李宗強(qiáng)，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(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持節(jié)約和保護(hù)環(huán)境的基本國策，增強(qiáng)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展能力。目前，實(shí)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(jìn)的新思路。

近日，國務(wù)院總理李克強(qiáng)在國務(wù)院常務(wù)會(huì)議中提出要加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)，并重點(diǎn)提出要努力提升高效鍋爐、高效電動(dòng)機(jī)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(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)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(diǎn)關(guān)注行業(yè)，其節(jié)能減排，增強(qiáng)企業(yè)環(huán)境保護(hù)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(duì)讀者有所助益。

一、基本概況

實(shí)驗(yàn)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(jì)采油井7口，總計(jì)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(duì)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(yùn)行不暢、凍堵等現(xiàn)象的發(fā)生。

利用太陽能加熱，裝置運(yùn)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(shí)利用綠色能源低成本運(yùn)行，并有效減少藥劑投加及清障掃線的工作量及費(fèi)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(jī)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(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的異地遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)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(dòng)化控制系統(tǒng)。

三、工作原理及主要特點(diǎn)

1.參數(shù)設(shè)定(表1)

表1

系統(tǒng)自動(dòng)通過強(qiáng)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(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)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(shí)，循環(huán)泵自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)管道溫度與水箱水溫度溫差超過3℃時(shí)循環(huán)泵自動(dòng)停止；防凍同上理。當(dāng)管線需要熱洗時(shí)，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(diǎn)

(1)利用太陽能實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸原油進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，工況參數(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄、傳輸和儲(chǔ)存，報(bào)警信息及時(shí)短信通知，在增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)為與油田數(shù)字化平臺(tái)對(duì)接建立了條件。

四、現(xiàn)場試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)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(shí)間評(píng)價(jià)

表2顯示2011年11月13日早12時(shí)至11月14日16時(shí)的檢索記錄，14日為陰天，數(shù)據(jù)檢索時(shí)間間隔為20min，加熱為電加熱工作狀態(tài)，1為運(yùn)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(shí)至24時(shí)，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(shí)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(shí)至12時(shí)，電加熱約2.5h運(yùn)行一次，每次1h，共運(yùn)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(shí)際電加熱運(yùn)行時(shí)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(jì)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(jì)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(jì)算，理論值為614MJ，對(duì)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(yùn)行成本每日平均為74.88元(電費(fèi)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(fèi)用(480kW·h/日，計(jì)288元/日)，并節(jié)約藥劑添加和掃線費(fèi)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(duì)比

從2009~2011年該井組冬季回壓運(yùn)行情況看，平均每個(gè)冬季有3~5次清障，期間一直堅(jiān)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(jī)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(hào)對(duì)城43井組清障時(shí)，清障車壓力為3MPa，該井組總機(jī)關(guān)壓力由0.4MPa上升到0.7MPa(圖3)。當(dāng)清障遇到拐彎處時(shí)，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(yùn)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(jiān)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(shí)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(yùn)行曲線如圖4所示，當(dāng)回壓較低時(shí)，加清蠟劑起到一定的清蠟作用，該措施不僅持續(xù)時(shí)間短，而且到達(dá)一定的程度時(shí)，再加清蠟劑就無效了。

圖4 城43井組加清蠟劑回壓運(yùn)行情況

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

圖5 2010年與2011年同期回壓對(duì)比

五、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(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(duì)井場外輸原油進(jìn)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(yùn)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(hù)管理，操作簡單，減輕了現(xiàn)場勞動(dòng)和管理強(qiáng)度。