徐孝軒（中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院）

1 概況

國內(nèi)多數(shù)油田已進(jìn)入開發(fā)中后期，采出液含水高。聯(lián)合站原油脫水處理過程中，多數(shù)采用加熱工藝，加熱原油含水量高，稠油、特稠油比例越來越大，原油脫水溫度要求高，加熱系統(tǒng)能耗大。降低原油處理站熱力能的消耗，可有效地降低成本，從而提高油田開發(fā)整體的經(jīng)濟(jì)效益。勝利油田發(fā)現(xiàn)至今已有50年歷史，目前油田年產(chǎn)油量約2700×104t，采出液綜合含水約90%。勝利油田現(xiàn)有原油聯(lián)合站（處理站）50座，建成原油脫水能力約4800×104t/a，聯(lián)合站投產(chǎn)運(yùn)行已達(dá)18年以上。隨著油田的不斷開發(fā)，稠油、特稠油（原油相對(duì)密度0.92以上）比例越來越大。由于處于油田開發(fā)中后期，所有處理站進(jìn)站來液含水高達(dá)90%以上，最高達(dá)到96%。聯(lián)合站脫水過程中，多數(shù)采用加熱工藝，含水量高，加熱系統(tǒng)能耗大。

原油聯(lián)合站站內(nèi)能耗主要包括燃料的熱能消耗、電能消耗和化學(xué)能消耗三個(gè)方面，主要是熱力能的消耗，并且所涉及的方面較多，系統(tǒng)復(fù)雜。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，只對(duì)加熱系統(tǒng)熱能消耗進(jìn)行研究，分析節(jié)能潛力，旨在降低生產(chǎn)成本。

2 原油脫水流程節(jié)能潛力分析

聯(lián)合站原油脫水處理系統(tǒng)能耗大小與被加熱原油含水率高低有關(guān)。通常采用三相分離器游離水預(yù)脫除技術(shù)來降低站內(nèi)熱能能耗。根據(jù)進(jìn)站原油油品性質(zhì)及其加熱工藝不同，結(jié)合勝利油田原油進(jìn)站脫水處理實(shí)際，將原油脫水處理流程分為四類并分別進(jìn)行能耗分析。

2.1 流程I類：一級(jí)加熱+大罐多級(jí)沉降化學(xué)脫水

普通稠油（原油相對(duì)密度0.92～0.95）、特超稠油（原油相對(duì)密度大于0.95）開發(fā)比例逐步增加。對(duì)于該類進(jìn)站高含水稠油、特稠油，可采用一級(jí)加熱+大罐沉降化學(xué)脫水流程進(jìn)行處理（圖1）。

圖1 樂安聯(lián)合站原油脫水系統(tǒng)示意圖

勝利油田采用該流程的聯(lián)合站有樂安、義和、埕東、飛雁灘、東三、東四等共27座。盡管各站流程各異，但共同的特點(diǎn)是原油脫水進(jìn)行一級(jí)加熱。從表1可以看出，脫水處理原油相對(duì)密度大，加熱水負(fù)荷占系統(tǒng)熱負(fù)荷的比例較高，高達(dá)60%～85%。其中，樂安聯(lián)合站站內(nèi)能耗最大，噸油處理耗能折算成消耗燃料油約12.27 kg，則每天消耗的燃料油高達(dá)18.4 t。

2.2 流程II類：二級(jí)加熱+大罐多級(jí)沉降化學(xué)脫水（或加電脫水）

采用三次采油或聚合物驅(qū)開發(fā)的油田稠油，這類原油共同特點(diǎn)是原油黏度高，油水密度差縮小，原油脫水難度比較大，脫水流程長，原油脫水溫度高。通常采用二級(jí)加熱+大罐多級(jí)沉降化學(xué)脫水流程（圖2），或采用二級(jí)分離+二級(jí)加熱+大罐多級(jí)沉降化學(xué)脫水流程。

表1 勝利油田一級(jí)加熱流程部分聯(lián)合站能耗分析

圖2 濱南稠油首站原油脫水系統(tǒng)示意圖

勝利油田采用這類流程的站有濱南稠油首站、盤二聯(lián)、陳莊聯(lián)、東一聯(lián)（有穩(wěn)定）、東二聯(lián)（有穩(wěn)定）5座。這類站的共同特點(diǎn)是原油黏度高，油水密度差縮小，原油脫水難度比較大，脫水流程長，脫水溫度高。從表2可以看出，除盤二聯(lián)合站外，其他4站均有較大潛力，加熱水負(fù)荷占系統(tǒng)熱負(fù)荷比例達(dá)到50%～84%。其中，東二聯(lián)站內(nèi)能耗最大，噸油處理耗能折算成消耗燃料油高達(dá)14.17 kg。

表2 勝利油田二級(jí)加熱流程聯(lián)合站能耗分析

2.3 流程III類：三相分離器預(yù)分水+電脫水+原油穩(wěn)定

這類流程主要適應(yīng)于油品密度（原油相對(duì)密度低于0.9）較低中質(zhì)油。進(jìn)站原油經(jīng)過三相分離器、大罐沉降預(yù)分水后，加熱爐僅僅對(duì)電脫水器處理后的低含水原油進(jìn)行加熱，加熱系統(tǒng)能耗相對(duì)較低（圖3）。

勝利油田辛一聯(lián)、辛三聯(lián)、102聯(lián)、臨盤二首站、渤三聯(lián)共5座站采用該流程。從表3可以看出，除盤二聯(lián)合站外，其他4站均有較大潛力，被加熱油含水率10%～40%，加熱水負(fù)荷占系統(tǒng)熱負(fù)荷比例8%～28%。除辛一聯(lián)、渤三聯(lián)外，其余3座聯(lián)合站噸油處理耗能折算成消耗燃料油僅為2 kg左右，加熱系統(tǒng)能耗較低。

圖3 辛一聯(lián)合站原油脫水系統(tǒng)示意圖

表3 勝利油田預(yù)分水熱流程聯(lián)合站能耗分析

2.4 流程IV類（脫水站）： 一次加熱+大罐沉降化學(xué)脫水

進(jìn)站原油油品相對(duì)密度較小，站內(nèi)將含水油進(jìn)行加熱沉降后，輸送到聯(lián)合站處理，不直接外輸合格原油（圖4）。

圖4 永一聯(lián)合站原油脫水系統(tǒng)示意圖

勝利油田這類站較少，代表性的是永一聯(lián)。從表4可以看出，永一聯(lián)被加熱油含水率為5%～20%，噸油處理耗能折算成消耗燃料油僅為1.49 kg，加熱系統(tǒng)能耗較低。

表4 簡單脫水站節(jié)能潛力分析

綜合來看，隨著稠油油田開采及三次采油、注聚合物等影響，普通稠油、超稠原油相對(duì)密度大、黏度高，站內(nèi)原油脫水溫度要求高，加熱水負(fù)荷（超過60%以上）比例大，原油脫水系統(tǒng)能耗大。根據(jù)對(duì)勝利、中原、河南等油田現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，噸油處理耗能折算耗油平均高達(dá)8～14 kg，有很大的節(jié)能潛力（第I、II類流程）。

對(duì)于相對(duì)密度較小、黏度略低的原油，直接采用三相分離器預(yù)分水后，進(jìn)行加熱脫水處理，系統(tǒng)能耗較低（第III類流程），噸油處理耗能折算耗油平均為2～4 kg，節(jié)能潛力不大。對(duì)于處理原油相對(duì)密度低的脫水站（第IV類流程），站內(nèi)噸油處理耗能折算耗油平均為1 kg左右，系統(tǒng)能耗低，基本沒有節(jié)能潛力。

3 設(shè)備不保溫?zé)崮苣芎姆治?/h2>

設(shè)備、管道的散熱是熱力系統(tǒng)中熱量損失的重要組成部分，選擇性價(jià)比較為合理的保溫材料對(duì)降低熱能損失，提高效益非常重要。通常，站內(nèi)油氣處理系統(tǒng)的管線及處理設(shè)備多數(shù)進(jìn)行了保溫。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分油田儲(chǔ)油罐沒有進(jìn)行保溫。每個(gè)罐由于原油的停留時(shí)間不同，溫降是不同的，最高溫降達(dá)12℃，存在一定的熱能損耗。

對(duì)于站內(nèi)油罐具體保溫工程，須根據(jù)不同的氣候及站內(nèi)工藝流程及參數(shù)進(jìn)行大罐傳熱計(jì)算、節(jié)能分析、合理選擇保溫材料及厚度，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析比較。當(dāng)其他條件相同時(shí)，沉降罐的罐容越大，則每經(jīng)過一次沉降過程，節(jié)約的原油就愈多，節(jié)能效果越明顯；而當(dāng)其他條件相同時(shí)，氣候條件越惡劣，則保溫的效益就越好。通常，在計(jì)算其經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，影響因素較多，如罐的外型尺寸、罐的充滿程度、進(jìn)罐溫度、停留時(shí)間、保溫形式等。

經(jīng)過測(cè)算，對(duì)勝利油田采油廠聯(lián)合站等大罐及脫水器進(jìn)行保溫措施，預(yù)計(jì)可以減少散熱損耗折算原油0.6 t/d。

4 站內(nèi)原油脫水系統(tǒng)節(jié)能對(duì)策

低油價(jià)條件下，中國石化緊緊圍繞經(jīng)濟(jì)效益這個(gè)中心，地面工程節(jié)能減排、降本增效任重道遠(yuǎn)。中國石化老油田開發(fā)進(jìn)入中后期，隨著稠油油田開采及三次采油、注聚合物等影響，稠油或超稠原油相對(duì)密度（0.90以上）大、黏度高，脫水溫度要求高，站內(nèi)加熱能耗大。因此，這類站（I類、II類流程）原油脫水處理能耗節(jié)能潛力很大，是油田聯(lián)合站脫水系統(tǒng)節(jié)能改造的重點(diǎn)。

4.1 積極推廣預(yù)分水技術(shù)

中國石化勘探開發(fā)研究院地面所目前已經(jīng)成功研制出國內(nèi)首套一體化預(yù)分水裝置（圖5），預(yù)分水的分水比達(dá)到50%，大大降低加熱負(fù)荷。在原油處理站采用先脫水后加熱流程，降低加熱原油的含水率，實(shí)施節(jié)能改造。

圖5 中國石化勘探院地面所一體化預(yù)分水裝置

4.2 優(yōu)化控制加熱爐運(yùn)行

近些年，最新的傳熱、換熱和燃燒技術(shù)在加熱爐制造中得以應(yīng)用，新產(chǎn)品主要有真空加熱爐、常壓高效節(jié)能水套加熱爐、分體相變加熱爐等，設(shè)計(jì)效率最高可達(dá)到90%。勝利油田孤四聯(lián)合站應(yīng)用了2臺(tái)分體式相變爐，用于含水油的加熱升溫，在實(shí)際使用過程中取得了較好的效果。通過測(cè)試，熱效率達(dá)到約89%，高于此前在用水套爐13個(gè)百分點(diǎn)。

4.3 加強(qiáng)站內(nèi)流程換熱改造，提升熱能利用效率

在聯(lián)合站原油穩(wěn)定后凈化油直接外輸。通常,原油穩(wěn)定塔出口原油穩(wěn)定高達(dá)90℃以上，在原油外輸之前使其與進(jìn)加熱爐的含水原油進(jìn)行換熱，又能提高加熱爐的進(jìn)油溫度，減少了燃油量。例如，勝利油田辛一聯(lián)合站將穩(wěn)定塔出口熱油（90～95℃）經(jīng)換熱器換熱后外輸，站內(nèi)能耗明顯下降，節(jié)能效果顯著。

4.4 加強(qiáng)稠油、特稠油脫水專項(xiàng)技術(shù)研究

勝利孤東等許多老油田的原油綜合含水高達(dá)90%以上，注聚合物開發(fā)使液體性質(zhì)變差，油水分離效果差，原料油進(jìn)加熱爐含水高，消耗掉大量燃料。

稠油、高含水含聚合物原油和含鹽原油等所占的比例越來越大，需要地面工程進(jìn)一步創(chuàng)新原油處理技術(shù)。如何提高稠油、特稠油處理站的分水率還應(yīng)開展一系列破乳、分水專項(xiàng)技術(shù)研究工作，節(jié)能潛力巨大。