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      塔里木油田重點(diǎn)用能系統(tǒng)能效分析與評價(jià)

      2020-05-20 07:29:16孟波曹瑩馬海波葛永廣李泓霏
      油氣田地面工程 2020年5期
      關(guān)鍵詞:廠站塔里木能效

      孟波 曹瑩 馬海波 葛永廣 李泓霏

      1塔里木油田公司油氣工程研究院

      2東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院

      3新疆油田公司西北油田節(jié)能監(jiān)測中心

      塔里木油田位于我國最大的含油氣盆地——塔里木盆地,油氣資源量達(dá)178×108t,目前累計(jì)發(fā)現(xiàn)和探明31 個(gè)油氣田,探明油氣儲量當(dāng)量26.2×108t,生產(chǎn)油氣產(chǎn)量當(dāng)量超3.6×108t,已建成2 600×104t 級大油氣田,是我國陸上第三大油氣田和西氣東輸主力氣源地。2017 年,國家發(fā)改委制定發(fā)布“重點(diǎn)用能單位百千萬行動(dòng)”工作方案,提出實(shí)行能源消耗總量和強(qiáng)度的“雙控”目標(biāo)及考核要求。塔里木油田公司作為“萬家”企業(yè)之一,為有效貫徹落實(shí)國家要求及“雙控”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),需要對其重點(diǎn)用能系統(tǒng)開展能耗及能效水平分析,發(fā)現(xiàn)目前存在的問題,并提出有效的改進(jìn)措施和方案。

      1 重點(diǎn)用能系統(tǒng)能耗構(gòu)成分析

      塔里木油田重點(diǎn)用能系統(tǒng)主要包括機(jī)械采油、注水、原油集輸以及天然氣集輸與處理,各用能系統(tǒng)的工藝及耗能設(shè)備、能耗種類等見表1[1-3]。

      由表1可知,塔里木油田重點(diǎn)用能系統(tǒng)的能耗主要為電力、天然氣,其中天然氣消耗最大,其次為電力。在塔里木油田實(shí)際生產(chǎn)過程中,還會(huì)涉及到其他能源消耗,如原油、熱力等,但整體能耗占比很小。

      2 重點(diǎn)用能系統(tǒng)能效指標(biāo)體系

      2.1 能效指標(biāo)體系構(gòu)架

      根據(jù)塔里木油田的實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn),將能效指標(biāo)體系分為三個(gè)層級構(gòu)建。

      (1)第一層級,宏觀綜合指標(biāo)。反映公司整體能源利用水平,主要以最終產(chǎn)品(或工作量)的單位能耗來表示。

      (2)第二層級,生產(chǎn)系統(tǒng)指標(biāo)。反映公司內(nèi)部各用能生產(chǎn)系統(tǒng)(環(huán)節(jié)/工藝)的能效水平,主要以系統(tǒng)效率或單耗來表示。

      (3)第三層級,終端設(shè)備指標(biāo)。反映耗能設(shè)備的能效水平,主要以設(shè)備效率來表示。

      塔里木油田公司能效指標(biāo)體系框架見圖1[4]。

      圖1 塔里木油田公司能效指標(biāo)體系框架Fig.1 Framework of the energy efficiency index system of Tarim Oilfield Company

      2.2 能效指標(biāo)體系建立

      根據(jù)圖1所示的體系框架,結(jié)合塔里木油田公司的實(shí)際生產(chǎn)工藝及用能特點(diǎn),建立了塔里木油田公司能效指標(biāo)體系(圖2),該指標(biāo)體系共包含三個(gè)層級16項(xiàng)指標(biāo)。

      圖2 塔里木油田公司能效指標(biāo)體系Fig.2 Energy efficiency index system of Tarim Oilfield Company

      2.2.1 宏觀綜合指標(biāo)

      宏觀綜合指標(biāo)為油氣田生產(chǎn)綜合能耗,具體可分為以下2項(xiàng)指標(biāo):

      (1)對于油田而言,即單位油(氣)生產(chǎn)綜合能耗,反映油田每產(chǎn)出1 t 原油(原油當(dāng)量)時(shí)能源的消耗量,是統(tǒng)計(jì)期內(nèi)油田生產(chǎn)能源消耗總量與油氣當(dāng)量的比值。

      表1 塔里木油田重點(diǎn)用能系統(tǒng)工藝及能耗組成特點(diǎn)Tab.1 Process and energy consumption characteristics of key energy consumption system in Tarim Oilfield

      (2)對于氣田而言,即單位天然氣生產(chǎn)綜合能耗,反映氣田產(chǎn)出1×104t 商品天然氣時(shí)能源的總消耗量,是統(tǒng)計(jì)期內(nèi)氣田生產(chǎn)能源消耗量與天然氣產(chǎn)量的比值。

      2.2.2 生產(chǎn)系統(tǒng)及終端設(shè)備指標(biāo)

      生產(chǎn)系統(tǒng)及終端設(shè)備指標(biāo)包括4大類生產(chǎn)系統(tǒng)及其設(shè)備的能效指標(biāo)14 項(xiàng),具體的指標(biāo)測試和計(jì)算方法見表2。

      噸液百米耗電更注重反映系統(tǒng)的耗電情況,是直觀的量化指標(biāo),較符合現(xiàn)場人員的理解和認(rèn)知。

      注水系統(tǒng)效率是從系統(tǒng)整體能耗情況入手,著重系統(tǒng)的能效;單位壓力注水量電耗是從系統(tǒng)的單耗情況入手,著重系統(tǒng)的耗電情況,是直觀的量化指標(biāo),更符合現(xiàn)場人員的理解和認(rèn)知習(xí)慣。雖然這兩項(xiàng)指標(biāo)都不能完全合理反映注水系統(tǒng)的能效水平,在油田企業(yè)間的橫向?qū)Ρ确治鲋斜碚餍暂^差,但對于企業(yè)內(nèi)部的縱向?qū)Ρ确治鼍哂兄匾膮⒖純r(jià)值。

      3 能效評價(jià)方法

      現(xiàn)場調(diào)研表明,塔里木油田下屬各油氣開發(fā)部及其所轄區(qū)塊的地質(zhì)條件、油氣物性、含水率、系統(tǒng)布局規(guī)模等不盡相同,故導(dǎo)致能效指標(biāo)體系中的5 項(xiàng)指標(biāo)(2 項(xiàng)宏觀綜合指標(biāo);3 項(xiàng)生產(chǎn)系統(tǒng)指標(biāo):單位液量集輸綜合能耗、單位氣田集輸綜合能耗、單位天然氣處理綜合能耗)的橫向可比性較差,且這些指標(biāo)實(shí)質(zhì)上在相應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)和終端設(shè)備指標(biāo)中均有體現(xiàn)。因此,在對塔里木油田用能系統(tǒng)進(jìn)行能效分析與評價(jià)時(shí),暫不考慮這5項(xiàng)指標(biāo),而主要從生產(chǎn)系統(tǒng)、終端設(shè)備兩個(gè)層級進(jìn)行能效分析與評價(jià)。

      表2 生產(chǎn)系統(tǒng)及終端設(shè)備指標(biāo)匯總及執(zhí)行方法Tab.2 Method for summarizing and executing indexes of production system and terminal equipment

      在具體開展相應(yīng)的能效評價(jià)工作時(shí),通過對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場測試或在線監(jiān)測,計(jì)算得到各項(xiàng)能效指標(biāo)數(shù)值,結(jié)合各生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)際情況,采用標(biāo)準(zhǔn)對照、加權(quán)綜合評價(jià)方法進(jìn)行指標(biāo)及系統(tǒng)能效的分析與評價(jià)。

      3.1 生產(chǎn)系統(tǒng)評價(jià)

      生產(chǎn)系統(tǒng)評價(jià)主要采用標(biāo)準(zhǔn)對照、加權(quán)綜合評價(jià)相結(jié)合的方式進(jìn)行。

      機(jī)采、注水系統(tǒng)的能效評價(jià)采用標(biāo)準(zhǔn)對照法,原油集輸和天然氣集輸與處理系統(tǒng)采用加權(quán)綜合評價(jià)法進(jìn)行評價(jià),具體見表3。

      表3 生產(chǎn)系統(tǒng)能效評價(jià)方法Tab.3 Energy efficiency evaluation method of production system

      3.2 終端設(shè)備評價(jià)

      終端設(shè)備評價(jià)采用標(biāo)準(zhǔn)對照法,其評價(jià)指標(biāo)及依據(jù)見表4。

      表4 終端設(shè)備評價(jià)方法Tab.4 Evaluation method of terminal equipment

      3.3 加權(quán)綜合評價(jià)方法

      3.3.1 加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)計(jì)算

      在進(jìn)行加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)之前,首先對權(quán)重矩陣與各分項(xiàng)計(jì)算矩陣分別進(jìn)行計(jì)算。

      權(quán)重矩陣A表達(dá)式為

      式中:A為權(quán)重矩陣;m為各類系統(tǒng)對應(yīng)的設(shè)備種類數(shù)目,如原油集輸系統(tǒng)主要包括泵和加熱爐,則m=2;i為某系統(tǒng)內(nèi)對應(yīng)設(shè)備種類的變量,i=1,2,…,m;Pi為某系統(tǒng)內(nèi)第i類設(shè)備的額定功率之和,kW;PΣ為某系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的額定功率之和,kW。

      各分項(xiàng)計(jì)算矩陣B表達(dá)式為

      式中:bi為第i類設(shè)備的能效加權(quán)值;Pij為第i類設(shè)備中第j臺的額定功率,kW;n為各系統(tǒng)中某類設(shè)備的臺數(shù),如原油集輸系統(tǒng)共有5 臺泵,則n=5;j為對應(yīng)的某類設(shè)備臺數(shù)的變量,j=1,2,…,n;ηij為第i類設(shè)備中第j臺的實(shí)際運(yùn)行效率,%,如第j臺設(shè)備為輸油泵機(jī)組,實(shí)際運(yùn)行效率為45%,即ηij=45%;ηi0j為第i類設(shè)備中第j臺的效率合格值,%,如第j臺設(shè)備對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中該型號設(shè)備的機(jī)組效率合格值為55%,即ηi0j=55%;B為各分項(xiàng)計(jì)算矩陣。

      表5 各廠站的主要耗能設(shè)備情況Tab.5 Main energy-consuming equipment of each plant and station

      某生產(chǎn)系統(tǒng)的能效加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)C表達(dá)式為

      3.3.2 能效加權(quán)綜合評價(jià)方法

      能效綜合評價(jià)的具體步驟如下:

      (1)對各類系統(tǒng)單獨(dú)分析。根據(jù)前文的計(jì)算方法,分別計(jì)算得到各類生產(chǎn)系統(tǒng)的加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)C1,C2,…,Ck。

      (2)排序。將需評價(jià)的k個(gè)系統(tǒng)(如機(jī)采、注水等)的所有C值按由高到低進(jìn)行排序。

      (3)指標(biāo)限值確定。根據(jù)C值排序后,限值的確定方法分為兩種情況:①若測試數(shù)據(jù)量大,具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律,則取排序前30%的數(shù)值作為優(yōu)良值,取前60%的數(shù)值作為合格值,低于該值即為不合格;②若測試數(shù)據(jù)不足,則只對加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)C1,C2,…,Ck按由高到低進(jìn)行排序,不進(jìn)行優(yōu)良、合格、不合格限值的選取與確定。

      (4)評價(jià)結(jié)果。根據(jù)步驟(3)的結(jié)果,最終評價(jià)結(jié)果也分為兩種情況:①若測試數(shù)據(jù)量大,則根據(jù)(3)中確定的限值即可判定相應(yīng)的能效水平為優(yōu)良、合格或不合格;②若測試數(shù)據(jù)不充足,則通過C1,C2,…,Ck的排序情況,可初步分析判斷各生產(chǎn)系統(tǒng)的能效水平高低及系統(tǒng)間的差異情況,為后續(xù)有針對性開展系統(tǒng)的改進(jìn)措施提供方向。

      4 實(shí)例應(yīng)用

      以塔里木油田下屬6個(gè)廠站的主要耗能設(shè)備為例,根據(jù)SY/T 7319—2016《氣田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》的指標(biāo)限值要求,采用上述加權(quán)綜合評價(jià)方法,將主要耗能設(shè)備分為泵、壓縮機(jī)、加熱爐三類(即i=3),對6 個(gè)廠站的能效水平進(jìn)行分析與評價(jià)。

      4.1 計(jì)算結(jié)果

      各廠站主要耗能設(shè)備分析的基本情況見表5。

      對上述6個(gè)廠站的能效加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)值分別進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表6。

      表6 能效加權(quán)綜合評價(jià)方法計(jì)算結(jié)果Tab.6 Calculation results of weighted comprehensive evaluation method

      4.2 結(jié)果分析

      通過對表5 中6 個(gè)廠站主要耗能設(shè)備情況進(jìn)行分析,得到表7。

      表7 各廠站耗能設(shè)備運(yùn)行結(jié)果分析Tab.7 Operation result analysis of energy-consuming equipment at each plant station

      由表7中數(shù)據(jù)分析可知:

      (1)2#、3#、6#廠站耗能設(shè)備的效率合格率為100%,而2#廠站設(shè)備總功率較小,但設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行效率值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于合格值,差值為15.33%,其能效水平在6 個(gè)廠站中最高;6#廠站設(shè)備總功率較大,但實(shí)際運(yùn)行效率值與限定值差值較小(6.75%),能效水平僅次于2#廠站;3#廠站設(shè)備實(shí)際運(yùn)行效率值與限定值差值為7.03%,略高于6#廠站,但設(shè)備總功率遠(yuǎn)小于6#廠站。3 個(gè)廠站能效排序?yàn)?#、6#、3#,與能效加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)C的排序相同。

      (2)1#、4#、5#廠站均存在不合格的耗能設(shè)備,合格率分別為0、77.78%、66.67%,能效排序?yàn)?#、5#、1#,與能效加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)C的排序相同。

      由表6 數(shù)據(jù)分析可知,6 個(gè)廠站的能效加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)值C由大到小排序依次為:2#、6#、3#、4#、5#、1#。

      5 結(jié)論

      (1)設(shè)備合格率直接影響系統(tǒng)的能效水平,設(shè)備合格率越高,則系統(tǒng)能效越高。

      (2)在設(shè)備合格率相同的情況下,系統(tǒng)能效與某類設(shè)備的功率、限定值差值的幅值大小有關(guān),功率大、與限定值差值幅值大,則能效水平更高。

      (3)能效加權(quán)綜合評價(jià)函數(shù)C值越大,廠站(系統(tǒng))的總體能效水平越高。同時(shí)證明了提出的能效加權(quán)綜合評價(jià)方法具有一定的合理性與科學(xué)性。

      此外,結(jié)合評價(jià)結(jié)果,可判斷6個(gè)廠站的設(shè)備能效情況,進(jìn)而明確影響系統(tǒng)能效水平的關(guān)鍵設(shè)備,在開展相應(yīng)節(jié)能挖潛等工作時(shí),可以對評價(jià)結(jié)果為不合格的設(shè)備有針對性地采取節(jié)能改造措施,以提升系統(tǒng)的能效水平,促使“雙控”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

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