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        高含水油田集輸系統(tǒng)節(jié)能潛力分析及區(qū)域性節(jié)能改造實踐

        2021-03-06 09:13:54楊陽大慶油田有限責任公司第六采油廠
        石油石化節(jié)能 2021年2期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)油節(jié)電集輸

        楊陽(大慶油田有限責任公司第六采油廠)

        1 油田集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀及潛力

        截至目前,某油田共建轉(zhuǎn)油站47座、聯(lián)合站7座。油氣集輸系統(tǒng)分離轉(zhuǎn)液能力46.98×104t/d,運行負荷率76.56%,游離水脫除能力29.92×104t/d,運行負荷率73.9%,電脫水能力3.4×104t/d,運行負荷率48.82%。

        由于集輸系統(tǒng)整體液量大,因此電量消耗占比較大。按轉(zhuǎn)油(放水)站外輸液量762.7×104m3預(yù)計,如果按照平均噸液耗電從1.09 kWh/t 降低到0.1 kWh/t計算,則年節(jié)電可達915.24×104kWh。

        1.1 節(jié)電潛力

        集輸系統(tǒng)用電主要集中在外輸泵,通過節(jié)點分析看,節(jié)電潛力主要集中在兩個方面:

        1)外輸泵。隨著油田整體產(chǎn)液量的逐年降低,部分轉(zhuǎn)油站存在站內(nèi)設(shè)備不匹配、能力過剩的矛盾,而且仍有能耗高設(shè)備運行。調(diào)查表明,共有16 座站外輸負荷率低于55%,檢測外輸泵32 臺,其中有18臺機泵低于行業(yè)標準效率。

        2)變頻器。目前,油田聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站變頻設(shè)備均采用定頻運行,即在設(shè)定的30~45Hz 頻率區(qū)間定時進行變頻調(diào)節(jié)。根據(jù)站內(nèi)生產(chǎn)實際負荷及罐內(nèi)液位動態(tài)變化的規(guī)律,卻未能達到輕負載、降能耗的目的。對比表明,采取動態(tài)依據(jù)負荷變頻生產(chǎn),與常規(guī)的額定功率的定頻工作相比,單臺年節(jié)電5×104kWh。按全油田采用方式相比,新增及優(yōu)化調(diào)整集輸系統(tǒng)變頻,預(yù)計年節(jié)電240×104kWh。此外,轉(zhuǎn)油站安裝變頻器57 套中變頻損壞、停運的有11 套,如果11 套變頻全部正常投用,預(yù)計年可增加節(jié)電113×104kWh。

        1.2 節(jié)氣潛力

        高含水油田集輸系統(tǒng)耗氣主要集中在冬季,受低溫影響,必須進行加熱集輸。單井冬季摻水,以及維持較高摻水匯管壓力等,導(dǎo)致擴邊井冬季加熱集輸年耗氣約50×104m3。這部分可通過合理匹配單井最小摻水量,控制摻水匯管壓力等措施,實現(xiàn)冬季周期性不加熱集輸。其次,調(diào)查目前聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站在用加熱爐292 臺,其中有175 臺使用年限在15 年以上,爐體老化嚴重、熱效率低。通過爐效普查結(jié)果表明,測試加熱爐137 臺,平均爐效75.5%。其中:爐效不符合節(jié)能要求的共39臺,占總數(shù)的28.5%,造成爐效偏低的主要原因是負荷偏離正常運行負荷;超負荷運行15 臺,平均負荷率為106.4%;低負荷運行加熱爐24 臺,平均負荷率38.7%。由于加熱爐燃燒熱損失大、效率低,以及加熱爐管道結(jié)垢問題,造成較大氣量損耗。通過實施加熱爐煙道擋板改造等措施,預(yù)計可年節(jié)氣1 500×104m3。

        2 集輸系統(tǒng)區(qū)域性節(jié)能技術(shù)改造

        針對集輸系統(tǒng)以上問題及潛力點,2019年,通過更新改造變頻設(shè)備,優(yōu)化變頻運行頻率以及外輸泵優(yōu)化梯次運行,加大集輸系統(tǒng)節(jié)電措施應(yīng)用;同時,通過加熱爐實施擋板調(diào)節(jié)技術(shù)和物理除垢技術(shù)改造,提高加熱爐燃燒效率,進一步減少了天然氣氣量消耗,區(qū)域性節(jié)能改造見到明顯效果。

        2.1 外輸泵優(yōu)化梯次配備

        針對集輸系統(tǒng)中泵效低、能耗高的問題,節(jié)能改造中對機泵采取的主要措施有更換低效泵、機泵合理匹配。

        油田外輸系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)長時間運行,考慮實際揚程、原油密度及黏度等因素,外輸泵特性曲線已發(fā)生改變,因此需重新繪制外輸泵特性曲線[1-2]。現(xiàn)場通過改變外輸泵工作頻率,測試外輸泵在不同轉(zhuǎn)速(頻率)下的泵出口排量、揚程,1#外輸泵管線特性實測數(shù)據(jù)見表1。由此繪制1#外輸泵流量-揚程特性曲線見圖1[3],并進行外輸泵揚程梯次匹配。

        表1 1#外輸泵管線特性實測數(shù)據(jù)

        圖1 1#外輸泵管線流量-揚程曲線

        現(xiàn)場實際匹配時,充分考慮與變頻配套使用情況,使用變頻外輸泵,則加大泵預(yù)留揚程;對外輸管線使用超過10 年,充分考慮老化結(jié)垢,先考慮采取清垢措施,避免直接增加泵揚程而增加能耗。

        在滿足當前產(chǎn)液量、機泵的高效運行、區(qū)塊未來產(chǎn)能預(yù)留能力的條件下,對集輸系統(tǒng)的15 臺機泵及注水污水系統(tǒng)的18 臺機泵進行合理匹配,年節(jié)電686.5×104kWh。

        2.2 外輸變頻裝置更新及優(yōu)化運行

        變頻調(diào)速具有高效率、精度高、范圍廣、轉(zhuǎn)矩脈動小的特點,是理想的拖動系統(tǒng)性能調(diào)整機構(gòu)[4-5]。應(yīng)用變頻調(diào)速,重點看實際工況點是否能保證在最佳效率點的30%~85%[6]。結(jié)合外輸系統(tǒng)實際情況,采用變頻節(jié)能主要集中兩方面:

        1)依據(jù)外輸及水量加大變頻應(yīng)用。根據(jù)油田采出液凝固點進站的節(jié)能理念,結(jié)合采出液進站溫度及摻水泵理論排量普遍為100 m3/h 的實際,單井摻水量有一定下調(diào)空間。通過合理優(yōu)化單井摻水量,更換小排量摻水泵及安裝摻水泵變頻等措施[4]。

        2)合理優(yōu)化變頻頻率控制。根據(jù)中轉(zhuǎn)站外輸液量,通過試驗摸索對應(yīng)每小時外數(shù)量的變頻頻率,確定外輸基準頻率;根據(jù)液位高低變化,以基準頻率為主進行優(yōu)化,保持液位穩(wěn)定,單站實現(xiàn)日節(jié)電273 kWh,轉(zhuǎn)油站自動與基準優(yōu)化變頻耗電量對比見表2。

        集輸系統(tǒng)實施變頻調(diào)速改造及優(yōu)化運行37 臺次,平均輸油單耗下降20.1%,實現(xiàn)年節(jié)電397.5×104kWh;平均摻水單耗下降9.7%,實現(xiàn)年節(jié)電89.3×104kWh。

        2.3 加熱爐煙道擋板調(diào)節(jié)技術(shù)

        由于加熱爐負荷達不到正常負荷范圍,加熱爐的排煙溫度和空氣系數(shù)處于不合理的水平[7]。現(xiàn)場調(diào)查表明,加熱爐煙道擋板距離地面較高(4~6 m),不易調(diào)節(jié),排煙熱損失較大[8]。通過改進加熱爐煙道擋板控制機構(gòu),增加負壓測試裝置,能有效改進操控性能,降低排煙熱損失。

        改造的擋板控制機構(gòu)主要由搖把、減速器、刻度盤、數(shù)顯負壓表及排煙溫度表構(gòu)成(圖2)。通過傳動機構(gòu)將煙道擋板控制點由爐子上轉(zhuǎn)移到地面,可根據(jù)加熱爐負荷變化、風力的大小進行及時調(diào)節(jié),控制過??諝庀禂?shù),延長換熱時間,減少排煙損失。擋板開度與加熱爐負荷有近似比例關(guān)系,開度越大,加熱爐熱負荷越大。根據(jù)加熱爐進出口溫度和加熱流量估算出加熱爐負荷率,確定擋板開度。擋板開度與空氣流動阻力系數(shù)關(guān)系見圖3。

        表2 轉(zhuǎn)油站自動與基準優(yōu)化變頻耗電量對比

        圖2 加熱爐煙道擋板控制機構(gòu)

        圖3 擋板開度與空氣流動阻力系數(shù)關(guān)系

        現(xiàn)場監(jiān)測2#熱洗爐,應(yīng)用煙道擋板調(diào)節(jié)技術(shù)后煙氣含氧量變化和燃燒效率效果。措施后,熱洗爐過??諝庀禂?shù)由1.73 下降到1.24,排煙溫度由373 ℃下降到213 ℃,燃燒效率由72.5%提高到81.1%,2#熱洗爐措施前后對比見表3。在40臺加熱爐上進行擋板調(diào)節(jié)和負壓測試裝置改造,實現(xiàn)節(jié)氣102×104m3。

        2.4 加熱爐物理除防垢

        試驗表明:當加熱爐煙火管生成垢1.0 mm,鋼材溫度將升高130~160 ℃,燃料消耗增加7%~8%,熱效率降低8%~9%;當火管外壁結(jié)垢4 mm 時,燃料消耗增加20%~30%,熱效率降低25%~35%[9]。

        高效除防垢裝置采用變頻脈沖除垢原理,由控制器和反應(yīng)器兩部分組成,反應(yīng)器安裝在處于系統(tǒng)低位的管道上,除防垢裝置控制器及變頻脈沖反應(yīng)器見圖4。運行時,周期性和規(guī)律性產(chǎn)生各種頻率強大的直流脈沖電磁場,在這種脈動的電磁場作用下,產(chǎn)生的磁力線對管道中水進行切割,使水的原自然大締合狀態(tài)的結(jié)合鍵被深度打斷,離解成活性很強的單水分子和小締合體,從而改變了水的物理結(jié)構(gòu)與特性,增強了水分子的極性,增大了水分子偶極矩,提高了水對Ca、Mg、CO3、HCO3等離子的水合能力,減少了彼此結(jié)合的機會[10]。

        圖4 除防垢裝置控制器及變頻脈沖反應(yīng)器

        5 臺加熱爐安裝物理除防垢裝置,經(jīng)測試,煙火管垢質(zhì)生成速度下降了27.3%。測試對比表明,加熱爐燃燒效率提高了8.7%,累計實現(xiàn)年節(jié)氣29.7×104m3。

        3 經(jīng)濟效益

        通過區(qū)域性節(jié)能改造措施,集輸系統(tǒng)的噸液耗電從0.99 kWh/t 下降到0.97 kWh/t,噸液耗氣從0.62 m3/t下降到0.60 m3/t。年節(jié)電1 171.3×104kWh,年節(jié)氣131.7×104m3,折合標煤3 190.7 t,油氣集輸系統(tǒng)區(qū)域性改造主要措施及效果見表4。

        表3 2#熱洗爐措施前后對比

        表4 油氣集輸系統(tǒng)區(qū)域性改造主要措施及效果

        4 結(jié)論

        高含水油田集輸系統(tǒng)的能源消耗是降低集輸成本的重要潛力點。其中,外輸泵、變頻控制以及加熱爐節(jié)點又是主要電能和天然氣消耗環(huán)節(jié)。通過更新改造低效泵、優(yōu)化梯次運行,優(yōu)化變頻運行頻率,噸液耗電從0.99 kWh/t下降到0.97 kWh/t;通過實施加熱爐擋板調(diào)節(jié)技術(shù)和物理除垢技術(shù),可大幅提高加熱爐燃燒效率,進一步減少天然氣氣量消耗,進一步驗證了今后老油田集輸系統(tǒng)區(qū)域性節(jié)能改造的方向。

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