楊金惠 姚海斌 侯新偉 梁昌晶 周亮

（1.河北華北石油路橋工程有限公司；2.中國石油華北油田公司供水供電服務中心；3.中國石油華北油田公司港華設(shè)計院；4.北京時代博誠能源科技有限公司）

熱電聯(lián)供技術(shù)在華北油田某聯(lián)合站系統(tǒng)應用的可行性

楊金惠1姚海斌2侯新偉2梁昌晶3周亮4

（1.河北華北石油路橋工程有限公司；2.中國石油華北油田公司供水供電服務中心；3.中國石油華北油田公司港華設(shè)計院；4.北京時代博誠能源科技有限公司）

加熱爐做為油田主要的用能設(shè)備之一，其能耗一直居高不下，而且燃油加熱爐的排放一直無法達到國家環(huán)保要求。針對這些問題，對華北油田某聯(lián)合站采用熱電聯(lián)供技術(shù)進行加熱爐燃油替代，技術(shù)應用后站內(nèi)伴生氣可全部回收利用，滿足站內(nèi)全部用電及用熱需求，年節(jié)約費用100萬元，解決了伴生氣放空造成的浪費和環(huán)境污染問題，社會和經(jīng)濟效益顯著，成熟后可在各油田推廣使用。

加熱爐；熱電聯(lián)供；負荷分析

熱電聯(lián)供技術(shù)主要是利用站內(nèi)伴生氣通過發(fā)電機做功將熱能轉(zhuǎn)變成高品位的電能[1]，同時對發(fā)電余熱進行回收滿足站內(nèi)用熱需求，可減少原油消耗、增加原油產(chǎn)量，實現(xiàn)能源梯級利用，提升一次能源利用率[2-3]。

1 用能情況

該聯(lián)合站主要是將油田開采出來的原油和天然氣進行收集、儲存、輸送和初步處理加工，負責將油井采出的石油氣、液混合物經(jīng)過管道輸至油氣處理站進行氣液分離和脫水處理等一系列復雜的工藝過程。

1）用電情況。聯(lián)合站主要用電設(shè)備包括110kW注水泵2臺，132kW熱水循環(huán)泵2臺（一用一備），注水系統(tǒng)用電功率100kW，抽油井用電功率50kW，其余用電設(shè)備用電功率較小。聯(lián)合站用電主要來源于油田水電廠，用電電價0.769元/kWh，上網(wǎng)電價0.709元/kWh。

2）用熱情況。聯(lián)合站用熱主要包括采暖及工藝用熱，站內(nèi)有3MW燃氣鍋爐2臺，一用一備，鍋爐長期處于低負荷運行。加熱爐主要為管線伴熱、冬季采暖、站內(nèi)維溫及換熱器提供熱量。

3）伴生氣情況。聯(lián)合站夏季伴生氣產(chǎn)量3500m3/d，自用氣量1200m3/d，排空量2300m3/d。冬季天然氣產(chǎn)量2500m3/d，自用氣量1680m3/d，排空量820m3/d。熱電聯(lián)供主要是利用這部分排空伴生氣量，解決伴生氣放空造成的浪費和環(huán)境污染。

4）用冷情況。站區(qū)辦公室采用各房間分體式電制冷空調(diào)制冷，制冷負荷較小，不考慮冷負荷要求。

2 設(shè)計原則

熱電聯(lián)供系統(tǒng)由高度智能化的控制系統(tǒng)集中控制，實現(xiàn)發(fā)電機組和余熱利用設(shè)備的連鎖運行，不同的熱電負荷情況下按不同的運行策略運行，可實現(xiàn)無人值守[4]。經(jīng)過對聯(lián)合站各項數(shù)據(jù)的認真研究，設(shè)計遵循如下原則：

根據(jù)熱電聯(lián)供設(shè)計規(guī)范以及國家相關(guān)設(shè)計標準、規(guī)范進行設(shè)計；以確保能源供應工藝科學、運行可靠、節(jié)能經(jīng)濟為設(shè)計目標；結(jié)合建設(shè)項目在建筑、負荷、能源供應等方面的設(shè)計資料，有針對性的制定熱電聯(lián)供系統(tǒng)方案；在滿足設(shè)計標準的基礎(chǔ)上，積極采用節(jié)能、節(jié)水和低排放技術(shù)。

3 技術(shù)方案

主要解決天然氣排空問題，增加發(fā)電機組不會影響聯(lián)合站工藝系統(tǒng)，分布式能源系統(tǒng)不考慮備用機組。分布式能源系統(tǒng)采用并網(wǎng)方式運行，滿足聯(lián)合站部分電力負荷，其余不足部分由原系統(tǒng)提供。余熱利用設(shè)備主要包括煙氣換熱器、缸套水換熱器等換熱設(shè)備[5]。系統(tǒng)利用排空天然氣發(fā)電，余熱滿足廠區(qū)采暖及工藝用熱。根據(jù)生產(chǎn)情況，該聯(lián)合站用電負荷較大，伴生氣可全部或部分在熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電站內(nèi)消化。

表1 發(fā)電機組參數(shù)

設(shè)計說明：伴生氣燃燒熱值按照55MJ/m3，發(fā)電熱值按照40MJ/m3；發(fā)電機組效率按照35%，發(fā)電機組余熱利用效率按照45%計算。

站內(nèi)伴生氣夏季產(chǎn)量145m3/h，自用50m3/h，原自用熱負荷為610kW。若伴生氣全部用于發(fā)電，發(fā)電功率為560kW，發(fā)電余熱為720kW，發(fā)電余熱大于原自用熱負荷，發(fā)電余熱可滿足系統(tǒng)用熱需求；站內(nèi)伴生氣冬季產(chǎn)量104m3/h，自用70m3/h，原自用熱負荷為850kW。若伴生氣全部用于發(fā)電，發(fā)電功率為400kW，發(fā)電余熱量為510kW，發(fā)電余熱小于原自用熱負荷，所以冬季伴生氣若全部用于發(fā)電，發(fā)電余熱不滿足系統(tǒng)用熱需求。由于伴生氣燃燒熱值較高，冬季考慮利用部分伴生氣發(fā)電，剩余伴生氣用于原鍋爐系統(tǒng)。根據(jù)原系統(tǒng)自用熱負荷可反推系統(tǒng)自用氣為45m3/h，用于發(fā)電耗氣量為59m3/h。發(fā)電功率為230kW，發(fā)電余熱量300kW。部分伴生氣燃燒熱負荷為550kW。

根據(jù)計算結(jié)果確定系統(tǒng)發(fā)電機組配置，考慮2臺500kW發(fā)電機組，分兩期建設(shè)，一期建設(shè)1臺，聯(lián)合站內(nèi)伴生氣量增加后再建設(shè)1臺。發(fā)電機組參數(shù)見表1。

4 經(jīng)濟效益分析

夏季天然氣充足時2臺機組同時運行4000h，冬季天然氣量少時1臺機組運行4000h。全年發(fā)電量316×104kWh。聯(lián)合站用電電價0.769元/kWh，全年節(jié)省電費243萬元。電力上網(wǎng)費用0.06元/kWh，上網(wǎng)支出19萬元。全年發(fā)電收益224萬元。分布式能源系統(tǒng)運行后可減少原燃氣鍋爐運行人員4人，增加系統(tǒng)效益40萬元，運行總收益264萬元。

系統(tǒng)運行后自耗電5萬元，系統(tǒng)備件及潤滑油消耗費20萬元，燃氣處理費5萬元，維護人員工資30萬元，發(fā)電機組大修費6萬元，設(shè)備折舊費34萬元。運行總支出100萬元。項目總投資575萬元，投資回收期3.5年。

5 結(jié)論與建議

1）能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級利用，具有節(jié)能環(huán)保、靈活經(jīng)濟等特點，是油氣行業(yè)節(jié)能減排的有效手段，可以在油氣開采、油氣集輸以及在油氣轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)推廣應用[6]。

2）系統(tǒng)運行后，年節(jié)省市電292×104kWh，年節(jié)省標煤1000t，減少CO2排放2500t，減少SO2排放75t，減少NOx物排放38t。年節(jié)約費用100萬元，3.5年可收回成本。

3）能夠促進油氣行業(yè)的節(jié)能減排，改善油氣產(chǎn)區(qū)的自然環(huán)境和油田職工的生活條件，提高油田供能安全，增強油氣企業(yè)對缺少社會配套條件地區(qū)的適應性。

4）由于伴生氣中往往會含有不等量水、硫和重烴組分，所以對伴生氣在直燃或者發(fā)電之前進行脫水、脫硫和脫碳的預處理就顯得尤為重要，也是下一步需要完善和改進的地方。

[1]武傳燕，李曉慶，徐穎，等.稠油油田熱電聯(lián)供技術(shù)的探索[J].油氣田地面工程，2009，28（12）：8-10.

[2]楊干，翟曉強，鄭春元，等.國內(nèi)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].化工學報，2015，66（S2）：1-9.

[3]萬力利.熱采稠油區(qū)塊熱電聯(lián)供技術(shù)研究[D].大慶：東北石油大學，2013.

[4]徐寶珠.淺析油氣田加熱爐能效現(xiàn)狀與提效對策[J].化工管理，2015，9（11）：165-166.

[5]許彥博.輸油管道加熱爐技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].油氣儲運，2009，28（12）：1-3.

[6]孟嵐，趙雪峰，韋振光，等.油田加熱爐的應用現(xiàn)狀與提效技術(shù)方向[J].石油石化節(jié)能，2015，28（12）：33-35.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.005

楊金惠，工程師，2008年畢業(yè)于河北工程大學（工程管理專業(yè)），從事油氣田地面建設(shè)工作，E-mail：lq_yjh@petrochina.com.cn，地址：河北省任丘市華北油田公司路橋工程有限公司，062552。

2017-05-03

（編輯賈洪來）