劉軒宇 單華 張效東 王倩倩 何偉 劉君臣

（中國石油塔里木油田分公司天然氣事業(yè)部）

天然氣作為清潔能源，近年來發(fā)展很快，在能源消耗的占有比例上也越來越高。在氣田生產(chǎn)過程中，對天然氣閃蒸氣的回收，防止水合物的生成等方面必然會消耗大量電能，通過對耗電設備進行優(yōu)化運行研究，可產(chǎn)生大量經(jīng)濟效益。迪那氣田自投產(chǎn)以來就把低成本生產(chǎn)作為精細管理的目標之一進行控制，在電伴熱優(yōu)化運行、空壓機時序優(yōu)化、燃料氣電加熱器停運等方面積累了重要經(jīng)驗，全年節(jié)約電能297.16×104kWh。

1 氣田處理工藝及主要耗電設備

來自氣井井底的原料氣進入油氣處理廠后，一般要脫水以滿足水露點的要求，同時回收部分重烴組分，滿足烴露點的要求，以防止在長輸管線中析出液態(tài)水和烴而影響管輸效率；同時，重烴成分經(jīng)過分餾穩(wěn)定或輕烴回收裝置處理后單獨外賣，以獲得較高的經(jīng)濟效益。脫水一般采用分子篩脫水或三甘醇脫水工藝，如果井口有較高的壓力可以利用，也可采用低溫工藝將水和烴同時脫除[1]。

在對天然氣進行脫水脫烴的過程中，產(chǎn)生大量閃蒸氣，回收這部分閃蒸氣和烴類，以及大量輔助裝置設備，需要消耗大量電能。主要設備包括壓縮機、泵、空冷器、電加熱器、電伴熱、空冷器、燈等[2]。

2 氣田節(jié)電措施

2.1 電伴熱優(yōu)化運行

2.1.1 迪那氣田電伴熱使用概況

根據(jù)工藝運行情況，迪那氣田共采用4種規(guī)格型號的電伴熱，設計鋪設電伴熱約26 km，總功率約為1 000 kW，涵蓋了處理廠、集氣站以及單井內所有可能存在凍堵風險的管線。電伴熱是整個氣田的耗電大戶。結合工藝運行情況對電伴熱進行優(yōu)化運行，停用一部分不影響裝置正常運行的電伴熱，可實現(xiàn)節(jié)能降耗，產(chǎn)生較大經(jīng)濟效益[3]。

2.1.2 具體措施

1）處理廠電伴熱優(yōu)化運行。設計電伴熱時將所有可能存在凍堵風險的管線、設備、儀表都考慮進去，但實際運行時，部分設施不存在凍堵的風險：合格天然氣作為燃料氣的工藝管線、儀表和設備；含有乙二醇介質的管線；溫度較高的凝析油管線。將這些管線的電伴熱停運可大大減少電伴熱所消耗的電能。結合實際運行情況，迪那氣田油氣處理廠冬季共停用電伴熱管線35處，共計1 971 m，并將投運時間縮短，經(jīng)過計算每小時可減少功率152 kW。停運電伴熱統(tǒng)計見表1。

同時，將投運電伴熱時間由規(guī)定時間更改為結合實際情況投運。當連續(xù)5天環(huán)境最低溫度低于5℃時投運電伴熱；當連續(xù)5天環(huán)境最低溫度高于5℃時停運電伴熱。將電伴熱投運時間由151天減少至105天，共減少46天。

2）井場電伴熱優(yōu)化運行。迪那氣田現(xiàn)有集氣站3座，單井25口，為保證單井冬季安全運行，每口單井共有7處管線閥門和儀表需要安裝電伴熱。采氣樹、出站閥組的伴熱由1根電伴熱帶在采氣樹、出站閥組上繞行來實現(xiàn)對閥門管線和儀表進行伴熱，在繞行過程中多數(shù)電伴熱帶“只起到連接過渡”作用。起過渡作用的伴熱帶在伴熱過程中，由于完全暴露在外面，始終達不到其上限溫度，只能24 h發(fā)熱消耗大量電能，大約占電伴熱總耗電量的60%～70%，造成很大浪費。

表1 停運電伴熱統(tǒng)計

原每口單井電伴熱帶總長約45 m，改造后每口單井電伴熱帶總長約15 m。迪那氣田集輸系統(tǒng)共減少電伴熱帶750 m，每米功率為49 W，每小時可減少功率37 kW。單井電伴熱改造示意圖見圖1。

3）利用2口井暖管，停用電伴熱。由于設計原因，迪那2-3集氣站至DN204井的計量干線沒有流體流動，冬季發(fā)生過凍堵。當DN204井不計量時，DN2-17井至DN204井的計量干線無介質流動也會發(fā)生凍堵。為防止該段管線凍堵，計量干線上設置了電伴熱，冬季投用。經(jīng)分析研究，利用DN204井（產(chǎn)量26.1×104m3/d，二級節(jié)流后溫度30℃）和DN2-14井（產(chǎn)量37.6×104m3/d，二級節(jié)流后溫度57.18℃）2口井的井流物同時導入暖管流程。流程見圖2。

通過HYSYS軟件模擬，2口井暖管時在DN2-17井三通匯合處的溫度為23.82℃，高于水合物形成溫度（19.26℃），因此不會形成水合物，消除了管線凍堵的風險。同時，利用DN2-14井通過計量干線繞行至迪那2-3集氣站，DN2-17井大橋處的計量干線冬季運行時一直有高溫介質流動。經(jīng)過模擬，DN2-14井的介質到達DN2-17井大橋處的溫度約為45℃，遠遠高于水合物形成溫度（19.26℃），不會出現(xiàn)凍堵，因此停用了該段露出管線上的電伴熱，節(jié)約了電能。

DN2-17井大橋段安裝的電伴熱帶約有1 500 m，電伴熱功率為65 W/m。停用該處電伴熱后，在冬季運行期間（10月10日至3月15日）可節(jié)約電能36.27×104kWh。2.1.3 經(jīng)濟效益

通過實施上述節(jié)能措施，全年共節(jié)電194.3×104kWh。

圖1 單井電伴熱改造示意圖

2.2 空壓機時序調整

2.2.1 空壓機運行背景

迪那氣田油氣處理廠現(xiàn)有3臺空壓機，1用2備?？諌簷C在卸載時關閉進氣閥，不產(chǎn)生壓縮空氣，使機組呈空載狀態(tài)。由于干燥塔循環(huán)時間為10 min，期間左右塔各干燥5 min。在1天運行中干燥塔要切換288次，導致干燥塔及其空壓機出現(xiàn)下述問題：

1）在空壓機卸載停機時，由于干燥塔使用的是固態(tài)時間控制器，無法同步停止工作，造成干燥塔頻繁切換，浪費大量干燥氣用作再生氣[4]。

2）在空壓機卸載停機時，干燥塔繼續(xù)工作浪費干燥氣，造成壓縮空氣的不必要浪費，進一步加大空壓機的運行負荷，延長空壓機的運行時間。

圖2 暖管流程

2.2.2 具體措施

通過改造空壓機干燥塔控制程序來實現(xiàn)空壓機節(jié)能降耗，實現(xiàn)干燥塔吸附、再生與空壓機啟停機同步，延長原干燥塔切換時間間隔。

2.2.3 實施效果

改造前，空壓機每天加載時間為16 h，卸載時間為8 h。時序優(yōu)化調整后，空壓機每天運行時間為7 h，卸載時間為17 h，改變了以前干燥塔24 h連續(xù)運行的模式。同時，減少了干燥塔蝶閥的開關頻次，降低了干燥塔再生用氣量，減小了空壓機啟機頻次，縮短了空壓機加載運行時間。

2.2.4 經(jīng)濟效益

通過計算，空壓機時序改造后全年可節(jié)電20.7×104kWh。

2.3 停運燃料氣電加熱器

2.3.1 燃料氣裝置流程及參數(shù)

處理廠燃料氣（6.2～7.0 MPa）來自外輸氣零號閥室，經(jīng)電加熱器加熱至50℃再經(jīng)調節(jié)閥將壓力降低至0.5 MPa，然后去各個高壓燃料氣用戶；部分燃料氣經(jīng)自力式調節(jié)閥將壓力降低至0.18 MPa，然后去各個低壓燃料氣用戶（圖3）。

2.3.2 實施過程

通過HYSYS軟件模擬，計算出節(jié)流至0.18 MPa時水合物形成溫度為-50.9℃。為確保裝置安全運行，節(jié)流后溫度應高于水合物形成溫度5℃，故節(jié)流后溫度需大于或等于-45.9℃，而對應燃料氣電加熱器出口溫度大于或等于-6.1℃即可。根據(jù)設計文件，燃料氣分離器出口管線設計溫度為-20℃，故節(jié)流后溫度需大于或等于-20℃，而對應燃料氣電加熱器出口溫度僅需大于或等于14.9℃。

圖3 燃料氣系統(tǒng)工藝流程

綜上所述，只要保證燃料氣電加熱器出口溫度大于或等于14.9℃，就能滿足現(xiàn)場安全生產(chǎn)需要。目前電加熱器出口溫度設定值為50℃，遠遠高于所需溫度。

迪那氣田油氣處理廠電加熱器入口溫度歷年最低為12℃，低于所需最低溫度14.9℃。針對此問題，處理廠對外輸首站到燃料氣電加熱器之間約80 m的管線加裝保溫，將電加熱器入口溫度提高約5℃，滿足電加熱器停運條件。

結合前期的各項分析驗證，迪那氣田油氣處理廠對電加熱器進行停運試驗，成功實現(xiàn)電加熱器停運。停運后燃料氣節(jié)流至0.18 MPa，最低溫度約為-13℃，燃料氣系統(tǒng)運行正常。

2.3.3 經(jīng)濟效益

電加熱器功率為66 kW，停運電加熱器后全年可節(jié)電57.0×104kWh。

2.4 自壓外輸停運外輸泵

2.4.1 液化氣自壓外輸

由迪那氣田油氣處理廠設計的1500 m3液化氣球罐有4座，每日產(chǎn)液化氣約140 t（約265 m3），利用泵將液化氣輸送至下游牙哈裝車站，與下游高差約300 m（圖4）。

圖4 液化氣自壓外輸流程

通過HYSYS軟件對液化氣外輸流程進行模擬，發(fā)現(xiàn)液化氣在自壓的情況下，外輸壓力、流量滿足要求。液化氣自壓外輸HYSYS軟件模擬數(shù)據(jù)見表2。經(jīng)過實踐，可在不啟運液化氣外輸泵的情況下完成液化氣外輸。

表2 液化氣自壓外輸HYSYS軟件模擬數(shù)據(jù)

液化氣外輸泵排量為25 m3/h，功率為22 kW，采用液化氣自壓外輸，全年可節(jié)電8.16×104kWh。

2.4.2 輕烴自壓裝車

由迪那氣田油氣處理廠設計的2 000 m3輕烴儲罐有2座，每日產(chǎn)液化氣約450 t（約642 m3），其中約450 m3液化氣經(jīng)輕烴裝車站裝車，而其余的通過泵輸送至下游牙哈裝車站，與下游高差約100 m（圖5）。

通過HYSYS軟件對輕烴自壓裝車流程進行模擬，以及現(xiàn)場實踐，在不啟運裝車泵的情況下，可通過自壓方式進行裝車，裝車流量滿足要求（正常裝車速度為30～60 m3/h）。輕烴自壓裝車HYSYS軟件模擬數(shù)據(jù)見表3。

表3 輕烴自壓裝車HYSYS軟件模擬數(shù)據(jù)

輕烴裝車泵排量為120 m3/h，功率為17.5 kW，采用輕烴自壓裝車每年可節(jié)電2.30×104kWh。

2.5 空冷器變頻調節(jié)

在實際運行時，工頻電動機不能很好地適應較大溫差的調節(jié)需求，在晝夜和冬夏交替時，需要頻繁調節(jié)空冷器百葉窗，這不僅工作量大，而且調節(jié)不及時會造成工藝參數(shù)難以控制，也浪費電能。針對這一情況，提出了設置1臺變頻器改變電動機頻率來適應不同工況所需的制冷溫度，操作人員只需坐在主控室即可完成對原料氣溫度的遠程控制。經(jīng)計算，年節(jié)約電量為17×104kWh。

圖5 輕烴自壓裝車流程

3 結論

1）通過電伴熱優(yōu)化運行、空壓機時序優(yōu)化、燃料氣電加熱器停運等多項節(jié)電改造措施，迪那氣田實現(xiàn)全年節(jié)電297.16×104kWh。

2）經(jīng)過多年實踐而總結出的各項氣田節(jié)能技術，指明了節(jié)能降耗的方向，對于其他氣田的生產(chǎn)運行具有參考意義。