勝利油田東辛102聯(lián)合站仿真及節(jié)能改造

于景華1，朱玉泉2

(1.中北大學(xué)朔州校區(qū)動(dòng)力與機(jī)械教研室,山西朔州036002;

2.朔州市農(nóng)業(yè)機(jī)械管理局,山西朔州036002)

摘要：為了最大限度減少勝利油田東辛102聯(lián)合站能耗，合理利用能源，采用勝利油田集輸系統(tǒng)仿真軟件對(duì)東辛102聯(lián)合站進(jìn)行仿真，得出了該站各種設(shè)備的耗能或熱損失，并對(duì)其分析，提出了三種工藝流程改造方案，分析對(duì)比改造前后東辛102聯(lián)合站工藝流程耗能情況，選擇對(duì)穩(wěn)定塔保溫方案，節(jié)能效果最明顯。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合站；耗能；工藝流程；仿真；節(jié)能改造

中圖分類號(hào)：TE832.3`+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-6339 (2015) 05-0474-03

Abstract：In order to minimize energy consumption of the Shengli Oilfield Dongxin 102 joint station and use energy more effectively,Shengli Oilfield Gathering and transportation system simulation software is used to simulate the Dongxin 102 joint station, the energy consumption of the various devices or heat loss is obtained and analyzed. Three kinds of technical schemes were proposed，and the energy consumption of technological process was compared before and after modification.Thus insulation of stabilization tower is selected, because the energy saving effect of this scheme is obvious.

收稿日期2014-11-25修訂稿日期2015-01-03

作者簡(jiǎn)介：于景華(1978~)，女，碩士研究生,研究方向?yàn)楣に嚵鞒獭?/p>

Dong Xin102 Station of Sheng Li Oilfield Simulation and Energy Saving

YU Jing-hua1,Zhu Yu-quan2

(1.Department Of Power And Machinery Engineering,North University Of China,Shuozhou

036002,China;2.Shouzhou City Administration of Agricultural Machinery, Shuozhou 036002,China)

Key words：joint station;energy consumption;technological process;simulation;energy-saving reform

0前言

油氣集輸系統(tǒng)是油田生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，聯(lián)合站是油氣集輸系統(tǒng)的最重要組成部分。聯(lián)合站對(duì)各計(jì)量站或轉(zhuǎn)油站來液進(jìn)行集中處理，包括油氣水分離、原油處理(脫水)、原油穩(wěn)定、輕油回收、天然氣凈化以及采出水處理和回注等。聯(lián)合站具有系統(tǒng)龐大、設(shè)備多、能耗高、用能環(huán)節(jié)多且復(fù)雜等特點(diǎn)，各工藝之間相互影響、相互制約、相互關(guān)聯(lián)，是—個(gè)復(fù)雜的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)[1-2],是油田生產(chǎn)的主要耗能環(huán)節(jié)。隨著油田進(jìn)入高含水的開發(fā)后期，油氣處理的難度和成本都急劇增加。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源消費(fèi)急劇增加，而可利用的能源有限。因此，提高能源利用率、做好節(jié)能降耗工作，對(duì)解決能源問題有著十分重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在集輸系統(tǒng)節(jié)能降耗的應(yīng)用研究方面做了大量的工作，但主要研究重點(diǎn)都以提高設(shè)備效率、簡(jiǎn)化工藝流程或局部的性能分析為目標(biāo)，雖取得了良好的應(yīng)用效果，但仍屬于低層次的局部節(jié)能[3]。節(jié)能工作的發(fā)展經(jīng)歷了這樣幾個(gè)過程：第一階段，屬于“撿浮財(cái)”階段，主要表現(xiàn)在回收余熱，堵塞“跑、冒、滴、漏”，但在此階段著眼的只是單個(gè)余熱流，而不是整個(gè)熱回收系統(tǒng)；第二階段，考慮單個(gè)設(shè)備的節(jié)能，例如將蒸發(fā)設(shè)備從雙效改為三效，采用熱泵裝置，強(qiáng)化換熱器的傳熱等；第三階段，也就是現(xiàn)在所處的階段，考慮過程系統(tǒng)節(jié)能，這是由于90年代以來過程系統(tǒng)工程學(xué)的發(fā)展，使人們認(rèn)識(shí)到，要設(shè)計(jì)一個(gè)能耗最小、費(fèi)用最少和對(duì)環(huán)境污染最少的過程工業(yè)工廠，就必須把整個(gè)系統(tǒng)集成起來作為一個(gè)有機(jī)結(jié)合的整體來看待，達(dá)到整體設(shè)計(jì)最優(yōu)化[4]。

我們選取東辛102聯(lián)合站為研究對(duì)象，通過勝利油田集輸系統(tǒng)仿真軟件對(duì)聯(lián)合站各種設(shè)備進(jìn)行仿真計(jì)算，分析對(duì)比改造前后設(shè)備的耗能情況，從而選擇最節(jié)能的方案進(jìn)行改造。

1東辛102聯(lián)合站仿真

從102聯(lián)合站的整個(gè)工藝流程看，其熱能消耗主要為脫水加熱爐。而影響加熱爐的能耗的重要因素，除加熱爐本身的特性及運(yùn)行狀況，就是被加熱介質(zhì)(含水原油)的含水率。在保證達(dá)到同樣出口溫度的前提下，被加熱介質(zhì)含水率越高，燃油消耗量越大，而原油含水率主要與聯(lián)合站脫水工藝緊密相關(guān)，因此，脫水工藝運(yùn)行情況的好壞，直接影響著整個(gè)聯(lián)合站的能耗情況[5]。目前，102聯(lián)合站原油脫水工藝主要包括：井排進(jìn)站加藥破乳、三相分離器分離、大罐重力沉降脫水、原油加熱換熱、電脫水和原油穩(wěn)定四部分[6]。

東辛102聯(lián)合站工藝流程圖如圖1。

東辛102站的主要設(shè)備清單如表1。

圖1　東辛102站的工藝流程

表1東辛102聯(lián)合站的主要設(shè)備

設(shè)備名稱規(guī)格或型號(hào)運(yùn)行數(shù)量設(shè)備名稱規(guī)格或型號(hào)運(yùn)行數(shù)量分離器Ф4000×177163臺(tái)凈化罐2000m31臺(tái)緩沖罐Ф10000×100001臺(tái)脫水泵150SF-781臺(tái)沉降罐5000m31臺(tái)外輸泵DYJ120-55X31臺(tái)加熱爐GW2500-Y/1.6Y2臺(tái)換熱器100m21臺(tái)電脫水器Ф3000×126003臺(tái)穩(wěn)定塔2000m31臺(tái)

東辛102聯(lián)合站基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)如表2。

表2基礎(chǔ)參數(shù)表

基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)土壤導(dǎo)熱系數(shù)/W·m-1·℃-12環(huán)境年平均氣溫/℃20年平均風(fēng)速/m·s-17.6外輸油溫度/℃65外輸油壓力/MPa1.8外輸油含水/[%]0.1燃?xì)獾臀粺?kJ·m338148.77氣相密度(標(biāo)況下)/kg·m-31油相密度(標(biāo)況下)/kg·m-3959水相密度(標(biāo)況下)kg·m-31000

東辛102聯(lián)合站入口參數(shù)數(shù)據(jù)如表3。

表3入口參數(shù)表

來液液量/m3·h-1含水率/[%]氣油比溫度/℃壓力/MPa井排來液900908590.5Y66來液27.8400590.5

《勝利油田集輸系統(tǒng)能量分析與仿真系統(tǒng)軟件平臺(tái)》是勝利油田設(shè)計(jì)開發(fā)的一個(gè)集輸系統(tǒng)仿真軟件平臺(tái)，廣泛應(yīng)用于油田的集輸系統(tǒng)，計(jì)算精確度較高。通過軟件對(duì)東辛102聯(lián)合站進(jìn)行仿真，輸出結(jié)果如表4。

表4主要設(shè)備的散熱損失

設(shè)備名稱數(shù)值三相分離器(散熱)/MJ·h-12447.28緩沖罐(散熱)/MJ·h-11002.96沉降罐(散熱)/MJ·h-12176.56脫水泵(耗電)/MJ·h-1367.74換熱器(散熱)/MJ·h-1550.046加熱爐(耗能)/MJ·h-121792.38電脫水器(耗電)/MJ·h-1943.15穩(wěn)定塔(散熱)/MJ·h-14123.8凈化罐(散熱)/MJ·h-12091.24外輸泵(耗電)/MJ·h-191.12

2東辛102聯(lián)合站節(jié)能改造

2.1　降低聯(lián)合站外輸油溫度

對(duì)東辛102聯(lián)合站的出站的外輸管線進(jìn)行保溫，在保證聯(lián)合站的工藝流程正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，我們把聯(lián)合站原油出站的溫度降低到60℃,其他工藝流程都不變。

降低出站外輸溫度后主要設(shè)備消耗的能量對(duì)比表如表5。

表5外輸管線原油溫度降低到60℃前后主要設(shè)備能量消耗或散熱能量

設(shè)備名稱改造前數(shù)值改造后數(shù)值三相分離器(散熱)/MJ·h-12447.282452.68緩沖罐(散熱)/MJ·h-11002.961005.84沉降罐(散熱)/MJ·h-12176.562182.68脫水泵(耗電)/MJ·h-1367.74367.71換熱器(散熱)/MJ·h-1550.046553.35加熱爐(耗能)/MJ·h-121792.3818694.47電脫水器(耗電)/MJ·h-1943.15949.15穩(wěn)定塔(散熱)/MJ·h-14123.83850.2凈化罐(散熱)/MJ·h-12091.241855.08外輸泵(耗電)/MJ·h-191.1291.63

對(duì)東辛102聯(lián)合站出站口外輸管線進(jìn)行了保溫，降低外輸管線油液的溫度，減少了主要設(shè)備加熱爐的燃料消耗，加熱爐消耗能量降低了3 097.91 MJ/h，泵的電量消耗基本不變。

2.2　電脫水器分離出來的污水進(jìn)行回?fù)?/h2>

將電脫水分離出來的污水回?fù)降匠两倒?，改造后的工藝流程圖如圖2。

圖2　污水回?fù)礁脑旌蠊に嚵鞒虉D

通過軟件仿真計(jì)算,改造前后主要設(shè)備消耗的能量或散熱對(duì)比表見表6

表6工藝流程改造前后設(shè)備的能量消耗或散熱

設(shè)備名稱改造前數(shù)值改造后數(shù)值三相分離器(散熱)/MJ·h-12447.282464.56緩沖罐(散熱)/MJ·h-11002.961008.72沉降罐(散熱)/MJ·h-12176.562570.04脫水泵(耗電)/MJ·h-1367.74376.12換熱器(散熱)/MJ·h-1550.046406.59加熱爐(耗能)/MJ·h-121792.3817109.84電脫水器(耗電)/MJ·h-1943.15953.15穩(wěn)定塔(散熱)/MJ·h-14123.83690凈化罐(散熱)/MJ·h-12091.242094.84外輸泵(耗電)/MJ·h-191.1291.12

電脫水器脫出的高溫污水回?fù)降匠两倒?，可以有效的提高沉降罐后續(xù)工序的油液溫度，主要設(shè)備加熱爐的耗能降低了4 682.54 MJ/h，大量節(jié)約成本。

2.3　對(duì)穩(wěn)定塔進(jìn)行保溫

對(duì)東辛102聯(lián)合站的穩(wěn)定塔進(jìn)行保溫，在保證聯(lián)合站的工藝流程正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，其他工藝流程都不變。采用40 mm巖棉材料保溫，密度為100 kg/m3,在100℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為0.051 2 W/(m·℃)，材料最高允許溫度為600℃，完全滿足穩(wěn)定塔的溫度要求，見表7。

表7穩(wěn)定塔保溫前后主要設(shè)備能量消耗或散熱

設(shè)備名稱改造前數(shù)值改造后數(shù)值三相分離器(散熱)/MJ·h-12447.282452.68緩沖罐(散熱)/MJ·h-11002.961005.84沉降罐(散熱)/MJ·h-12176.562182.68脫水泵(耗電)/MJ·h-1367.74367.71換熱器(散熱)/MJ·h-1550.046587.6加熱爐(耗能)/MJ·h-121792.3811982.34電脫水器(耗電)/MJ·h-1943.15943.18穩(wěn)定塔(散熱)/MJ·h-14123.8219.6凈化罐(散熱)/MJ·h-12091.242088.36外輸泵(耗電)/MJ·h-191.1291.12

穩(wěn)定塔散失的熱量是所有設(shè)備中最多的，因此我們加保溫層，對(duì)其保溫，減少散熱損失。通過對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)改造以后，加熱爐能耗降低了9 810.04 MJ/h。

3結(jié)論

(1)通過對(duì)東辛102聯(lián)合站設(shè)備耗能和散熱計(jì)算，從表4可以看出加熱爐消耗的燃料能和脫水泵電脫水器外輸泵消耗的電能是整個(gè)聯(lián)合站輸入能量。從表5、表6和表7看出電能的消耗在改造前后基本不變。

(2)加熱爐消耗的燃料能是影響東辛102整個(gè)聯(lián)合站能耗的主要因素，要對(duì)東辛102聯(lián)合站進(jìn)行節(jié)能改造主要是降低加熱爐消耗的燃料，但同時(shí)要滿足工藝流程對(duì)溫度的要求。降低東辛102站出站口外輸油溫度和電脫水出來的污水回?fù)降揭淮纬两倒?，就可以提高后續(xù)工藝的溫度，減少加熱爐的燃料消耗。

(3)在東辛102聯(lián)合站中，沉降脫水工藝流程中，分離器、緩沖罐、沉降罐的散熱損失小，而穩(wěn)定塔的散熱損失對(duì)聯(lián)合站能耗的影響比上三個(gè)設(shè)備散熱損失影響大的多，所以選擇對(duì)穩(wěn)定塔設(shè)備進(jìn)行保溫。

(4)對(duì)比東辛102站三種節(jié)能措施，降低外輸油溫度、電脫水出來的污水回?fù)胶蛯?duì)穩(wěn)定塔保溫，在資金一定的情況下，優(yōu)先選擇對(duì)穩(wěn)定塔進(jìn)行保溫，節(jié)能效果最好。

(5)在實(shí)際改造中，對(duì)穩(wěn)定塔進(jìn)行保溫，可以節(jié)省大約9 000 MJ/h。計(jì)算結(jié)果和實(shí)際基本吻合。

參考文獻(xiàn)

[1]馮叔初，郭睽常，王學(xué)敏.油氣集輸[M].北京：石油大學(xué)出版社，1988.

[2]王利華.油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能探討[J].經(jīng)營(yíng)管理者,2010(21):367.

[3]閆江濤,王坤,楊帥,等.油田集輸系統(tǒng)能耗與節(jié)能研究綜述[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012(1):295-296.

[4]馮霄.化工節(jié)能原理和技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[5]朱玉泉，李振林.聯(lián)合站能耗灰色關(guān)聯(lián)分析[J].節(jié)能技術(shù)，2008,26(6):560-562.

[6]馮國(guó)棟，朱玉泉.油田聯(lián)合站能耗“三環(huán)節(jié)”評(píng)價(jià)[J].節(jié)能技術(shù)，2009,27(3):212-215.