張倩王林平劉一山王曼楊會豐
(1.長慶油田分公司油氣工藝研究院;2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室)
隴東油田提高集輸系統(tǒng)效率技術(shù)研究與應(yīng)用
張倩1,2王林平1,2劉一山1,2王曼1,2楊會豐1,2
(1.長慶油田分公司油氣工藝研究院;2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室)
針對隴東油田集輸系統(tǒng)地面場站運行能耗高、輸油泵效率不合格、加熱爐熱效率低等現(xiàn)狀和存在的問題,開展了集輸管網(wǎng)優(yōu)化、變頻調(diào)速、無功補償、高效燃燒器、遠紅外涂料等節(jié)能技術(shù)研究,并進行了現(xiàn)場應(yīng)用。實施后,節(jié)能效果明顯,具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益,1年節(jié)電總量為712.7×104kWh,節(jié)約原油總量2 154 t、燃煤4 050 t、燃氣總量300.45×104m3,節(jié)能總效益達1 984.69×104元;同時減少了碳排放。
集輸系統(tǒng)效率 管網(wǎng)優(yōu)化 高效燃燒器 遠紅外涂料 節(jié)能
集輸系統(tǒng)是油田整個生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分,是油田生產(chǎn)中的耗能大戶。目前,長慶油田在用鍋爐143臺,加熱爐2 140臺,輸油泵1 612臺。鍋爐年耗能為17×104t標(biāo)煤,加熱爐年耗能為35×104t標(biāo)煤,輸油泵年耗能為2.5×104t標(biāo)煤。根據(jù)2009年節(jié)能檢測中心的檢測,鍋爐平均熱效率為84.7%,加熱爐平均熱效率為85.6%,輸油泵平均效率為57.4%,與中石油股份公司平均水平相比還存在較大的差距。
集輸系統(tǒng)效率是指整個系統(tǒng)的能量利用率,它是系統(tǒng)能量消耗的衡量參數(shù)[1]。由系統(tǒng)效率計算公式可知,它主要由管網(wǎng)系統(tǒng)、集輸設(shè)備、熱力系統(tǒng)3大部分組成,只有將系統(tǒng)的3大部分相互銜接協(xié)調(diào)起來,合理配置生產(chǎn)設(shè)備和優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù),才能實現(xiàn)系統(tǒng)效率的提高。
1.1.1 地面場站管網(wǎng)
隴東油田老區(qū)塊經(jīng)過近40年的開發(fā),產(chǎn)量逐步遞減,現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)過長期運行,油氣站場接收處理的液量減少,規(guī)模相對較大,出現(xiàn)了“大馬拉小車”的現(xiàn)象。系統(tǒng)運行效率低、能耗高、設(shè)備安全隱患大、維護費用高。
1.1.2 輸油設(shè)備
按照標(biāo)準SY/T 5264—2006《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》,并依據(jù)節(jié)能監(jiān)測中心《作業(yè)指導(dǎo)書》中的相關(guān)部分進行測點布置和參數(shù)測試。針對隴東油田5個單位共監(jiān)測輸油泵793臺,經(jīng)測試,輸油泵機組效率平均為47.23%,功率因數(shù)平均值為0.77,平均節(jié)流損失率10.7%。有部分輸油泵效率達不到合格,更達不到節(jié)能評價值。
1.1.3 鍋爐、加熱爐效率
依據(jù)標(biāo)準SY/T 6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進行監(jiān)測。2010年對隴東油田1 130臺鍋爐、加熱爐進行了測試,平均額定功率為468.5 kW,平均排煙溫度為188.5℃,平均過量空氣系數(shù)為2.63,平均熱效率77.88%。監(jiān)測的熱效率數(shù)據(jù)遠遠達不到鍋爐、加熱爐石油行業(yè)標(biāo)準的節(jié)能評價值,節(jié)能潛力很大。
1)輸油泵電動機服役期長,老舊現(xiàn)象嚴重,電動機自身能耗大,運行工況差。
2)輸油泵間斷或者小排量輸油,處于低負荷運行狀態(tài);而輸油泵的選型卻較大,造成“大馬拉小車”現(xiàn)象。
3)電容補償柜缺乏維修,控制器和電容損壞現(xiàn)象嚴重,配電系統(tǒng)運行在無補償狀態(tài),造成功率因數(shù)非常低。
4)加熱爐燃燒器配置非常簡陋,熱效率不到69%。
5)加熱爐油水盤管和內(nèi)壁結(jié)垢現(xiàn)象嚴重,導(dǎo)致設(shè)備換熱效率降低。
6)部分鍋爐、加熱爐服役期長、性能差、能耗高,設(shè)備老化嚴重,熱效率低。
根據(jù)有關(guān)規(guī)定及集輸系統(tǒng)效率計算方法[1],對整個系統(tǒng)能耗水平進行評價,并優(yōu)化有關(guān)生產(chǎn)運行參數(shù)。例如,生產(chǎn)過程中根據(jù)不同季節(jié)調(diào)整油品的加熱溫度等,可減少熱能消耗約30%[2]。
2010年,對該油田3個站點進行了管網(wǎng)優(yōu)化,效果比較明顯。通過計算,應(yīng)用集輸管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)后年節(jié)電總量達228.2×104kWh。
輸油泵是集輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,直接影響輸油系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。因此,隴東油田對效率低能耗大的輸油泵應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)和無功補償技術(shù),提高了輸油泵的運行效率,有效降低了能耗。
變頻調(diào)速:2010年,針對26臺輸油泵實施了變頻調(diào)速技術(shù),平均機組效率和平均功率因數(shù)均有所提高,實施該技術(shù)后節(jié)能效果明顯,見表1。
表1 2010年輸油泵變頻調(diào)速技術(shù)實施效果統(tǒng)計
無功補償:該技術(shù)可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù),減少發(fā)、供電的設(shè)計容量,減少投資,還可以降低線損[1]。
2010年,69臺柜子實施了無功補償技術(shù),提高了功率因數(shù),其效果見表2。
集輸系統(tǒng)能耗中,熱能損耗占到了96.2%~97.72%[2],因此,提高加熱爐效率對集輸管線和設(shè)備進行保溫,對降低集輸系統(tǒng)能耗至關(guān)重要。
2.3.1 高效節(jié)能燃燒器
高效節(jié)能燃燒器在鍋爐運行中有效調(diào)控爐膛燃燒狀態(tài)并形成煙塵“過濾層”,將不完全不充分燃燒產(chǎn)生的一氧化碳、碳氫化合物、碳粒等可燃物質(zhì)進行燃燒,完全燃燒殆盡,使固體燃料燃盡達到95%,實現(xiàn)鍋爐無煙無塵排放,提高熱效率。
表2 2010年無功補償技術(shù)實施效果統(tǒng)計
2010年,針對隴東等油田熱效率不合格的74臺加熱爐實施了高效燃燒器技術(shù),有效提高了熱效率,效果見表3。
表3 高效燃燒器技術(shù)實施效果統(tǒng)計
2.3.2 遠紅外節(jié)能涂料
FHC-AB遠紅外線輻射節(jié)能涂料技術(shù),是一種高效節(jié)能方法。FHC-AB遠紅外節(jié)能涂料在高溫作用下產(chǎn)生的紅外線輻射到吸熱爐管表面上時,約94%的紅外線穿透管壁直接作用于被加熱介質(zhì),使介質(zhì)的分子、原子加劇運動,產(chǎn)生激烈的共振現(xiàn)象,并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/p>
2010年,對106臺加熱爐實施了FHC-AB遠紅外噴涂技術(shù),熱效率提高了3個百分點,實施效果見表4。
表4 遠紅外噴涂技術(shù)實施效果統(tǒng)計
2.3.3 高效分體相變真空爐
分體式相變加熱爐由一體式相變加熱爐演化產(chǎn)生,是將一體式加熱爐鍋筒內(nèi)冷凝換熱器外置,突破了結(jié)構(gòu)限制,為加熱爐熱功率進一步提高提供了條件。按蒸汽運行的壓力不同,可分為真空相變、微壓相變和壓力相變加熱爐3種。
表5 相變真空加熱技術(shù)實施效果統(tǒng)計
表6 高效真空加熱技術(shù)實施效果統(tǒng)計
2010年,應(yīng)用該技術(shù)安裝了8臺分體相變真空爐,熱效率提高了5%,現(xiàn)場實施效果見表5。
2.3.4 高效真空加熱爐
加熱爐以相變換熱方式工作。在一個只有可凝結(jié)氣體的密閉容器中,中間介質(zhì)吸收燃料燃燒產(chǎn)生的熱量后汽化成氣態(tài)并進入氣相空間,在氣相空間將汽化潛熱傳遞給冷凝換熱器盤管內(nèi)的工質(zhì)(如水、原油或天然氣等)后,冷凝成液體回落到液相空間,再次被燃料燃燒加熱蒸發(fā)。工質(zhì)不斷帶走中間介質(zhì)傳遞的氣化潛熱,燃料燃燒后不斷供給中間介質(zhì)燃燒熱量,從而形成動態(tài)熱平衡。
2010年,隴東油田應(yīng)用真空加熱爐8臺,實施效果見表6。
經(jīng)過詳細計算,得出節(jié)能總效益為1 984.69×104元。
總效益=節(jié)電總量×每度電價格(0.7元/kWh)+節(jié)油總量×每噸油價格(4 000元/t)+節(jié)煤總量×每噸煤價格(800元/t)+節(jié)氣總量×每立方米氣價格(1元/m3)=712.7×104×0.7+2 154×4 000+4 050×800+300.45×104=1 984.94×104(元)
1)隴東油田集輸系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益,1年節(jié)電總量為712.7×104kWh,節(jié)約原油總量2 154 t、燃煤4 050 t、燃氣總量300.45×104m3,節(jié)能總效益達1 984.69×104元;同時減少了碳排放。
2)遠紅外節(jié)能涂料等技術(shù)經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用,具有節(jié)約燃料、提高集輸系統(tǒng)加熱爐熱效率的優(yōu)勢;但從實施過程來看,因高效期達不到3年,使用該技術(shù)后每年都要重復(fù)施工,給現(xiàn)場工作帶來了不便。因此,建議在技術(shù)要求范圍內(nèi),適當(dāng)延長有效期。
3)新工藝新技術(shù)新產(chǎn)品在提高集輸系統(tǒng)效率方面的應(yīng)用,與集輸管網(wǎng)優(yōu)化、有效的生產(chǎn)管理、地質(zhì)與工藝等各項措施的結(jié)合密不可分,這是油田一項長期的、有效的系統(tǒng)工程。
[1]萬仁溥,采油工程手冊(下)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.
[2]李柳強.燃油鍋爐熱效率及影響因素分析[J].節(jié)能技術(shù),2011(2):134-136.
10.3969/j.issn.2095-1493.2011.10.005
張倩,1999年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京),工程師,從事油田節(jié)能方面的生產(chǎn)管理和科研工作,E-mail:zq3-cq@petrochina.com.cn,地址:陜西省西安市未央?yún)^(qū)明光路長慶油田油氣工藝研究院,710021。
2011-10-28)