利用太陽能 實現(xiàn)原油低成本加熱

李宗強，陳莉蓉，歐陽澤威

（中國石油長慶油田分公司第二采油廠，甘肅 慶城 745100）

編者按：十二五”規(guī)劃強調(diào)要堅持節(jié)約和保護環(huán)境的基本國策，增強社會的可持續(xù)發(fā)展能力。目前，實現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展，建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型生產(chǎn)方式已成為各領(lǐng)域發(fā)展前進的新思路。

近日，國務(wù)院總理李克強在國務(wù)院常務(wù)會議中提出要加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)，并重點提出要努力提升高效鍋爐、高效電動機等工業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備水平。石油化工行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是不可再生資源消耗量巨大以及排放污染嚴(yán)重的重點關(guān)注行業(yè)，其節(jié)能減排，增強企業(yè)環(huán)境保護的能力，直接影響著我國節(jié)能減排工作的成效。

為此，本期專題甄選部分石油化工行業(yè)節(jié)能減排案例予以介紹，以期對讀者有所助益。

一、基本概況

實驗選址位于城壕作業(yè)區(qū)西259區(qū)西262-3井組，場內(nèi)共計采油井7口，總計日產(chǎn)液15.35m3，綜合含水46%。井場無加熱設(shè)備，油井結(jié)蠟嚴(yán)重。日常井筒清蠟主要依靠定期加注清蠟劑和蒸汽熱洗，井組集油管線主要依靠周期性投加注破乳劑、清蠟劑與熱水的混合液并定期清障掃線來降低井組回壓。通常該井組夏季正?；貕杭s為0.8MPa，冬季該井組平均投加破乳劑量為2kg/天、清蠟劑10kg/天，掃線頻率約2次/月，井口回壓維持在1～1.5MPa。

通過安裝撬裝式太陽能原油加熱裝置，可滿足管線冬季對外輸原油溫度的要求，緩解了集油管線受溫度影響原油脫蠟造成的管線運行不暢、凍堵等現(xiàn)象的發(fā)生。

利用太陽能加熱，裝置運行所需能源70%可由太陽能提供，冬季夜晚或連續(xù)陰天情況下，系統(tǒng)能源由2×12kW輔助電加熱提供，保證原油溫度的同時利用綠色能源低成本運行，并有效減少藥劑投加及清障掃線的工作量及費用。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

1.現(xiàn)場系統(tǒng)

該加熱系統(tǒng)主要由撬裝裝置(包括換熱盤管、保溫水箱、控制柜、循環(huán)泵組)、無機超導(dǎo)熱管集熱器及連接管道3部分組成(圖1)。

圖1 撬裝式太陽能輔助原油加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由PLC控制柜、DTU(數(shù)據(jù)傳輸單元)、組態(tài)軟件、終端服務(wù)器構(gòu)成(圖2)。

圖2 撬裝式太陽能輔助原油加熱裝置遠(yuǎn)程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)由工控機及服務(wù)器、PLC系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、智能儀器儀表及執(zhí)行器、無線傳輸系統(tǒng)、無線事件通知(短信發(fā)生器)等部分組成，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制及故障診斷等功能。通過實現(xiàn)系統(tǒng)的異地遠(yuǎn)程監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場無人值守，形成適合油田野外環(huán)境的高集成、高穩(wěn)定的自動化控制系統(tǒng)。

三、工作原理及主要特點

1.參數(shù)設(shè)定(表1)

表1

系統(tǒng)自動通過強制集熱循環(huán)使低溫水經(jīng)過太陽能集熱器加熱并返回保溫水箱，通過控制水箱內(nèi)熱水的溫度將原油外輸溫度控制在一定范圍；當(dāng)太陽能滿足不了原油加熱需求時，系統(tǒng)會自動啟動電加熱裝置，保證原油輸出溫度。

設(shè)定水溫最小值40℃，最大值70℃；當(dāng)管道溫度與水箱水溫度溫差低于8℃時，循環(huán)泵自動啟動，當(dāng)管道溫度與水箱水溫度溫差超過3℃時循環(huán)泵自動停止；防凍同上理。當(dāng)管線需要熱洗時，可以將最小水溫調(diào)至與最大值相等即可。

2.加熱裝置的特點

(1)利用太陽能實現(xiàn)對外輸原油進行不間斷加熱，每年4~10月在不使用電能的條件下，原油外輸溫度可保持在32~52℃。系統(tǒng)采用超導(dǎo)太陽能集熱管，節(jié)能效果突出，可避免管道結(jié)蠟的發(fā)生。

(2)控制系統(tǒng)通過在PLC中的多種參數(shù)設(shè)定可實現(xiàn)對原油外輸溫度的控制和集約化管理；通過采用GPRS遠(yuǎn)傳模塊和組態(tài)軟件實現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，工況參數(shù)實時進行記錄、傳輸和儲存，報警信息及時短信通知，在增強系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時為與油田數(shù)字化平臺對接建立了條件。

四、現(xiàn)場試驗

實驗選址位于城壕作業(yè)區(qū)西259區(qū)西262-3井組，系統(tǒng)采用73m2太陽能集熱器和2×12kW電加熱裝置。

1.集熱能力及集熱時間評價

表2顯示2011年11月13日早12時至11月14日16時的檢索記錄，14日為陰天，數(shù)據(jù)檢索時間間隔為20min，加熱為電加熱工作狀態(tài)，1為運行、0為停止，T1為水箱溫度，T4為井口原油溫度，T5為原油輸出溫度。

表2 檢索記錄

(1)從該組數(shù)據(jù)分析：晴天(13日)系統(tǒng)集熱后水箱溫度由40℃(設(shè)定的水箱最低溫度)上升到51℃，原油混合液溫度由21~24℃加熱至39~47℃，由中午12時至24時，12h內(nèi)電加熱沒有啟用，說明太陽能有很好的集熱能力，還能維持較長的供熱時間，有效節(jié)約了電能。

(2)原油盤管出口溫度較高，具有清蠟降回壓的作用。

(3)至14日(陰天)6時至12時，電加熱約2.5h運行一次，每次1h，共運行3h，耗電量為24×5=120kW·h。假設(shè)14日為晴天，則太陽能集熱應(yīng)當(dāng)從10：30開始，實際電加熱運行時間是4h。由此，在冬季晴日滿足原油39℃以上溫度輸油，該系統(tǒng)能耗不高于24×4=96kW·h。也可以用遠(yuǎn)程系統(tǒng)電量計量傳輸系統(tǒng)，分析現(xiàn)場電加熱工作數(shù)據(jù)。

(4)經(jīng)15日至16日連續(xù)陰天數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，24h系統(tǒng)電加熱工作7h，保證原油輸出溫度36℃以上，單日耗電168kW·h。

(5)根據(jù)能量守恒原理，液量15.35m3、含水46%、13.77t，比熱熔3.43MJ/t·℃、原油平均升溫13℃計算，理論值為614MJ，對應(yīng)171kW·h。系統(tǒng)無太陽能的狀態(tài)下熱轉(zhuǎn)化率為168/171=98%，晴日節(jié)能(168-96)/171=42%。

(6)系統(tǒng)運行成本每日平均為74.88元(電費0.6元/kW·h，40%陰天無日照)，遠(yuǎn)小于井口安裝20kW·h電磁加熱費用(480kW·h/日，計288元/日)，并節(jié)約藥劑添加和掃線費用(藥劑每日160元，掃線每次5 000元)，冬季生產(chǎn)成本約為藥劑(160-74.88)元×150天+掃線(5次×5 000元)=37 750元。

2.各類降回壓措施對比

從2009~2011年該井組冬季回壓運行情況看，平均每個冬季有3~5次清障，期間一直堅持加破乳劑、清蠟劑與熱水混合液降回壓。2011年該井組回壓為0.6MPa，總機關(guān)出口壓力0.4MPa，較以前有明顯的下降(表3)。

表3 西262-3井組回壓監(jiān)控表

降回壓分以下幾種情況。

(1)清障效果分析。

2011.1.6號對城43井組清障時，清障車壓力為3MPa，該井組總機關(guān)壓力由0.4MPa上升到0.7MPa(圖3)。當(dāng)清障遇到拐彎處時，蠟不容易被排出，提高清障車壓力繼續(xù)掃線，出口的排出物為蠟塊。

圖3 城43井組清障回壓運行情況

(2)熱水與破乳劑、清蠟劑混合液。該井組冬季生產(chǎn)一直堅持加熱水與破乳劑、清蠟劑混合液(小劑量、高頻次)，加藥前后回壓無實質(zhì)性的變化，只起到緩解井口回壓的作用，有效期短。

(3)管線加清蠟劑回壓運行曲線如圖4所示，當(dāng)回壓較低時，加清蠟劑起到一定的清蠟作用，該措施不僅持續(xù)時間短，而且到達(dá)一定的程度時，再加清蠟劑就無效了。

圖4 城43井組加清蠟劑回壓運行情況

(4)安裝太陽能加熱裝置后。同期對比，目前回壓平均下降0.2MPa，管線疏通，運行情況良好(圖5)。

圖5 2010年與2011年同期回壓對比

五、結(jié)論與認(rèn)識

(1)與傳統(tǒng)降回壓措施相比，撬裝式太陽能輔助原油加熱裝置能對井場外輸原油進行全年、全天候加溫，可使冬季原油輸出溫度保持在40℃以上長效運行，起到清蠟降回壓的作用。

(2)該裝置主要依靠太陽能加熱，耗電量低，節(jié)能效果顯著。

(3)該裝置便于維護管理，操作簡單，減輕了現(xiàn)場勞動和管理強度。