新型注汽鍋爐一體化儲供油系統(tǒng)研究與應用

馬強 曾巖（.遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部；.遼河油田公司淺海石油開發(fā)公司）

油田的稠油先期開采主要是由油田專用濕蒸汽發(fā)生器來產(chǎn)生高溫（356℃）高壓（17MPa）濕蒸汽，對各稠油井采用吞吐注汽來進行油氣采收。由于油井位置分布分散，廣泛采用活動拖車式濕蒸汽發(fā)生器，1口井注汽后，需要整體搬遷至另一井場，以滿足不同位置油井的注汽。

遼河油田不同的采油區(qū)塊井場面積情況也有所不同，冷家油田的井場面積比遼河油田單井井場平均面積小，井場面積非常有限。由于濕蒸汽發(fā)生器附屬設備數(shù)量多、占地面積大，單井注汽時，現(xiàn)場搬遷擺放場地緊張，操作難度大。研制占地面積小，便于靈活搬遷的濕蒸汽發(fā)生器附屬設備是一個新的課題。

1 活動注汽鍋爐配套儲供油系統(tǒng)應用情況分析

由于井場平臺的面積有限，就要有效地利用井場來進行各項作業(yè)。濕蒸汽發(fā)生器附屬設備多，占井場地面積大，更需要占地面積小的設備設施。在國家提倡節(jié)能減排的方針下，也更需要節(jié)能、安全的設備設施。

1.1 分體式儲供油系統(tǒng)

1）現(xiàn)有燃油熱泵組有2個活動卸油臺（9m×3m）、1個儲油箱（3.3m×4.6m）、1個預熱箱（3.3m×4.6m）、1間油泵房（3.3m×8m），井場擺放占地面積達到83m2。在搬遷的過程中由于井場場地面積大小不一，燃油熱泵組組件較大，且零散、占地面積多，在吊裝擺放時十分困難。

2）每次搬遷都要用活動的螺茨泵將油箱內(nèi)底油抽出，為避免燃料油流出造成現(xiàn)場污染，要對油箱及連接管線進行封堵。由于勞動量大，工藝流程安裝復雜，每次搬遷僅燃油熱泵組組件就需要15t卡車3臺。搬家車輛的數(shù)量較多，也增加了搬運費用和搬運時間。

3）燃油熱泵組各部件之間工藝管線連接每次搬家時，都要將各部件組裝拆卸并再次安裝才能使用。搬遷時配電系統(tǒng)中的各電動機、油箱中的電加熱器、溫度控制器等電器線路都要進行拆卸和重新安裝。外接電纜線較多，現(xiàn)場接線散亂，拆裝工作量大，用電也不安全。

4）在冬季生產(chǎn)中，由于燃油熱泵組組件多，拆卸前要對各組件間的油路系統(tǒng)管線用蒸汽或空氣進行掃線，安裝后要對管線進行預熱投運，防止燃料油冷卻凝結(jié)，這個過程既費時、費力，又不安全。

啟爐投運時如果燃油不符合爐前燃燒的油溫要求，就要對燃料油進行循環(huán)加熱，循環(huán)時間越長，耗能越大。

在預熱過程中，燃油要從儲油箱、預熱箱、油泵房至鍋爐房逐級加熱，當加熱油溫達不到燃燒要求時，再經(jīng)回油流程返回預熱箱循環(huán)加熱（圖1）。

式中：

m——油箱油量；

T——預熱時間；

C——油比熱，取值0.453；

P——加熱電功率，kW；

Δt——加熱溫差，℃；

η——換熱效率。

圖1 現(xiàn)用燃油熱泵組燃油加熱流程

已知預熱油箱油量為15.18t，加熱溫差Δt為10℃，24kW靜態(tài)加熱器換熱效率為64%，可得預熱時間為5.7h。

燃油加熱溫度提升慢，加熱時間長，致使耗電量大，啟爐投運時間長，影響注汽投產(chǎn)。

1.2 原有外置卸油泵式一體化儲供油系統(tǒng)

1）整裝橇座式的一體化儲供油系統(tǒng)是改進后的儲供油設備。它是由儲油箱、卸油箱、卸油泵、供油泵房及供油泵等設備組成。由于該整體橇座能夠集中卸油、儲油、供油及加熱為一體，故稱為一體化供油系統(tǒng)[1]。

2）該系統(tǒng)優(yōu)勢為占地面積小，搬遷方便靈活，現(xiàn)場擺放及工藝連接方便快捷，是原分體式供油系統(tǒng)的替代設備。

3）外置卸油泵式一體化儲供油系統(tǒng)不足之處是：冬季外置的卸油泵啟動非常困難，由于處于低溫狀態(tài)，卸油泵及工藝管路內(nèi)存留的燃料油極易凝結(jié)，從而需要加熱、掃線等各種方法來啟動卸油泵，極大地增加工作量、縮短卸油泵的使用壽命；該系統(tǒng)必須與鍋爐燃油流程連接后才能運行使用，不能獨立自成系統(tǒng)，影響靈活運用；受卸油口限制，在工作現(xiàn)場極大限制了卸油車輛的卸油通道。

現(xiàn)場運行表明，以上分體式和外置卸油泵式兩種儲供油設備都有不足之處，遇到油井同平臺作業(yè)的情況下，都嚴重制約著現(xiàn)場安全。為達到安全規(guī)范，占地面積控制在20～30m2內(nèi)，減少連接的工藝管路、電纜。要快速進入熱備狀態(tài)就必須要設計出新的儲供油設備。

2 新型一體化儲供油系統(tǒng)研究方案

將現(xiàn)有的燃油熱泵組件中的卸油臺、卸油箱、儲油箱、油泵房，以及供電設施整合為一體，形成多功能一體化儲供油系統(tǒng)。當拉油車卸油時可直接將燃料油卸入內(nèi)置卸油箱內(nèi)，省去了以往卸油過程中必須將油車開至卸油臺上向卸油箱卸油再轉(zhuǎn)入儲油箱中的過程[2]（圖2）。

圖2 新式儲供油系統(tǒng)整體方案

這種方法大大節(jié)約了儲供油系統(tǒng)的現(xiàn)場占地面積，搬家時減少吊裝車輛和吊裝時間，使搬家現(xiàn)場的工藝連接和電器連接工作量大大減少。這種一體化儲供油系統(tǒng)每臺活動注汽鍋爐配置一套，即可投入使用。

一體化儲供油系統(tǒng)可按油車放油口的離地高度確定卸油口高度，這樣就可以省去卸油臺裝置。

表1 一體化儲供油系統(tǒng)設計方案

另外，根據(jù)活動注汽鍋爐最大排量（單位時間內(nèi)鍋爐的蒸發(fā)量）所需的耗油量來確定卸油箱和儲油箱的容量，再根據(jù)供、卸油泵泵組工藝，電加熱器及配電控制系統(tǒng)所占的面積來確定一體化儲供油系統(tǒng)的外形尺寸，既能滿足搬運的車輛要求又能滿足正常的生產(chǎn)運行。

根據(jù)確定的可行性方案，設計出新型一體化儲供油系統(tǒng)（表1）。

2.1 結(jié)構(gòu)一體化

新式儲供油系統(tǒng)設計是將儲油區(qū)、泵組區(qū)、配電控制區(qū)3個功能區(qū)有序緊縮在同一泵房內(nèi)；又根據(jù)鍋爐耗油量設定儲油箱有效容積為20m3，并將卸油箱設計為嵌入儲油箱內(nèi)（圖3）；這樣的設計減少了卸油工藝管路，而且儲油箱包裹卸油箱，使儲油箱內(nèi)的油溫直接與卸油箱油溫進行熱傳導，不用在卸油箱內(nèi)安裝電加熱器也可進行保溫，減少熱損失。

圖3 嵌入式卸油箱設計

2.2 工藝改進

1）新型一體化儲供油系統(tǒng)去掉了卸油臺，卸油口采用90°雙面轉(zhuǎn)角設計，經(jīng)多次與拉油罐車的試驗調(diào)整，確定卸油口的離地高度為900mm，這樣使拉油罐車在任何注汽現(xiàn)場都能直接卸油，不需其他附件配合。

2）卸油泵移至室內(nèi)安裝，省去啟動前的火烤、電加熱、蒸汽加熱等不安全措施，提高安全系數(shù)，降低用電能耗。

3）在電加熱器出口至卸油泵出口連接內(nèi)循環(huán)工藝，通過閥組可以靈活方便切換流程，達到循環(huán)加熱和正常供油的目的。

4）回油連接端口雙向預留，這樣新式一體儲供油設備在現(xiàn)場擺放位置不受連接限制，節(jié)省連接管材，減少連接工作量。

5）在儲油箱上安裝防爆式浮球液位計，使儲油箱內(nèi)液位能夠一目了然，操作人員可以隨時觀察，對油箱內(nèi)液位及時監(jiān)控，防止卸油過程中冒罐，造成卸油污染。同時，根據(jù)液位計刻度變化可計算出鍋爐的耗油量及燃油單耗。

新型一體化儲供油系統(tǒng)工藝流程見圖4。

圖4 新型一體化儲供油系統(tǒng)工藝流程設計

2.3 優(yōu)化供配電系統(tǒng)

燃油熱泵組只經(jīng)1根主電纜即可連到配電間，減少搬家現(xiàn)場中電纜拆卸數(shù)量，實現(xiàn)集中供電。

供油泵采用變頻控制，降低耗電。通過供油出口安裝智能壓力變送器和控制柜安裝PID智能壓力控制器，可在壓力控制器上根據(jù)鍋爐用油壓力情況靈活設定，實現(xiàn)變頻器的壓力自動調(diào)節(jié)，達到本地控制目的。同時，在控制柜上安裝冗余切換開關和外接端子，使鍋爐控制盤燃油壓力通過PID自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)鍋爐供油壓力遠傳控制，使本體控制、介入控制一體化，達到冗余設計的目的，使供油的變頻調(diào)節(jié)更加方便靈活。

表2 新型一體化儲供油系統(tǒng)改進方案對照

通過以上3項實施應用，新燃油一體化裝置不僅在外觀上有所變化，而且實用功能也得到了進一步的改善（表2）。

3 應用效果

3.1 效果評定

在新型一體化儲供油設備設計制做完畢后，首先對卸油情況進行投運測試。

1）卸油車在不同注汽現(xiàn)場卸油，因為采用了90°卸油口，拓展了卸油車在現(xiàn)場停擺角度，經(jīng)多次測試，效果十分理想。

2）現(xiàn)場去掉了卸油臺，卸油口高度適中，在不同注汽現(xiàn)場拉油罐車都能卸油，并且卸油效果較好，達到了設計要求。

3）新型一體化設備摒棄了原來的燃油泵組的積木式組合方式，所有組件都設計制做在了一個彩板房內(nèi)，占地僅為26.4m2，相比原燃油泵組83m2占地面積大大減少，這樣搬家時只需一輛卡車就可以輕松吊裝，達到了預期效果。

4）由于卸油箱與儲油箱為嵌入式結(jié)構(gòu)，并且一體化燃油泵組的儲油箱與供、卸油泵相間設計，這樣一來，油箱內(nèi)燃油自帶溫度與供、卸油泵組件間可自行熱傳導，無須再對卸油過程進行掃線和預熱，既節(jié)能又省時省力。

電加熱器出口內(nèi)循環(huán)工藝可迅速提升油箱內(nèi)的油溫，達到快速啟爐的目的。通過預熱時間公式計算出一體化儲供油系統(tǒng)在與原燃油熱泵組在相同儲油量和加熱溫差下，預熱時間由5.7h降至了3.7h。根據(jù)公式（1）計算如下：

原燃油熱泵組采用靜態(tài)電加熱器，加熱效率為0.64（根據(jù)熱功計算），計算可得預熱時間為5.7h；一體化儲供油系統(tǒng)采用節(jié)能型流態(tài)電加熱器，加熱效率為0.96（根據(jù)熱功計算），計算可得預熱時間為3.7h。

實際計算表明，一體化儲供油系統(tǒng)的各項指標達到了活動前設定的目標值，并取得較好效果。

3.2 效益分析

原燃油泵組搬一次家需15t卡車3輛才能吊裝搬走，現(xiàn)一體化燃油泵組只1個彩板房，1輛卡車輕松吊裝，省去了2輛卡車的費用，其中運輸費1600元，吊裝費800元，人工費240元。以活動爐全年注汽搬遷20井次，計算全年可省52800元，注汽作業(yè)區(qū)6臺活動注汽爐全年節(jié)約316800元。

制做成本：原積木式燃油熱泵組制做成本為29萬元左右，而新型一體化儲供油系統(tǒng)的制做成本僅為19萬元左右，如果全部采用新型一體化儲供油系統(tǒng)，冷家油田注汽作業(yè)區(qū)共6臺活動注汽鍋爐，可節(jié)約成本為60余萬元。

由于采用了節(jié)能型流態(tài)電加熱器和內(nèi)循環(huán)加熱工藝，在同等條件下，使油箱內(nèi)溫度上升10℃就可節(jié)電48kWh。每臺鍋爐全年按300天注汽計算，啟爐每天卸油一次，注汽作業(yè)區(qū)共6臺活動注汽鍋爐，計算可節(jié)電86400kWh，折合費用69120元。僅搬遷費與電費全年共計節(jié)約可達38.592萬元。

因減少了搬家吊裝車次，縮短了搬家和安裝時間，減小了管線連接時間、電器連接時間和注汽站員工投運該系統(tǒng)時間，大大降低了人員的勞動強度，使注汽鍋爐能夠及時啟爐注汽，提高注汽時率，增加注汽效益。

4 結(jié)論

通過應用新型一體化儲供油系統(tǒng)，有效降低了井場占地面積，減少了搬遷工作量，縮短了搬遷后啟爐熱備時間，提高了工作效率，降低了耗電量，該工藝改進技術具有很好的推廣應用價值。

[1]韓安榮.通用變頻器及其應用（第二版）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000:8-10.

[2]曲明義,許寶燕.油田注汽鍋爐技術問答[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994:21-25.