轉(zhuǎn)油站工藝及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化分析

謝正芳（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠）

大慶外圍油田采油區(qū)塊具有低滲透、低產(chǎn)、分散等特點(diǎn)，且距原油脫水站較遠(yuǎn)，為了減少占地面積，降低建設(shè)成本，某轉(zhuǎn)油站采用分離、加熱、沉降、緩沖“四合一”多功能組合裝置（以下稱為四合一）處理油井來液。隨著站外油井措施增產(chǎn)和站內(nèi)運(yùn)行年限延長(zhǎng)，使得站內(nèi)處理工藝、運(yùn)行參數(shù)、伴生氣處理等出現(xiàn)了不適應(yīng)，四合一淤泥沉積、煙火管外壁結(jié)垢使得加熱效率降低[1]。針對(duì)以上問題，通過調(diào)整已建四合一運(yùn)行模式、新建摻水爐，摸索低溫集輸?shù)却胧﹥?yōu)化處理工藝和運(yùn)行參數(shù)，并及時(shí)對(duì)四合一清淤、煙火管外壁除垢，保證集輸管道安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低運(yùn)行成本，達(dá)到提質(zhì)增效目的。

1 優(yōu)化處理工藝

某轉(zhuǎn)油站站外采用“一摻多回”大環(huán)摻水集油流程、站內(nèi)采用四合一處理工藝，即站外油井來液經(jīng)四合一分離、沉降、緩沖、加熱處理后，分離出的含水油外輸?shù)较掠蚊撍荆蛛x出的含油污水回?fù)街劣途?，分離出的伴生氣供站內(nèi)自耗。該站至今已運(yùn)行13 年，隨著站外64 口油井采取措施增產(chǎn)，站內(nèi)處理液量由3 100 t/d 提高到3 990 t/d，為了滿足各環(huán)節(jié)安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，對(duì)站內(nèi)處理工藝以及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1.1 四合一運(yùn)行由串聯(lián)調(diào)整為并聯(lián)

轉(zhuǎn)油站摻水溫度冬季、夏季分別為70 ℃、65 ℃，含水油外輸出站溫度冬季、夏季分別為55 ℃、50 ℃，含水油外輸溫度與摻水溫度相差大，四合一采用“串聯(lián)運(yùn)行、梯度加熱”處理模式，即站外油井來液首先進(jìn)入A 型四合一進(jìn)行油、氣、水三相分離，A 型四合一加熱僅保證含水油外輸溫度需求，分離出的含油污水進(jìn)入B 型四合一進(jìn)一步加熱到摻水溫度，再增壓計(jì)量后回?fù)街良拖到y(tǒng)，分離出的伴生氣用于站內(nèi)自耗。

由于部分油井措施增產(chǎn)，為了提高站內(nèi)處理能力，滿足增產(chǎn)后站外油井來液的處理需求，將四合一運(yùn)行模式調(diào)整為并聯(lián)運(yùn)行，油井來液同時(shí)進(jìn)入A型、B 型四合一進(jìn)行處理、加熱，使站內(nèi)處理能力由3 200 t/d 提高至4 800 t/d，并無需擴(kuò)建四合一，節(jié)省建設(shè)投資270 萬元。

1.2 閑置加熱盤管有效利用

四合一調(diào)整運(yùn)行模式后，既要滿足外輸溫度要求，也要達(dá)到油井集輸摻水溫度需求，處理后的外輸溫度與摻水溫度基本一致[2-3]。因此，為了降低能耗，調(diào)整四合一溫度滿足溫度較低的外輸溫度要求，利用閑置外輸爐對(duì)溫度要求較高的摻水量進(jìn)行梯度升溫。該轉(zhuǎn)油站已建1.4 MW 雙盤管加熱爐2臺(tái)，其中1 套盤管（0.8 MW/臺(tái)）用于采暖加熱，另1 套設(shè)計(jì)壓力4.0 MPa 盤管（0.6 MW/臺(tái)）閑置。因此將分離出的含油污水進(jìn)入閑置外輸盤管進(jìn)一步加熱保證摻水溫度，摻水系統(tǒng)串聯(lián)閑置加熱盤管運(yùn)行參數(shù)見表1。

表1 摻水系統(tǒng)串聯(lián)閑置加熱盤管運(yùn)行參數(shù)

1.3 新建摻水爐

由于已建閑置加熱爐加熱負(fù)荷有限，冬季仍需提高四合一運(yùn)行溫度才能滿足站外集油溫度需求，從而導(dǎo)致外輸溫度仍然超溫運(yùn)行，既增加能耗、也影響外輸計(jì)量準(zhǔn)確度[4]。因此，增設(shè)轉(zhuǎn)油站摻水加熱爐，提高加熱負(fù)荷，轉(zhuǎn)油站新建摻水爐工藝流程見圖1。四合一加熱至含水油外輸溫度，分離出的含油污水再進(jìn)入新建摻水爐加熱到摻水溫度，解決了四合一“串聯(lián)運(yùn)行、梯度加熱”密閉處理工藝現(xiàn)場(chǎng)管理難度，含水油外輸出站溫度降低了15 ℃，節(jié)省天然氣消耗1 100 m3/d， 節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用0.18 萬 元/d。

圖1 轉(zhuǎn)油站新建摻水爐工藝流程

轉(zhuǎn)油站采用氣水分離聯(lián)合裝置對(duì)伴生氣進(jìn)行處理，即低溫分離法，將分離出的伴生氣先通過U 型冷卻器“充分冷卻”再進(jìn)入氣水分離器進(jìn)行“氣液分離”，將伴生氣中的水份和輕烴等分離出來[5]。降低四合一運(yùn)行溫度同時(shí)降低分離出的伴生氣溫度，在夏季有利于天然氣中水分和輕質(zhì)組分的分離，夏季清理燃燒器火嘴堵塞頻率由8 次減少至3 次，減少了5 次，廠家清理一次加熱爐燃燒器火嘴約為900 元/次，該轉(zhuǎn)油站有加熱爐5 臺(tái)，夏季可節(jié)約維修費(fèi)用2.25 萬元。

2 優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)

轉(zhuǎn)油站站外采用“一摻多回”大環(huán)摻水集油流程，即：轉(zhuǎn)油站與摻水閥組間之間建設(shè)一條總摻水管道，每座摻水間建設(shè)多條摻水管道，將各環(huán)所轄井的井口采出液通過摻水集油管道串接，最終集油環(huán)回至轉(zhuǎn)油站。已建摻水間5 座，管轄油井388口，組成17 個(gè)摻水集油環(huán)，油井采出液含水85%，冬季、夏季摻水出站溫度分別為70 ℃、65 ℃，摻水量分別為116.8 m3/h、87.1 m3/h，各環(huán)進(jìn)站溫度38～45 ℃（原油凝固點(diǎn)為38 ℃）。

高含水原油的失流點(diǎn)比純油的凝固點(diǎn)低2～4 ℃，說明對(duì)于高含水原油體系有利于低溫集輸[6-7]； 根據(jù)《大慶油田地面建設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)定》 Q/SYDQ0639 規(guī)定，含水原油進(jìn)轉(zhuǎn)油站溫度宜為凝固點(diǎn)，該轉(zhuǎn)油站有10 個(gè)集油環(huán)回油進(jìn)站溫度（40～45 ℃）高于凝固點(diǎn)。

冬季摻水出站溫度低于70 ℃，1#和3#摻水間單環(huán)摻水壓力與摻水匯管壓力持平，所轄摻水集油環(huán)摻水難，出現(xiàn)堵環(huán)；因此保證摻水出站溫度70 ℃，降低2#、4#、5#摻水間及轉(zhuǎn)油站自帶摻水集油環(huán)的摻水量，使各環(huán)凝固點(diǎn)進(jìn)站，總摻水量由116.8 m3/h 降至103.4 m3/h，降低了13.4 m3/h，節(jié)省天然氣1 430 m3/d，節(jié)省耗電386 kWh/d，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用0.26 萬元/d。

夏季摻水出站溫度65 ℃，控制各環(huán)凝固點(diǎn)進(jìn)站，總摻水量由87.1 m3/h 降至為76.2 m3/h，降低了10.9 m3/h，節(jié)省天然氣990 m3/d，節(jié)省耗電314 kWh/d，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用0.18 萬元/d。摻水集油環(huán)低溫集輸運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

3 加強(qiáng)生產(chǎn)管理

四合一的加熱沉降分離緩沖段類似火筒式加熱爐，四合一工作過程見圖2，通過燃料在火管內(nèi)燃燒，利用火管和煙管的金屬壁向殼體內(nèi)油水介質(zhì)傳遞熱量[8]?；鸸芄鼙跍囟仍礁?，其外表面結(jié)垢速度越快，在油水界面以下（水相為主）火管和部分煙管結(jié)垢嚴(yán)重，降低了加熱效率使得火管近火焰處上部局部過熱，金屬長(zhǎng)期過熱發(fā)生組織損傷以及高溫蠕變，產(chǎn)生鼓包變形[9-11]，該轉(zhuǎn)油站3 臺(tái)四合一自投產(chǎn)以來，每臺(tái)四合一煙火管每?jī)赡昃虮粺┬枰鼡Q1 次；同時(shí)油水界面以上（油相為主）的煙管段不易結(jié)垢且煙管溫度高，進(jìn)而使四合一含水油出口溫度高于水出口溫度5 ℃左右。

圖2 四合一工作過程

根據(jù)GB/T 31453—2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》中的規(guī)定，對(duì)于在1.25～2.00 MW 額定容量的加熱爐，節(jié)能監(jiān)測(cè)合格指標(biāo)為排煙溫度≤200 ℃、空氣系數(shù)≤1.8、熱效率≥80%。通過監(jiān)測(cè)，該轉(zhuǎn)油站1#、2#、3#四合一加熱效率為分別為77.52%、75.03%、76.90%。分析原因是四合一煙火管在沉降分離段加熱，由于淤泥沉積、煙火管外壁結(jié)垢，降低了煙火管與被加熱介質(zhì)換熱效率，排煙溫度高，排煙熱損失較大。

因此采取每3 個(gè)月對(duì)四合一清淤1 次、煙管火管除垢一次的措施，措施前后四合一加熱效率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表3，1#、2#、3#四合一加熱效率分別上升到87.10%、88.05%、85.98%，平均提高了10.56%，冬季節(jié)省天然氣1 250 m3/d，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用0.21萬元/d，夏季節(jié)省天然氣1 170 m3/d，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為0.19 萬 元/d。

表3 措施前后四合一加熱效率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）優(yōu)化處理工藝，四合一加熱至含水油外輸溫度，分離出的含油污水通過新建摻水爐再次升溫至70 ℃或65 ℃，同時(shí)保證了摻水集油環(huán)、含水油外輸管道安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2） 控制摻水量使得摻水集油環(huán)凝固點(diǎn)進(jìn)站，降低含水油外輸出站溫度，提高四合一加熱效率，冬季節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用0.65 萬元/d，夏季節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用0.55 萬元/d。

3）分離出的伴生氣溫度降低，有利于夏季天然氣中水分和輕質(zhì)組分的分離，每臺(tái)加熱爐全自動(dòng)燃燒器火嘴堵塞頻次減少了62.5%，夏季節(jié)省燃燒器維修費(fèi)用2.25 萬元。

4） 四合一定期清淤清垢，減少了排煙熱損失，四合一加熱效率提高了10.56%。