105 m3;轉(zhuǎn)油站年節(jié)氣共3.39105 m3，年節(jié)電共2.87105 ?kW·h;聯(lián)合站年節(jié)氣共2.34105 m3，年節(jié)電共3.04105 kW·h。

關(guān) ?鍵 ?詞：稀油集輸;能耗分析;節(jié)能;改造

中圖分類號(hào)：TE863，TE08 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）06-1305-06

Abstract： In the middle and late stages of oilfield development， the production of wells declines and the water content rises. So a series of problems appear in the gathering system， such as low load rate and high energy consumption. Focusing on energy saving and consumption reduction， an energy equilibrium "black box" analysis model based on the principle of energy conservation was established for the XLT gathering system of Liaohe Oilfield. Combined with the energy consumption evaluation indicators of the metering station， the transfer station and the united station， through the on-site test of the distribution of the energy consumption of the station， the characteristics of energy consumption distribution and the weak links of energy consumption were determined， and the energy-saving retrofit schemes for the main energy-using facilities in various stations were proposed. The transformation results showed that the annual fuel saving of the metering station was 2.16105 m3; the annual fuel saving of the transfer station was 3.39105 m3， and the annual power saving was 2.87105 kW·h; the annual fuel saving of the united station was 2.34105 m3， and the annual power saving was 3.04105 kW·h.

Key words： Thin oil gathering; Energy consumption analysis; Energy saving; Technical improvement

遼河油田XLT集輸系統(tǒng)建設(shè)投產(chǎn)至今已有40余年，目前已經(jīng)進(jìn)入了開發(fā)后期，油井產(chǎn)液量逐年遞減、含水率不斷升高、油氣處理能力過剩、生產(chǎn)能耗高、系統(tǒng)運(yùn)行效率低，使得油氣集輸過程的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本增加[1-4]?！敖档湍芰繐p耗，提高設(shè)備運(yùn)行效率，減少成本投入”是提高石油生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑[5-8]。針對(duì)油田生產(chǎn)面臨的上述問題，研究了集輸系統(tǒng)能量消耗現(xiàn)狀、找出工藝設(shè)備存在的問題和薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而提出有針對(duì)性的調(diào)整改造措施，為節(jié)能降耗改造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 ?集輸系統(tǒng)工藝流程

遼河油田XLT集輸系統(tǒng)集輸工藝采用單管井場(chǎng)加熱集油流程，采用二級(jí)布站、三級(jí)布站相結(jié)合的布站方式。遼河油田XLT集輸系統(tǒng)集油工藝流程見圖1。

油井采出液經(jīng)井口加熱爐加熱后，輸送至計(jì)量站，經(jīng)計(jì)量、加熱后送往下游轉(zhuǎn)油站。上游計(jì)量站來液和轉(zhuǎn)油站所轄油井采出液分別進(jìn)入轉(zhuǎn)油站，經(jīng)計(jì)量、氣液分離后，分離出的液體加熱加壓，送往下游轉(zhuǎn)油站或聯(lián)合站。聯(lián)合站接收上游轉(zhuǎn)油站和計(jì)量站來液，其中計(jì)量站來液需先氣液分離后，液體與其他轉(zhuǎn)油站來液匯合，在沉降罐進(jìn)行初步的油水分離，分離出的含水油經(jīng)脫水器脫水，合格原油加熱加壓后外輸。

2能量平衡模型及能量利用率計(jì)算方法

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，原油集輸系統(tǒng)的能量平衡“黑箱”分析模型為：帶入系統(tǒng)能量+系統(tǒng)提供能量=帶出系統(tǒng)能量+系統(tǒng)能量損失[9-11]。其中，以站場(chǎng)為例，能量平衡分析模型見圖2。

3 ?能耗測(cè)算及節(jié)能改造

3.1 ?計(jì)量站能耗測(cè)算及節(jié)能改造

通過測(cè)試遼河油田XLT集輸系統(tǒng)19座計(jì)量站的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（基礎(chǔ)測(cè)算數(shù)據(jù)見表2），對(duì)各計(jì)量站的能量利用率和能耗情況[12，13]進(jìn)行計(jì)算（計(jì)算結(jié)果見表3）。

由表3可知，這19座計(jì)量站的能量利用率的平均值為65.72%，熱能利用率的平均值為64.73%，其中S11站、T1站、X23站、X50站、X55站和X56站明顯低于平均值。計(jì)量站能耗設(shè)備主要為加熱爐，為提高計(jì)量站的能量利用率，對(duì)其加熱爐進(jìn)行如下改造：S11站外輸爐、T1站外輸爐和X55站采暖爐實(shí)際運(yùn)行效率均沒有達(dá)到85%，通過加強(qiáng)加熱爐的運(yùn)行管理工作，安裝氧量自動(dòng)控制配風(fēng)裝置，定期清理加熱爐火筒內(nèi)的積碳，提高了加熱爐的熱量吸收效率，共可節(jié)約氣量約4.11 m3/h;X23站外輸爐運(yùn)行時(shí)燃燒不完全、冒黑煙，X50站外輸爐運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率低，通過增加空燃比多參數(shù)串級(jí)反饋聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燃燒器實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)空燃比的自動(dòng)調(diào)節(jié)，合理調(diào)整配風(fēng)量，保證實(shí)時(shí)最佳燃燒，共可節(jié)氣約2.43 m3/h;X56站運(yùn)行2臺(tái)加熱爐，且實(shí)際運(yùn)行效率均低于85%，通過合理控制配風(fēng)量，能量利用率可提高13.64%，改造后共節(jié)氣2.08 m3/h。

3.2 ?轉(zhuǎn)油站能耗測(cè)算及節(jié)能改造

依據(jù)能量平衡原理，基于遼河油田XLT集輸系統(tǒng)9座轉(zhuǎn)油站的測(cè)試數(shù)據(jù)（見表4），計(jì)算了各轉(zhuǎn)油站的能量利用率和能耗（見表5）。

轉(zhuǎn)油站能耗設(shè)備主要為加熱爐和機(jī)泵。由表5可以看出，9座轉(zhuǎn)油站能量利用率的平均值為80.03%，熱能利用率的平均值為81.69%，而平均電能利用率僅為33.99%，部分機(jī)泵效率偏低，故需對(duì)機(jī)泵進(jìn)行改造;轉(zhuǎn)油站熱能損失占總能量損失的87.05%，而壓能損失僅占總能量損失的12.95%，熱能損失遠(yuǎn)大于壓能損失，因此需確保加熱爐處于高效運(yùn)行狀態(tài)，且有必要對(duì)站內(nèi)設(shè)施的保溫情況進(jìn)行加強(qiáng)。轉(zhuǎn)油站具體改造措施如下：

（1）機(jī)泵改造：S7站外輸泵運(yùn)行時(shí)泵機(jī)組效率不合格，泵本身額定效率較低，電機(jī)和泵不匹配，將外輸泵更換為65AY353高效泵，更換小功率電機(jī)，單位原油生產(chǎn)電耗降低24.31%，耗電量可降低1.16 kW·h/h;X38站離心式油泵實(shí)際運(yùn)行機(jī)組效率低于合格指標(biāo)48%，且冬季功率因數(shù)不合格，機(jī)組負(fù)荷率偏低，因此將其更換為合適排量的80AY50I3型離心泵，電能利用率可提高6.29%，單位原油生產(chǎn)電耗可降低27.24%，改造后耗電量可降低9.76 kW·h/h;X51站外輸泵機(jī)組負(fù)荷率偏低，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行時(shí)泵機(jī)組效率低于合格值，因此將外輸泵更換為65AY303型離心泵，電能利用率提高5.87%，可節(jié)電約4.14 kW·h/h。

（2）加熱爐改造：S6站運(yùn)行4臺(tái)加熱爐，各加熱爐實(shí)際運(yùn)行時(shí)效率都合格，但是負(fù)荷率都偏低，外輸加熱爐開1臺(tái)就能滿足要求，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開了3臺(tái)，因此需加強(qiáng)加熱爐生產(chǎn)運(yùn)行中的管理工作，對(duì)加熱爐運(yùn)行方案進(jìn)行優(yōu)化，改造后單位原油生產(chǎn)氣耗降低5.15%，可節(jié)省氣量4.29 m3/h;X38站運(yùn)行3臺(tái)加熱爐，2#采暖爐測(cè)試指標(biāo)合格，但從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來看，2#采暖爐燃燒時(shí)火焰明亮、冒白煙，是由于燃燒器自身結(jié)構(gòu)缺陷或燒損等因素造成空燃比摻混不好，配風(fēng)偏大，因此更換與加熱爐功率相匹配的全自動(dòng)配風(fēng)燃燒器，更換的燃燒器應(yīng)為短粗型火焰，降低煙氣流速，增加加熱爐換熱時(shí)效。3#、4#外輸爐過?？諝庀禂?shù)不合格、運(yùn)行效率均小于85%，通過更換全自動(dòng)配風(fēng)燃燒器，采用可編程序控制器為核心的自控系統(tǒng)進(jìn)行集中操控。通過以上兩項(xiàng)改造，X38站耗氣量減少了6.23 m3/h，單位原油生產(chǎn)氣耗降低了12.98%。

3.3 ?聯(lián)合站能耗測(cè)算及節(jié)能改造

結(jié)合遼河油田XLT集輸系統(tǒng)X聯(lián)合站生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)（見表6），根據(jù)“黑箱”能量分析模型，計(jì)算出X聯(lián)合站能量利用率及能耗情況（見表7）。

聯(lián)合站主要能耗設(shè)備為加熱爐和機(jī)泵，根據(jù)測(cè)算數(shù)據(jù)，對(duì)X聯(lián)合站的能耗情況及分布進(jìn)行了詳細(xì)分析。分析結(jié)果表明，X聯(lián)合站能量利用率為83.58%，熱能利用率為82.84%，電能利用率為19.36%，熱損占總能量損耗的比例為95.08%，而壓損只占總能量損耗的4.92%，能耗特點(diǎn)是熱能損耗量大，電能利用率偏低。針對(duì)上述能耗分布特點(diǎn)，對(duì)X聯(lián)合站進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能改造。

3#外輸泵運(yùn)行時(shí)機(jī)組效率偏低，是由于外輸泵負(fù)荷率偏低，將外輸泵更換為80AY304型離心泵，效率可提高6.95%，耗電量可降低4.82 kW·h/h;1#、2#脫水泵實(shí)際運(yùn)行機(jī)組效率均偏低，根據(jù)2臺(tái)脫水泵負(fù)荷大小，優(yōu)化泵的運(yùn)行方案：當(dāng)排量小于115 m?/h時(shí)，啟動(dòng)1#脫水泵即可;當(dāng)排量大于115 m?/h時(shí)，開啟兩臺(tái)泵，改造后節(jié)省電量約40.13 kW·h/h。該站改造后共節(jié)電44.95 kW·h/h。

4#外輸爐符合要求，不需要改造;1#、2#脫水爐過?？諝庀禂?shù)不合格;1#、2#采暖爐熱效率、過剩空氣系數(shù)、排煙溫度都不合格。通過減少加熱爐供風(fēng)量、安裝氧氣自動(dòng)控制配風(fēng)裝置、只開1臺(tái)采暖爐等措施對(duì)加熱爐進(jìn)行改造，采暖爐效率可提高至85%，脫水爐效率可提高至91%，改造后該站共節(jié)氣24.3 m?/h。

4 ?改造效果分析

按照上述方案改造之后，遼河油田XLT集輸系統(tǒng)改造前后不同類型站場(chǎng)的平均能量利用率、平均單位原油生產(chǎn)綜合能耗對(duì)比如下圖3、4所示。

由圖3可以看出，改造實(shí)施后，計(jì)量站平均能量利用率提高了4.28%，平均熱能利用率提高3.22%;

轉(zhuǎn)油站平均能量利用率提高了5.15%，平均熱能利用率提高5.13%，平均電能利用率提高1.77%;聯(lián)合站平均能量利用率提高了1.60%，平均熱能利用率提高1.58%，平均電能利用率提高1.14%。

由圖4可知，計(jì)量站改造后平均單位原油生產(chǎn)能耗降低18.81%，平均單位液量處理能耗降低17.35%;轉(zhuǎn)油站改造后平均單位原油生產(chǎn)氣耗降低了7.28%，平均單位原油生產(chǎn)電耗降低了16.61%，平均單位原油生產(chǎn)能耗降低7.35%，平均單位液量處理氣耗降低7.90%，平均單位液量處理電耗降低16.31%，平均單位液量處理能耗降低8.08%;聯(lián)合站改造后平均單位原油生產(chǎn)氣耗降低了7.55%，平均單位原油生產(chǎn)電耗降低了6.41%，平均單位原油生產(chǎn)能耗降低7.48%，平均單位液量處理氣耗降低6.80%，平均單位液量處理電耗降低5.15%，平均單位液量處理能耗降低7.60%。年節(jié)氣共7.89105 m?，年節(jié)電共5.91105 kW·h。

5 ?結(jié) 論

（1）通過分析遼河油田XLT集輸系統(tǒng)集油工藝流程，建立了各類站場(chǎng)的能量平衡“黑箱”分析模型和對(duì)應(yīng)的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)遼河油田XLT集輸系統(tǒng)各類站場(chǎng)進(jìn)行了能耗計(jì)算與分析，得到了各類站場(chǎng)的能損分布規(guī)律：遼河油田XLT集輸系統(tǒng)各類站場(chǎng)中，熱能損失均占總能量損失的87%以上，遠(yuǎn)大于壓能損失占比，因此需確保加熱爐處于高效運(yùn)行狀態(tài)，且有必要對(duì)站內(nèi)設(shè)施的保溫情況進(jìn)行加強(qiáng)。

（2）確定了遼河油田XLT集輸系統(tǒng)存在的用能薄弱環(huán)節(jié)，提出了各類站場(chǎng)主要用能設(shè)備的具體節(jié)能改造方案，并對(duì)各類型站場(chǎng)進(jìn)行了改造效果分析。改造實(shí)施后，計(jì)量站平均能量利用率提高了4.28%，轉(zhuǎn)油站平均能量利用率提高了5.15%，聯(lián)合站平均能量利用率提高了1.60%;每年共節(jié)氣7.89105 m3，共節(jié)電5.91105 kW·h。

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