鮑云波 呂莉莉

1大慶榆樹林油田開發(fā)有限責(zé)任公司

2中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院

我國(guó)大多數(shù)陸上油田，如大慶、遼河油田等均已開發(fā)多年，目前進(jìn)入了高含水開發(fā)時(shí)期，出現(xiàn)了油氣產(chǎn)量逐年遞減、含水量大幅度上升、油氣處理能力過剩、生產(chǎn)能耗高、系統(tǒng)效率低、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本增加[1-3]等一系列問題。降低能量損耗、提高設(shè)備運(yùn)行效率、減少成本投入，是提高石油生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。針對(duì)油田生產(chǎn)面臨的上述問題，大慶、中原等油田通過采取高效節(jié)能設(shè)備、革新技術(shù)等措施對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整改造，使系統(tǒng)的能耗指標(biāo)大為改善[4-7]。所采用的高效設(shè)備主要包括：高效三相分離器、真空相變加熱爐、熱泵回收含油污水余熱、常溫游離水脫除、機(jī)泵系統(tǒng)改造、加熱爐改造等。集輸系統(tǒng)的調(diào)整改造通過采取“加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)、能力互用、挖潛利舊、控制規(guī)模”的辦法，充分利用地面系統(tǒng)的剩余能力和已建工程，避免出現(xiàn)設(shè)備的閑置和浪費(fèi)現(xiàn)象[8-10]。脫水站作為集輸系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在集輸過程中消耗了大量能量，針對(duì)某采油廠脫水站，研究了其能量消耗現(xiàn)狀，找出工藝設(shè)備存在的問題和薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而提出有針對(duì)性的調(diào)整改造措施。

1 油田脫水站工藝流程

油氣集輸工藝流程是指油井產(chǎn)出的油、氣、水混合物按一定順序通過管道連續(xù)地進(jìn)入各種設(shè)備和裝置進(jìn)行處理，獲得符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的油氣產(chǎn)品。脫水站是油氣集輸過程中的關(guān)鍵處理環(huán)節(jié)。某采油廠脫水站工藝流程如圖1 所示。計(jì)量站來液進(jìn)入油氣分離器進(jìn)行氣液分離，分離后的氣體外輸，油水混合物進(jìn)入?yún)R管和轉(zhuǎn)油站來液混合，然后進(jìn)入沉降罐進(jìn)行油水分離，分離后的污水去污水站，原油經(jīng)加壓、脫水后進(jìn)入凈化罐，最后經(jīng)加熱加壓后外輸。

圖1 脫水站工藝流程Fig.1 Process flow of dehydration station

2 脫水站能量平衡模型

2.1 能量平衡分析模型

能量平衡方法是一種大家公認(rèn)的油田能耗分析方法，通過測(cè)試、分析被測(cè)單元輸入、輸出能量在數(shù)量上的平衡關(guān)系，掌握被測(cè)單元的耗能狀況及用能水平，確定被測(cè)單元的節(jié)能潛力與節(jié)能方向。脫水站能量平衡模型如圖2 所示。

圖2 脫水站能量平衡模型Fig.2 Energy balance model of dehydration station

脫水站能量平衡方程為

式中：EPhin為各種介質(zhì)流入脫水站時(shí)相對(duì)于基準(zhǔn)溫度所帶入的熱能，kJ/h；EPhout為各種介質(zhì)流出脫水站時(shí)相對(duì)于基準(zhǔn)溫度所帶出的熱能，kJ/h；EPpin為各種介質(zhì)流入脫水站時(shí)相對(duì)于基準(zhǔn)壓力所帶入的壓力能，kJ/h；EPpout為各種介質(zhì)流出脫水站時(shí)相對(duì)于基準(zhǔn)壓力所帶出的壓力能，kJ/h；EPh為外界供給脫水站的熱能，kJ/h；EPe為外界供給脫水站的電能，kJ/h；ΔEPh為脫水站的熱能損失，kJ/h；ΔEPp為脫水站的壓力能損失，kJ/h。

2.2 脫水站能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

能量利用率為

式中：ηP為能量利用率，%。

電能利用率為

式中：ηPe為電能利用率，%。

熱能利用率為

式中：ηPh為熱能利用率，%。

2.3 設(shè)備能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.3.1 機(jī)泵評(píng)價(jià)指標(biāo)

泵機(jī)組效率為

式中：ηu為泵機(jī)組效率，%；Epout為泵輸出功率，kW；EIP為電動(dòng)機(jī)輸入功率，kW。

節(jié)流損失率為

式中：ηv為泵出口閥節(jié)流損失率，%；ppout為泵出口壓力，MPa；pvpout為泵出口調(diào)節(jié)閥后壓力，MPa。

2.3.2 加熱爐評(píng)價(jià)指標(biāo)

有效利用能量為

式中：E為有效利用能量，kJ/h；Q為介質(zhì)流量，m3/h；T0為出口溫度，℃；T1為入口溫度，℃；ρm為介質(zhì)密度，kg/m3；Cm為介質(zhì)比熱容，kJ/(kg·℃)。

熱效率為

式中：ηh為正平衡熱效率，%；Q1為輸入能量，kJ/h。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1 能耗分析結(jié)果

根據(jù)建立的能量平衡模型，對(duì)脫水站的生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，并進(jìn)行了能耗計(jì)算，測(cè)試結(jié)果和能耗計(jì)算結(jié)果分別見表1、表2 和表3。

表1 脫水站入口生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab.1 Inlet production operation data of dehydration station

表2 脫水站出口生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab.2 Ooutlet production operation data of dehydration station

進(jìn)一步分析可知，該站冬季熱損占總能損的比例為95.00%，壓損占總能損的比例為5.00%；夏季熱損占總能損的比例為89.00%，壓損占總能損的比例為11.00%。無論冬季還是夏季，熱損都大于壓損。因此，保證該站加熱爐的高效運(yùn)行，增強(qiáng)站內(nèi)設(shè)施保溫狀況是提高熱能利用率和能量利用率、降低能量損失的關(guān)鍵。

表3 脫水站各能耗計(jì)算結(jié)果Tab.3 Energy consumption calculation results of dehydration station

3.2 存在的主要問題

該脫水站能耗設(shè)備主要為加熱爐和機(jī)泵。其中：冬季運(yùn)行5 臺(tái)加熱爐、3 臺(tái)機(jī)泵；夏季運(yùn)行4臺(tái)加熱爐、2 臺(tái)機(jī)泵。加熱爐和機(jī)泵的節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果分別見表4 和表5。

由節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果可知：1#、2#脫水爐冬夏兩季空氣系數(shù)都不合格；2#脫水爐夏季熱效率不合格；2#采暖爐冬季熱效率、過剩空氣系數(shù)、排煙溫度都不合格；1#采暖爐冬季熱效率、過?？諝庀禂?shù)不合格；1#脫水泵、3#外輸泵冬夏兩季運(yùn)行時(shí)的機(jī)組效率都不合格；2#脫水泵冬季的機(jī)組效率不合格。為了提高設(shè)備運(yùn)行效率、降低能量損耗，需要結(jié)合站場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整改造。

4 改造措施

4.1 加熱爐改造措施

通過對(duì)脫水站加熱爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)熱效率低的主要原因是加熱爐配風(fēng)偏大、燃燒不完全、負(fù)荷率低等。針對(duì)各加熱爐的運(yùn)行情況，具體改造措施如下：

（1）1#、2#脫水爐增加空燃比和多參數(shù)串級(jí)反饋聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比，合理調(diào)整配風(fēng)量。

表4 加熱爐節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.4 Energy-saving monitoring and evaluation results of heating furnace

表5 機(jī)泵節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.5 Energy saving monitoring and evaluation results of pump

（2）1#、2#采暖爐安裝氧量自動(dòng)控制配風(fēng)裝置，開1 臺(tái)采暖爐。

第一，展現(xiàn)了較強(qiáng)的企業(yè)資源屬性與價(jià)值性、稀缺性、難以被復(fù)制性等。構(gòu)建了有形和無形的資源，整合了多樣化的生產(chǎn)技能，打造了企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。第二，人力資源，主要是在知識(shí)、技能、能力、稀缺的人力資源本身上，構(gòu)建的核心資源。因此，組織中的稀缺人力資源，屬于核心資源。第三，資源創(chuàng)造核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；展現(xiàn)了有形或者無形、人力資源能帶來核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)［3］。

（3）4#外輸爐安裝氧量自動(dòng)控制配風(fēng)裝置，降低配風(fēng)量、減少排煙損失；定期清理加熱爐煙火筒內(nèi)的積碳和積灰沉積，提高換熱系數(shù)和運(yùn)行熱效率。

（4）使用節(jié)能涂料，改變換熱系數(shù)，提高運(yùn)行熱效率；保護(hù)加熱爐爐體，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

（5）加強(qiáng)加熱爐的運(yùn)行管理，制訂合理的操作規(guī)程。

4.2 機(jī)泵改造措施

針對(duì)站場(chǎng)機(jī)泵在運(yùn)行時(shí)存在的運(yùn)行效率和負(fù)荷率低的問題，具體改造措施如下：

（1）1#、2#脫水泵根據(jù)負(fù)荷大小，優(yōu)化泵的運(yùn)行方案。當(dāng)排量小于115 m3/h 時(shí)，啟動(dòng)1#脫水泵即可；當(dāng)排量大于115 m3/h 時(shí)，應(yīng)開啟2 臺(tái)脫水泵。

（2）3#外輸泵更換合適排量的離心泵。

（3）機(jī)泵房以及場(chǎng)區(qū)使用節(jié)能燈具。

（4）對(duì)機(jī)泵內(nèi)部噴涂防腐耐磨涂層。

5 改造效果預(yù)測(cè)

按照上述方案改造之后，脫水站設(shè)備運(yùn)行效率將提高，改造前后熱能利用率、電能利用率和能量利用率對(duì)比如圖3、圖4 所示。

圖3 冬季改造前后能量利用情況Fig.3 Energy utilization conditions before and after renovation in winter

由圖3、圖4 可知，該脫水站冬季運(yùn)行時(shí)能量利用率提高1.60%，熱能利用率提高1.58%，電能利用率提高1.14%，單位原油生產(chǎn)氣耗下降7.58%，單位原油生產(chǎn)電耗降低6.80%；夏季運(yùn)行時(shí)能量利用率提高2.98%，熱能利用率提高3.01%，電能利用率提高0.62%，單位原油生產(chǎn)氣耗下降14.46%，單位原油生產(chǎn)電耗降低4.69%。

改造后年節(jié)氣和年節(jié)電量計(jì)算結(jié)果如表6所示。

圖4 夏季改造前后能量利用情況Fig.4 Energy utilization conditions before and after renovation in summer

表6 改造后年節(jié)氣量和年節(jié)電量計(jì)算結(jié)果Tab.6 Calculation results of annual gas and electricity saving after renovation

由表6可知，改造后脫水站年節(jié)氣233 979.6 m3，年節(jié)電303 928.2 kWh。按照當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)匚飪r(jià)局所規(guī)定的工業(yè)用天然氣價(jià)3.3 元/m3，電價(jià)0.44 元/kWh 進(jìn)行計(jì)算，預(yù)計(jì)該脫水站每年可節(jié)約成本905 861.088 元。

6 結(jié)束語

（1）以遼河油田某集輸系統(tǒng)脫水站為例，分析了其工藝流程，建立了能量平衡分析模型和相應(yīng)的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）對(duì)脫水站實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了能耗評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：該站1#、2#脫水泵，3#外輸泵機(jī)組效率、負(fù)荷率偏低，運(yùn)行方案不合理；1#、2#脫水爐，4#外輸爐的空氣系數(shù)偏高，1#、2#采暖爐的空氣系數(shù)偏高、熱效率較低。

（3）針對(duì)該站存在的問題提出了相應(yīng)的改造措施，并對(duì)改造后的能耗進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示：能量利用率冬季提高1.60%，夏季提高2.98%，年節(jié)氣233 979.6 m3，年節(jié)電303 928.2 kWh，每年可節(jié)約成本905 861.088 元。