張鵬翥（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院）

聯(lián)合站集輸系統(tǒng)能耗計算方法研究及應(yīng)用

張鵬翥（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院）

油氣集輸系統(tǒng)分為集油、脫水、穩(wěn)定和儲運等環(huán)節(jié)，油氣集輸能耗一般占原油生產(chǎn)總能耗的30%～40%，所消耗的熱能和電能是油田節(jié)能的重點對象。通過對北十七聯(lián)合站集輸系統(tǒng)能耗研究，建立了集輸系統(tǒng)能耗“黑箱—灰箱”數(shù)學(xué)模型，對集輸系統(tǒng)的能量平衡進行分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)油站熱能利用率和電能利用率都不高，是用能的薄弱環(huán)節(jié)，系統(tǒng)能耗計算方法為實現(xiàn)集輸系統(tǒng)“優(yōu)質(zhì)、低耗”改造提供了理論依據(jù)。

集輸系統(tǒng) 黑箱模型 灰箱模型 系統(tǒng)效率 節(jié)能降耗

我國東部老油田經(jīng)過幾十年的開發(fā)，地面各生產(chǎn)系統(tǒng)的負荷率普遍下降，運行效率降低，系統(tǒng)能耗升高。研究油氣集輸系統(tǒng)能量分布狀況，優(yōu)化和利用現(xiàn)有集輸系統(tǒng)，將為油田節(jié)能降耗提供科學(xué)的依據(jù)。油氣集輸能耗一般占原油生產(chǎn)總能耗的30%～40%，所消耗的熱能和電能是油田節(jié)能的重點對象。聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站及管網(wǎng)是集輸系統(tǒng)能耗的三個重要部分，找出各部分能耗在集輸系統(tǒng)總能耗中所占比例將對節(jié)能改造具有重要的指導(dǎo)意義[1]。

1 數(shù)學(xué)模型

對于原油樹狀雙管摻水集輸系統(tǒng)，其能量平衡關(guān)系遵守?zé)崃W(xué)第一定律，依據(jù)熱力學(xué)能量平衡分析法，建立集輸系統(tǒng)能耗水平評價的“黑箱—灰箱”數(shù)學(xué)模型[2-3]。

1.1 聯(lián)合站黑箱分析模型

不考慮聯(lián)合站站內(nèi)能耗交換，利用進出口能量變化，根據(jù)能量平衡方程分析聯(lián)合站系統(tǒng)能耗，由黑箱模型（圖1）得：

供給能量：Esup=Ef+Ee

有效能量：Eef=Eo+Ew-Eow

系統(tǒng)能損：E1=Esup-Eef

能量利用率：ηe=Eef/Esup

式中：

Eo——外輸原油帶出能，kJ/h；

Ew——污水帶出能，kJ/h；

Ef——聯(lián)合站供給燃料能，kJ/h；

Ee——聯(lián)合站供給電能，kJ/h；

E1——聯(lián)合站總能損，kJ/h。

圖1 聯(lián)合站黑箱分析模型

1.2 轉(zhuǎn)油站能量分析模型

由于轉(zhuǎn)油站的燃料供給能、消耗電能以及循環(huán)水出入口的溫度已知，所以采用灰箱分析模型（圖2）得：

供給能量：Esup=Ef1+Ege1有效能量：Eef=Esup-E1

系統(tǒng)能損：E1=E11+E12+E13

能量利用率：ηe=Eef/Esup

式中：

Ef1——加熱爐供給燃料能，kJ/h；

Ege1——泵供給電能，kJ/h；

E11、E12、E13——設(shè)備能損值，kJ/h。

1.3 管道能量分析模型

管道能量分析采用黑箱模型，其中供給能量為輸入能量，有效能量為輸出能量，總損失能量為管路損能[4-5]。

圖2 轉(zhuǎn)油站灰箱分析模型

1.4 集輸系統(tǒng)各部分效率計算

系統(tǒng)效率計算：

站效計算方法：

管效計算方法：

式中：

ηz——站效，%；

ηg——i站管道管效，%；

Bi——i站耗氣（油）量，m3（或kg）/h；

wi——i站耗電量，kWh/h；

R——電能折算系數(shù)，kJ/kWh；

QyDWi——燃料基底位發(fā)熱值，kJ/m3(或kg)；

Qsa——介質(zhì)從該站帶出的能量，kJ/h；

Qsb——介質(zhì)帶入該站的能量，kJ/h；

Qsb?——該站供給介質(zhì)的能量，kJ/h；

Gi——站流量，t/h；

Ci——介質(zhì)比熱容，kJ/(kg?oC)；

pi——管路壓強，MPa；

ρi——液體密度，t/m3；

ti——溫度，oC。

2 測試區(qū)塊參數(shù)

測試地點選擇在北十七聯(lián)合站，目前該站處理三座轉(zhuǎn)油站來液，本次測試包括其中兩座油站內(nèi)的5個計量間及每個計量間的所有井。

2.1 井口和計量間參數(shù)

◇油井參數(shù)：單井日產(chǎn)液量、單井日產(chǎn)油量、綜合含水率、油壓、套壓、油管溫度和摻水溫度；

◇計量間參數(shù)：原油物性（20℃密度、比熱）、回油溫度、回油壓力、匯管溫度、匯管壓力和總摻水量。

2.2 轉(zhuǎn)油站參數(shù)

測試選用北十七聯(lián)合站兩處具有代表性的轉(zhuǎn)油站（1#站、2#站），根據(jù)轉(zhuǎn)油站進出口參數(shù)，應(yīng)考慮的轉(zhuǎn)油站參數(shù)包括：外輸參數(shù)、摻水參數(shù)、供暖參數(shù)及自耗參數(shù)。

◇外輸參數(shù)：計量間方向進站溫度、壓力，出站方向液量、溫度，加熱爐進口溫度，轉(zhuǎn)油站進、出口壓力，外輸管末端壓力，輸送液含水率，輸送液比熱；

◇摻水參數(shù)：摻水泵進口壓力、摻水出口匯管壓力、摻水出口溫度、總摻水量及摻水介質(zhì)比熱；

◇自耗參數(shù)：站內(nèi)消耗熱能、站內(nèi)消耗電能。

2.3 聯(lián)合站參數(shù)

◇外輸參數(shù)：轉(zhuǎn)油站方向來液溫度、壓力、轉(zhuǎn)油站方向進站液量、轉(zhuǎn)油站方向進站液含水率、一段液量、一段含水率、二段液量、二段含水率、外輸出口油量、外輸出口液量、外輸出口溫度、外輸管末端壓力、外輸液含水率、外輸液比熱；

◇供暖參數(shù)：供暖泵進口熱水量、壓力、供暖泵出口壓力、溫度、各站油管線、氣管線、熱水暖匯管溫度、供暖介質(zhì)比熱；

◇自耗參數(shù)：站內(nèi)消耗熱能、站內(nèi)消耗電能；

◇設(shè)計參數(shù)：轉(zhuǎn)油站數(shù)量、計量間數(shù)量、輸油管線長度、管線內(nèi)外徑、起點高程、末點高程、保溫層材料、保溫層厚度以及保溫層導(dǎo)熱系數(shù)。

3 系統(tǒng)效率及能耗計算分析

由現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，根據(jù)集輸系統(tǒng)效率及能耗計算公式，計算北十七聯(lián)地區(qū)井口管網(wǎng)、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站等各部分效率及能耗。

測試區(qū)塊1#轉(zhuǎn)油站2011年6月到2012年1月平均站效為56.9%，站內(nèi)所有計量間到1#轉(zhuǎn)油站平均管效為86.4%；2#轉(zhuǎn)油站2011年6月到2012年1月平均站效為60.7%，站內(nèi)計量間到2#轉(zhuǎn)油站的平均管效為90.5%。其它計算結(jié)果見表1。

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.005.002

張鵬翥，東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院（油氣儲運專業(yè)），E-mail：dqlhw@aliyun.com，地址：黑龍江省大慶市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)發(fā)展路199號，163318。