南海某油田熱介質(zhì)系統(tǒng)節(jié)能增效的應(yīng)用創(chuàng)新

熊相軍(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

南海某油田伴生氣經(jīng)冷卻—滌氣處理后，一部分供給鍋爐使用，一部分繼續(xù)經(jīng)壓縮—冷卻—過濾—滌氣—加熱處理成為壓力、溫度、烴露點(diǎn)滿足透平主機(jī)使用要求的高壓燃?xì)?，剩余氣則進(jìn)入放空系統(tǒng)用于生產(chǎn)LPG與輕質(zhì)油，維持火炬燃燒。油田伴生氣利用示意圖如圖1所示。

圖1 油田伴生氣利用示意圖

油田熱介質(zhì)系統(tǒng)由3臺(tái)鍋爐組成。1#/2#鍋爐一用一備，用戶包括燃燒器加熱器、大艙熱油加熱器，原油加熱器，洗艙加熱器，機(jī)艙造淡水機(jī)。3#鍋爐主要用于LPG系統(tǒng)生產(chǎn)，用戶包括脫丁烷塔重沸器，再生氣加熱器，初級(jí)丙烷蒸發(fā)器，低溫級(jí)丙烷蒸發(fā)器，外輸補(bǔ)壓蒸汽發(fā)生器。

1 流程優(yōu)化背景分析

1.1 伴生氣使用現(xiàn)狀分析

1.1.1 伴生氣產(chǎn)量大幅遞減

南海某油田經(jīng)過17年的開采，伴生氣量逐漸衰減，到2019年伴生氣產(chǎn)量?jī)H60 000 m3/d，不到投產(chǎn)初期的1/3，雖然目前油田伴生氣日產(chǎn)氣量基本恰好能維持油田的日消耗量。但是在生產(chǎn)出現(xiàn)異常情況，如：井口大排量氣井停井、大功率用電負(fù)荷增加等主機(jī)供氣將難以保證，勢(shì)必對(duì)生產(chǎn)造成較大影響。

1.1.2 伴生氣用戶用氣量恒定

維持油田正常生產(chǎn)需要及LPG產(chǎn)量穩(wěn)定，伴生氣總用量是恒定的。要維持LPG與輕質(zhì)油產(chǎn)量穩(wěn)定，及火炬正常燃燒，該部分伴生氣消耗量維持穩(wěn)定不變，要確保主機(jī)用氣量充足，且能略有盈余，應(yīng)對(duì)電力負(fù)荷波動(dòng)和部分異常情況造成的用氣消耗量的增加，只能通過減少鍋爐用氣消耗量。伴生氣用戶用氣量分布圖如圖2所示。

圖2 南海某油田伴生氣用戶用氣量分布圖

1.1.3 主機(jī)用氣需求

透平主機(jī)正常使用時(shí)用氣的需要滿足2個(gè)關(guān)鍵因素：

(1)保證主機(jī)用氣量的盈余，雖然主機(jī)有33 000 m3左右的氣量就可以滿足使用，主機(jī)在使用上可能有出現(xiàn)功率波動(dòng)或大功率的設(shè)備的啟動(dòng)則耗氣量會(huì)變大，所以，必須保證主機(jī)用氣量存在盈余。

(2)保證主機(jī)燃?xì)廨^高干氣占比，伴生氣全組分分析及氣量組成如表1所示。供給主機(jī)燃?xì)鈮簭?qiáng)2 000 kPa下，重組分大部分會(huì)成液，且重組分燃燒熱值高，容易造成主機(jī)超溫停機(jī)，啟機(jī)困難，所以供給主機(jī)燃燒的伴生氣宜保證干氣占比70%左右為宜。

表1 南海某油田伴生氣全組分分析及氣量組成

目前，除主機(jī)干氣消耗量外，鍋爐是最大的干氣消耗用戶，要保證主機(jī)干氣用量，也只有減少鍋爐用氣量消耗。

綜上，目前隨著伴生氣產(chǎn)量的遞減，目前的伴生氣產(chǎn)量情況下，既要保證LPG輕質(zhì)油產(chǎn)量穩(wěn)定，又要維持火炬燃燒，且還要保證主機(jī)用氣量的盈余以及對(duì)干氣的需求，應(yīng)對(duì)電力負(fù)荷波動(dòng)和部分異常情況造成的用氣消耗量的增加，只能通過減少鍋爐用氣消耗量。

1.2 熱介質(zhì)系統(tǒng)使用現(xiàn)狀分析

1.2.1 1#/2#鍋爐使用現(xiàn)狀分析

目前南海某油田存在2套熱介質(zhì)鍋爐系統(tǒng)，其中1#/2#鍋爐一用一備，鍋爐出口溫度約96 ℃，大艙熱油加熱器為油田熱交換大戶(為油田14個(gè)油水艙室加熱)；洗艙加熱器與機(jī)艙造淡水并非經(jīng)常使用，僅洗艙作業(yè)或造淡水時(shí)偶爾使用，所以1#/2#鍋爐長(zhǎng)期固定用戶僅燃?xì)饧訜崞?，將燃?xì)饧訜嶂?0 ℃。燃?xì)饧訜崞鳠嵊凸芫€僅為1寸管線，換熱量小，但由于1#/2#鍋爐通往大艙用戶流程管線眾多，熱損失較大，導(dǎo)致1#/2#鍋爐使用效率不高、燃?xì)庀牧枯^大。

1.2.2 3#鍋爐使用現(xiàn)狀分析

3#鍋爐專供LPG系統(tǒng)使用，鍋爐出口溫度160 ℃，用戶中初溫級(jí)丙烷蒸發(fā)器加熱流程已廢除，使用壓縮機(jī)出口熱丙烷與氣體自身加熱蒸發(fā)代替；低溫級(jí)丙烷蒸發(fā)器已停用，外輸補(bǔ)壓蒸汽發(fā)生器由于穿孔拆除通過流程改造使用未冷卻的C3/C4組分進(jìn)行補(bǔ)壓代替。所以，3#鍋爐的長(zhǎng)期固定用戶僅脫丁烷塔重沸器與再生氣加熱器，所以3#鍋爐負(fù)荷較小。

1.3 優(yōu)化可行性分析

1.3.1 停用大艙加熱用戶

因從二級(jí)分離器出來的原油溫度為60 ℃左右，經(jīng)原油冷卻器冷卻至40 ℃后下艙。經(jīng)分析，原油下艙經(jīng)大艙加熱器和不經(jīng)大艙加熱器對(duì)比，原油中的游離水均能得到很好的自然沉降分離，后逐步減少大艙加熱艙室數(shù)，直到所有艙室不用加熱，該項(xiàng)可節(jié)省鍋爐用戶功率如下計(jì)算(每天加熱由40 ℃加熱至45 ℃的10 000 m3原油)：

根據(jù)公式Q=c·m(T2-T1)，

可得：Q=2 160 J/(kg·℃)×104×0.843 2×103×5=9.11×1010J；

原油比熱容為2 160 J/(kg·℃)，密度為0.843 2×103kg/m3；

該熱量由鍋爐提供的功率：

1.3.2 燃?xì)饧訜崞魉锜崃?/p>

供給主機(jī)天然氣從40 ℃加熱至60 ℃。

根據(jù)公式Q=c·m(T2-T1)，

可得：Q=2 156 J/(kg·K)×3 3000×0.717 4×20=1.020 8×109J；

天然氣比熱容為2 156 J/(kg·K)，密度為0.717 4 kg/m3，T=t+273.15；

該熱量由3#鍋爐提供將增加功率：

考慮上燃?xì)饧訜崞?熱效率約為70%)和熱油管線的熱效率損失(約10%)，鍋爐大約需要47 kW。

綜上可得：通過流程改造使用3#鍋爐向燃?xì)饧訜崞鲀H會(huì)增加3#鍋爐的有效熱功率為48 kW，所以增加的負(fù)荷對(duì)3#鍋爐正常運(yùn)行不會(huì)造成明顯影響。

2 熱介質(zhì)流程優(yōu)化實(shí)踐

2.1 原則

為達(dá)到流程優(yōu)化改造目的，結(jié)合通過最小的改造，實(shí)現(xiàn)3#鍋爐對(duì)燃?xì)饧訜崞骷訜幔?#/2#鍋爐，減少1#/2#鍋爐用氣，同時(shí)又能保證1#/2#鍋爐原加熱流程不變，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)饧訜崞鱾溆眉訜岬哪康摹?/p>

2.2 流程改造實(shí)踐

根據(jù)流程優(yōu)化改造原則，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，流程改造具體方案：

(1)從3#鍋爐原熱介質(zhì)用戶即已拆除的蒸汽發(fā)生器熱油管線進(jìn)口引熱油至燃?xì)饧訜崞鳠嵊瓦M(jìn)口，燃?xì)饧訜崞鳠嵊统隹谝裏嵊突亓髦琳羝l(fā)生器熱油出口管線，從而建立3#鍋爐對(duì)燃?xì)饧訜崞骷訜岬臒嵊脱h(huán)。

(2)燃?xì)饧訜崞鳠嵊瓦M(jìn)出口管線通過改造加裝三通，且在接入口位置各加裝一個(gè)2寸閘閥(如圖2所示)，從而使得原熱油流程以三通的形式保留，通過閥門的開關(guān)隔離使得燃?xì)饧訜崞骷瓤梢酝ㄟ^1#/2#鍋爐加熱，又可以通過3#鍋爐加熱。

通過上述實(shí)際流程改造優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了3#鍋爐對(duì)燃?xì)饧訜崞骷訜岬哪康模瑫r(shí)保留了1/2#熱介質(zhì)鍋爐對(duì)燃?xì)饧訜崞骷訜岬脑鞒獭?/p>

2.3 流程測(cè)試及運(yùn)行

記錄相關(guān)原始數(shù)據(jù)如1#與3#鍋爐燃?xì)馊站牧?。?#鍋爐至燃?xì)饧訜崞鳠嵊凸芫€循環(huán)5 min左右后，隔離1#/2#熱介質(zhì)鍋爐對(duì)燃?xì)饧訜崞骷訜崃鞒?，使?#鍋爐單獨(dú)對(duì)燃?xì)饧訜崞鬟M(jìn)行燃?xì)饧訜?，錄取相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：

(1)通過3#鍋爐給主機(jī)燃?xì)饧訜崾强尚械?，在燃?xì)膺M(jìn)口閥開度1圈情況下，便能維持主機(jī)燃?xì)鉁囟忍幱?8 ℃穩(wěn)定，且能能夠在分子篩切換，即3#鍋爐熱介質(zhì)用戶吸熱量發(fā)生變化時(shí)，維持主機(jī)燃?xì)鉁囟确€(wěn)定。

(2)使用3#鍋爐對(duì)主機(jī)燃?xì)饧訜釋?duì)3#鍋爐安全運(yùn)行沒有明顯影響，在加熱過程中3#鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)如泵出口壓力，加熱功率，爐膛溫度，尾煙溫度都處于正常范圍內(nèi)波動(dòng)。

3 結(jié)論

通過熱介質(zhì)系統(tǒng)流程優(yōu)化，不僅減少鍋爐用氣，還解決了主機(jī)燃?xì)鉁囟炔桓?，易生成液烴的問題；3#鍋爐與1#/2#鍋爐均可對(duì)燃?xì)饧訜崞鞴?，互為備用，為主機(jī)供氣溫度提供了保障。

熱介質(zhì)系統(tǒng)流程優(yōu)化改造是南海某油田立足工作實(shí)際問題，推動(dòng)降本增效的重大實(shí)踐舉措。在深入分析和梳理原有熱油工藝發(fā)揮的實(shí)際效能后，我們認(rèn)為油田的原油加熱器、大艙熱油用戶隨著工藝變化不是必須連續(xù)加熱運(yùn)行的前提下，決定對(duì)當(dāng)前的熱油工藝進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化改造，此舉既滿足了現(xiàn)有生產(chǎn)需求，又減少了燃?xì)夂筒裼拖?，并轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)PG增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了一舉多得的節(jié)能減排和節(jié)能增效的目的，為其他具有類似能耗設(shè)備的油田特別是老油田終端從生產(chǎn)問題中挖掘潛力，推動(dòng)降本增效工作實(shí)踐提供了思路，具有較強(qiáng)的借鑒意義。