油氣集輸系統(tǒng)能耗分析與節(jié)能技術(shù)探討

曹修恒

【摘 要】當前石油行業(yè)整體步入寒冬期，那么如何進行節(jié)能降耗成為了降本增效的首要問題。而采油廠集輸系統(tǒng)與泵站等電耗占石油采掘業(yè)第一能耗大戶。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，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，在此基礎上進行配套集成，對集輸系統(tǒng)整體用能進行分析評價。應用集輸系統(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。從而為節(jié)能降耗、降本增效找出一條有效途徑，同時也為有效降低溫室氣體排放和實現(xiàn)我國的“碧水藍天”環(huán)保工程盡一份力量。

【關鍵詞】節(jié)能減排；油氣集輸；用能評價；節(jié)能降耗

【Abstract】The current oil industry as a whole into the winter period， then how to save energy and reduce consumption has become the primary problem of reducing the efficiency. While oil production plant gathering system and pumping power consumption accounts for high energy consumption of oil and mining industry first. In the measurement of crude oil， oil and gas in transmission， oil and gas separation， dehydration of crude oil， crude oil stabilization process to determine different types and different levels of nodes and links can be an efficient method to evaluate， on the basis of supporting the integration of and of the gathering system used to analyze and evaluate. Set application transmission system as a whole with energy analysis and assessment methods and can use evaluation index system， the gathering system used to analysis and evaluation， stratification drawing set oil system， a station， library， and oil transferring system and under the jurisdiction of the equipment， process， the entire set of transportation system can flow diagram， level to grasp the gathering system of energy utilization of the weak links， for gathering and transportation system as a whole can be used to provide guidance for the optimization and upgrading technology. To energy saving， lowering the efficiency to find out an effective way， but also to reduce greenhouse gas emissions and achieve environmental protection projects of the“clear water and blue sky” as a force.

【Key words】Energy saving and emission reduction； Oil and gas gathering and transportation； Energy consumption； Energy saving and consumption reduction

當前石油行業(yè)整體步入寒冬期，那么如何進行節(jié)能降耗成為了降本增效的首要問題。而聯(lián)合站集輸系統(tǒng)與泵站等電耗占石油采掘業(yè)第一能耗大戶。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，工藝復雜，對整個系統(tǒng)的能耗情況、節(jié)點的相互影響關系、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。

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備和工段，集輸系統(tǒng)所用的設備中，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，熱化學脫水器，凈化油罐等設備，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

2013-2014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、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，設備散熱和污水攜帶熱量占主導因素。

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系，根據(jù)能流圖和能流分析結(jié)果，分層次把握關鍵耗能工藝環(huán)節(jié)和關鍵耗能設備的用能薄弱根源，給出切實可行的節(jié)能途徑。

3 能流關系動態(tài)分析

3.1 聯(lián)合站能流關系動態(tài)預測

主要考察加熱爐效率、換熱器效率、分離器后含水率、環(huán)境溫度和設備保溫等對聯(lián)合站能耗的影響程度。

3.2 能流諾莫圖

影響聯(lián)合站處理能耗的因素復雜，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)預測加熱爐熱效率，節(jié)省檢測費用。

3.3 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。

3.4 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)關鍵節(jié)點溫度控制不準。

4.2 節(jié)能途徑

4.2.1 油氣混輸工藝節(jié)能

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用技術(shù)研究。目前相繼投入生產(chǎn)應用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。

4.2.2 低溫脫水工藝節(jié)能

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”（化學沉降脫水、電脫水）。通過開發(fā)、應用高效處理設備、高效化學藥劑，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。

4.2.3 調(diào)整加熱工藝中加熱點位置節(jié)能

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℃。

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[責任編輯：楊玉潔]