油氣集輸系統(tǒng)能流分析評價技術(shù)及應(yīng)用

魏春紅

【摘 要】在原油計量、油氣集輸、油氣分離、原油脫水、原油穩(wěn)定過程中，用熱點多，工藝復(fù)雜，對整個系統(tǒng)的能耗情況、節(jié)點的相互影響關(guān)系、能量利用的薄弱環(huán)節(jié)缺乏整體把握，用能的分析評價尚未形成一套有效的評價方法。本文對集輸系統(tǒng)用能評價方法、能流關(guān)系、節(jié)能途徑等進行了詳細論述。

【關(guān)鍵詞】集輸系統(tǒng)；能流分析

在原油計量、油氣集輸、油氣分離、原油脫水、原油穩(wěn)定過程中，用熱點多，工藝復(fù)雜，對整個系統(tǒng)的能耗情況、節(jié)點的相互影響關(guān)系、能量利用的薄弱環(huán)節(jié)缺乏整體把握，用能的分析評價尚未形成一套有效的評價方法。因此，確定不同類型、不同層次節(jié)點和環(huán)節(jié)用能的有效評價方法，在此基礎(chǔ)上進行配套集成，形成了集輸系統(tǒng)整體用能的分析評價方法。應(yīng)用集輸系統(tǒng)整體用能的分析評價方法和用能評價的指標體系，對集輸系統(tǒng)的用能狀況進行分析評價，分層繪制集油系統(tǒng)、站庫、輸油系統(tǒng)及其所轄裝備、工藝環(huán)節(jié)、整個集輸系統(tǒng)的能流圖，分層次地把握集輸系統(tǒng)能量利用的薄弱環(huán)節(jié)，為集輸系統(tǒng)整體用能優(yōu)化和技術(shù)升級改造提供指導(dǎo)。

1.集輸系統(tǒng)用能評價方法

1.1工藝指標、能量利用和轉(zhuǎn)換指標

工藝指標：聯(lián)合站單位原油處理量燃料氣（油）的消耗、聯(lián)合站單位原油處理電的消耗；聯(lián)合站的集輸噸油綜合能耗；聯(lián)合站處理噸液綜合能耗。

能量利用和轉(zhuǎn)換指標：熱能利用率、電能利用率、聯(lián)合站的能源利用效率。

1.2能流關(guān)系分析方法

能量轉(zhuǎn)換與傳輸環(huán)節(jié)：油氣集輸系統(tǒng)所需的能量除一部分由回收循環(huán)提供外，大部分需由外界補充供入，按照有效供入能所要求的形式、數(shù)量、品位提供給體系和工藝物流的設(shè)備和工段，集輸系統(tǒng)所用的設(shè)備中，加熱爐、機泵以及電脫水器都屬于此環(huán)節(jié)。

能量利用環(huán)節(jié)：在集輸系統(tǒng)中能量利用環(huán)節(jié)包括管網(wǎng)和分離器，沉降罐，熱化學(xué)脫水器，凈化油罐等設(shè)備，該環(huán)節(jié)總用能的合理性是影響整個工藝總用能的主要因素，其評價指標為能量利用效率。

1.3能流節(jié)點分析法

e-p分析法對集輸系統(tǒng)的各個用能環(huán)節(jié)，從微觀角度揭示了用能合理性，尤其對現(xiàn)階段的油田開發(fā)，集輸過程中更多的能量轉(zhuǎn)化到水中，其評價指標工序折合比和工序能耗更加直觀地體現(xiàn)了這一點。

集輸系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)分水、加熱降粘和加壓外輸。處理工藝不同，油、氣、電和煤等能源的投入量不同，因此集輸系統(tǒng)節(jié)能就是節(jié)油、節(jié)電。油氣處理工藝的主要能耗對應(yīng)兩個方面：散熱造成的能流損失；油氣損耗和藥劑造成的質(zhì)量流損失，因此集輸系統(tǒng)降耗就是“降低能流損失”、“降低油氣損耗”、“降低藥劑使用量”。

2.油田不同層面能流圖與能流分析

2.1聯(lián)合站、接轉(zhuǎn)站電能能耗現(xiàn)狀

2011-2012年對24個接轉(zhuǎn)站的47個泵機組進行了機組效率測試和評價。其中合格率為20/47=42.5%；原油外輸泵27臺，合格率為44.4%。在統(tǒng)計的接轉(zhuǎn)站泵機組中，達到國際先進水平的占4.2%，達國內(nèi)先進水平的占17%，達五星級標準的占48.9%；泵機組效率低于30%的占23.4%。對30個聯(lián)合站的140個泵機組進行了機組效率測試和評價，其中合格率為22/140=15.7%。在統(tǒng)計的聯(lián)合站泵機組中，達到國際先進水平的占10.7%；原油外輸泵37臺，合格率16.2%；泵機組效率低于30%的占25.7%。

2.2聯(lián)合站、接轉(zhuǎn)站熱能能耗現(xiàn)狀

2011-2012年統(tǒng)計聯(lián)合站150臺加熱爐，合格率138/150=92%，經(jīng)過近年的加熱爐改造和運行管理，加熱爐運行工況得到很大改善，合格率提高了74.24%，聯(lián)合站加熱爐平均效率為82.2%，平均熱能利用率為18.46%。

綜上所述，集輸系統(tǒng)接轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站電能、熱能能耗現(xiàn)狀，接轉(zhuǎn)站接轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站泵機組合格率遠低于加熱爐合格率，泵機組電能變熱能現(xiàn)象普遍，能流方向不合理。即：聯(lián)合站電能利用率普遍小于系統(tǒng)電能利用率；接轉(zhuǎn)站加熱爐效率普遍偏低，重點普遍改造；聯(lián)合站加熱爐效率合格率高，重點進行個別加熱爐改造；聯(lián)合站熱能利用率偏低，由于加熱爐熱效率達標率高，設(shè)備散熱和污水攜帶熱量占主導(dǎo)因素。

2.3不同層面能流圖和能流分析

集輸系統(tǒng)能流分析的內(nèi)容主要包括：能流結(jié)構(gòu)、能流之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系、主要用能指標的分析評價。本部分在集輸系統(tǒng)能量分析與仿真系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上，以26個聯(lián)合站進行仿真計算，重點研究聯(lián)合站和采油廠兩個層面上的能流關(guān)系，根據(jù)能流圖和能流分析結(jié)果，分層次把握關(guān)鍵耗能工藝環(huán)節(jié)和關(guān)鍵耗能設(shè)備的用能薄弱根源，給出切實可行的節(jié)能途徑。

3.能流關(guān)系動態(tài)分析

（1）聯(lián)合站能流關(guān)系動態(tài)預(yù)測：主要考察加熱爐效率、換熱器效率、分離器后含水率、環(huán)境溫度和設(shè)備保溫等對聯(lián)合站能耗的影響程度。

（2）能流諾莫圖：影響聯(lián)合站處理能耗的因素復(fù)雜，為了現(xiàn)場更方便的實施能耗監(jiān)測、分析、評價和調(diào)控節(jié)點參數(shù)，通過能流分布曲線圖可直觀、準確地確定當前工藝條件下處理噸油能耗。該圖具備以下功能：（a）正問題：根據(jù)環(huán)境溫度、來液參數(shù)和加熱爐效率確定能耗；（b）反問題：根據(jù)能耗、環(huán)境溫度和來液參數(shù)預(yù)測加熱爐熱效率，節(jié)省檢測費用。

（3）集輸系統(tǒng)用能評價指標評價：處理噸油（噸液）能耗主要反映加熱換熱環(huán)節(jié)中加熱爐、換熱器的加熱換熱效果和動力設(shè)備的效率。處理噸油（噸液）熱損失主要反映聯(lián)合站處理能力利用率、工藝流程特點和操作溫度。

（4）集輸總能系統(tǒng)：其發(fā)展的三個階段為：基于提高單一設(shè)備、局部工藝環(huán)節(jié)能量利用效率的第一代能源系統(tǒng)；基于“溫度對口、梯級利用”原理集成的能量轉(zhuǎn)化利用系統(tǒng)，提高站庫層面不同處理工藝環(huán)節(jié)整體能量利用效率的第二代能源系統(tǒng)；在可持續(xù)發(fā)展的大背景下逐漸形成廣義的集輸總能系統(tǒng)-第三代集輸總能系統(tǒng)。

4.用能薄弱環(huán)節(jié)和節(jié)能途徑

在集輸系統(tǒng)中的不同層面存在大量的能流不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，主要歸結(jié)為熱能和電能利用率偏低，最終造成總的能量利用率低。

4.1集輸系統(tǒng)用能薄弱環(huán)節(jié)

在生產(chǎn)工藝方面，部分站庫存在對高含水原油加熱問題；穩(wěn)定系統(tǒng)溫度偏高；應(yīng)加強對破乳劑的選用和優(yōu)化研究；油田污水余熱未充分利用。在生產(chǎn)設(shè)備方面，加熱爐老化；結(jié)垢和腐蝕嚴重；加熱爐燃燒系統(tǒng)運行狀況差；低負荷運行，節(jié)能裝置未有效利用；泵機組本身存在問題。在運行控制方面，站內(nèi)過程含水控制不穩(wěn)；站內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點溫度控制不準。

4.2節(jié)能途徑

油氣混輸工藝：國內(nèi)有多家廠商生產(chǎn)、試制出不同類型的混輸泵，因現(xiàn)場應(yīng)用缺乏必要測試手段，沒有成熟的經(jīng)驗和操作規(guī)程，為此通過科技攻關(guān)建了一座多相混輸泵實驗站，能夠?qū)崿F(xiàn)混輸泵實液測試且適應(yīng)范圍廣，可實現(xiàn)液相0～80%、氣相20%～100%、泵出口壓力可調(diào)，實驗數(shù)據(jù)實現(xiàn)瞬時和連續(xù)自動采集處理、打印，自動化檢測方法先進。通過對混輸泵進出口壓力、溫度、扭矩、振動、傳動效率、泵效等30種參數(shù)的檢測，完成了5臺混輸泵的性能測試及應(yīng)用技術(shù)研究。目前相繼投入生產(chǎn)應(yīng)用3套，可不斷回收大量的天然氣，降低生產(chǎn)油井回壓，增大產(chǎn)量，提高采收率等。

低溫脫水工藝：隨著油田的開發(fā)，采出液含水不斷上升，井口加熱集輸工藝能耗高，中質(zhì)原油采出液普遍采用不加熱或降低井口加熱爐負荷集輸工藝，中質(zhì)原油脫水一般采用“兩段脫水”（化學(xué)沉降脫水、電脫水）。通過開發(fā)、應(yīng)用高效處理設(shè)備、高效化學(xué)藥劑，中質(zhì)原油采出液經(jīng)處理后原油含水降到10%以下，達到電脫水工藝進口原油含水指標。

調(diào)整加熱工藝中加熱點位置：目前不少站庫加熱爐一般位于脫水器的前部，普遍存在對含水原油加熱的問題，穩(wěn)定塔出口溫度接近100℃，可利用高溫穩(wěn)定原油把脫水前含水原油加熱到脫水要求溫度65～70℃。 [科]