西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院

注汽管網(wǎng)改輸過熱蒸汽自然補償能力驗算方法

李 嬋

西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院

某稠油開發(fā)區(qū)塊現(xiàn)有熱采注汽管網(wǎng)系統(tǒng)注入蒸汽為濕飽和蒸汽（11.5 MPa、321℃），設(shè)計溫度為321℃，熱補償采用自然補償和方形補償器補償，擬改注過熱蒸汽（9.8MPa、380℃±20℃）。按照《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)定（SDJ6—90）》、《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算導(dǎo)則》對管線熱補償進(jìn)行驗算。驗算結(jié)果表明，注汽溫度提高后，現(xiàn)有注汽管網(wǎng)補償器的補償能力、固定支架推力及熱采井口裝置均可滿足要求。由阻力和散熱計算可知，調(diào)整后的注汽管道可以滿足注汽井的注汽壓力要求，個別邊緣井口的蒸汽為濕飽和蒸汽，干度為90%左右。

注汽管網(wǎng)；自然補償能力；驗算公式；計算；方法

1 問題的提出

某稠油開發(fā)區(qū)塊已建有相對較為完善的熱采注汽管網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由注汽干線、注汽支干線、熱采井單井注汽管線、方形補償器和閥件等構(gòu)成。現(xiàn)有注汽管網(wǎng)系統(tǒng)注入蒸汽為濕飽和蒸汽（11.5MPa、321℃），設(shè)計溫度為321℃，熱補償采用自然補償和方形補償器補償。

擬改注過熱蒸汽（9.8MPa、380℃±20℃），由于蒸汽溫度升高，管道熱伸長量加大，補償器的補償量相應(yīng)加大，需對現(xiàn)有注汽管網(wǎng)的方形補償器、自然補償?shù)难a償能力和固定支架的推力及井口的適應(yīng)性進(jìn)行校核。如果滿足要求，則不需對過熱蒸汽溫度或現(xiàn)有注汽管線進(jìn)行調(diào)整；如果不能滿足要求，則需對現(xiàn)有注汽管網(wǎng)的補償器進(jìn)行改造（改造工程量很大）或降低過熱蒸汽的溫度，以保證該注汽管網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行。

在相同壓力下，過熱蒸汽和濕飽和蒸汽的比容不同，例如：9MPa、380℃的過熱蒸汽比容為0.028 37m3/kg，而9MPa、干度70%的飽和濕蒸汽的比容為0.014 77m3/kg。比容不同，相同平均壓力、管徑、壁厚、注汽量的注汽管線的比摩阻也不同。例如：9MPa、380℃的過熱蒸汽和9MPa、干度70%的飽和濕蒸汽在壓力9MPa、注汽量5 t/h、注汽管線 d=76 mm×7 mm的比摩阻分別為1.278、0.672 kPa/m，飽和濕蒸汽和過熱蒸汽具有基本相同的注汽鍋爐出口壓力和井口注汽壓力（過熱蒸汽的井口注汽壓力比濕蒸汽的注汽壓力高1 MPa左右），需對現(xiàn)有注汽管線改注過熱蒸汽時的注汽能力進(jìn)行校核計算，檢查現(xiàn)有注汽管線是否滿足注汽井對注汽速度的要求，不能滿足要求時需采取相應(yīng)的措施，如改擴(kuò)建管線或增建新管線等，因此探討現(xiàn)有注汽管網(wǎng)自然補償能力的驗算公式與驗算方法，具有重要的作用。

2 自然補償能力的驗算方法

按照《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)定（SDJ6—90）》、《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算導(dǎo)則》對管線熱補償進(jìn)行驗算。

主要計算公式如下

當(dāng)熱采注汽方式由11.5MPa、321℃的濕飽和蒸汽改注為9.8MPa、380℃±20℃過熱蒸汽時，現(xiàn)有注汽管網(wǎng)方形補償器補償能力及井口的適應(yīng)性驗算分別見表1、表2。

表1 注汽管網(wǎng)方形補償器補償能力驗算1

表2 注汽管網(wǎng)方形補償器補償能力驗算2

3 結(jié)論及建議

（1）由注汽管網(wǎng)方形補償器補償能力驗算1可知，注汽溫度提高后，現(xiàn)有注汽管網(wǎng)補償器的補償能力、固定支架推力均可滿足要求。

（2）某稠油開發(fā)區(qū)塊現(xiàn)有熱采井口裝置的設(shè)計壓力為12MPa、設(shè)計溫度為≤425℃。

（3）由注汽管網(wǎng)方形補償器補償能力驗算2可知，當(dāng)熱采注汽方式由濕飽和蒸汽改變?yōu)?.8 MPa、380℃±20℃過熱蒸汽時，現(xiàn)有熱采井口裝置可以滿足要求。

（4）利用濕飽和蒸汽的沿程阻力計算公式和散熱損失計算公式對該注汽管網(wǎng)輸送能力驗算表明，該稠油開發(fā)區(qū)塊新建燃煤過熱蒸汽注汽鍋爐附近有一條DN133mm的注汽聯(lián)絡(luò)線，可以把過熱蒸汽通過該管道送到該區(qū)塊燃油鍋爐出口的蒸汽集箱，再通過和蒸汽集箱相連的注汽干管把過熱蒸汽送至各個計量站或各個熱采油井。但通過計算得知，僅一條聯(lián)絡(luò)線無法滿足注汽要求，為此需新建兩條注汽干線：一條DN159mm注汽管線和DN133mm注汽管線連接，同時向多個注汽站供汽，并接通該區(qū)塊的注汽干線，大部分注汽井直接從現(xiàn)有的注汽管線供汽，不通過某注汽站，這樣就減少了注汽管線的長度，并保證了注汽壓力和注汽干度；另一條DN159mm注汽管線和DN133 mm聯(lián)絡(luò)線及另一條DN114mm注汽管線連接。

（5）通過調(diào)整后的注汽管線進(jìn)行阻力和散熱計算得知，調(diào)整后的注汽管道可以滿足注汽井的注汽壓力要求，某稠油開發(fā)區(qū)塊零區(qū)、七區(qū)、三區(qū)的全部注汽井口的蒸汽處于過熱狀態(tài)，高淺三區(qū)的大部分井口的蒸汽為過熱狀態(tài)，高淺三區(qū)北部的個別邊緣井口的蒸汽為濕飽和蒸汽，干度為90%左右。

（6）現(xiàn)有注汽管網(wǎng)輸送能力的驗算，包括濕飽和蒸汽的沿程阻力計算和散熱損失計算。沿程阻力建議采用《稠油注汽系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（SY/T 0027—2007）》中的計算公式進(jìn)行計算，這是應(yīng)當(dāng)值得關(guān)注的問題。

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（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.030

李嬋：2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣儲運工程專業(yè)，西安石油大學(xué)石油天然氣工程專業(yè)在讀研究生，研究方向為儲運工程。