董潔楠 （大慶油田設計院有限公司）

1 已建站場存在問題

大慶油田某脫水站始建于1988 年，目前已運行35 a，隨著運行時間的延長，站內(nèi)存在部分設備出現(xiàn)老化、管網(wǎng)腐蝕穿孔、設備和廠房布局混亂等問題[1-2]。

1.1 設備及管線腐蝕嚴重

該脫水站地上地下管道數(shù)量眾多，埋地管道數(shù)量占比可達60%，地下管網(wǎng)縱橫交織，且報廢和運行管道多層重疊。另外，某些站內(nèi)管網(wǎng)受地勢低洼和采出液見聚等因素影響，管網(wǎng)內(nèi)外腐蝕速率加快，管網(wǎng)出現(xiàn)多點腐蝕。通過對該站150 余條管線進行超聲檢測，共發(fā)現(xiàn)25 條輕微缺陷，51 條中度缺陷，47 條嚴重缺陷，發(fā)現(xiàn)中等減薄點160 處，嚴重減薄點29 處。為保證生產(chǎn)，主工藝管道需連續(xù)運行，停產(chǎn)施工難度大。因此，對于腐蝕嚴重的主工藝管線，站內(nèi)多采用黏補、打卡子等維修方式進行堵漏，但維修過程及維修后都存在安全隱患。

另外，站內(nèi)設備本體及附件存在嚴重的腐蝕老化現(xiàn)象。脫水器罐壁腐蝕嚴重，部分腐蝕坑洞甚至超出設備設計腐蝕裕量；儲罐出現(xiàn)罐頂腐蝕減薄，內(nèi)部伴熱盤管腐蝕穿孔，罐頂安全閥、呼吸閥阻火器銹蝕，沉降罐外保溫腐蝕破損等問題[3]。加熱爐經(jīng)過長期運行，造成盤管淤積、腐蝕嚴重、壁厚減薄甚至穿孔，爐管結垢局部過熱，熱效率下降、提溫困難，無法滿足生產(chǎn)用熱需求。

1.2 自控系統(tǒng)點位缺失

自控系統(tǒng)設計已經(jīng)部分不符合最新標準規(guī)范的要求，存在自控點缺失、部分自控參數(shù)點采集不合理、不能實現(xiàn)遠程操作等問題。并且由于使用年限長，很多現(xiàn)場儀表出現(xiàn)故障。站內(nèi)重點崗位、場所的攝像頭覆蓋數(shù)量少，存在監(jiān)控盲區(qū)，無法保障站內(nèi)員工和設施設備的安全。同時，對于該脫水站，采用傳統(tǒng)布站模式，進行分崗管理。因此，值守人員較多，造成人力資源緊張[4]。

1.3 設備低負荷率高能耗運行

因產(chǎn)液結構發(fā)生變化。該站設施已無法滿足現(xiàn)階段的生產(chǎn)要求。如分離器、機泵、加熱爐等，負荷率僅為10%～50%，生產(chǎn)內(nèi)耗偏高，噸油耗電5.17 kWh，高于全廠脫水站平均指標3.45 kWh，噸油耗氣11.36 m3，標煤單耗達到15.61 kgce/t，均為全廠單耗最高值。且該站老化失效設備占比高、運行故障率高、日常運行維修成本高，年噸油運行成本184.47 元，是全廠聯(lián)合站平均生產(chǎn)運行成本的2.54 倍。

2 優(yōu)化改造措施

針對該脫水站存在問題進行整體性更新改造，利用已建站址，通過優(yōu)化站場平面、實施集中監(jiān)控、合理施工工序、采取臨時施工等，消除安全隱患問題，更新腐蝕老化設施，達到預期改造目的。

2.1 方案比選

根據(jù)該站已建平面布局及設備使用情況，本著合理平面布局、優(yōu)化工藝流程和施工期間生產(chǎn)平穩(wěn)安全的原則，編制兩個改造施工方案并進行比選。

方案一：功能區(qū)整體優(yōu)化。該方案改造中采取站內(nèi)功能區(qū)之間重新布局的思路，進行功能整合和分區(qū)管理，對同類型的油氣閥組進出站區(qū)、油水泵輸區(qū)、容器區(qū)進行整合，同步優(yōu)化工藝設計。站內(nèi)各類管網(wǎng)整體新建，生產(chǎn)建筑及土建設施重新布局。老化設備更新和大修改造，改造后可徹底消除管網(wǎng)腐蝕穿孔、設備故障老化等隱患問題。

方案二：功能區(qū)局部整合。更新維護站內(nèi)老化設備容器，整體更新站內(nèi)管網(wǎng)，局部更新老化房屋，優(yōu)化站內(nèi)工藝。

方案一臨時施工投資少、生產(chǎn)影響小，采取拆一建一的施工方式，施工過程中僅需開列新老設備上下游流程臨時銜接管道工程量。全站停產(chǎn)次數(shù)較少，施工過程中主體流程均為已建或新建的正式流程，生產(chǎn)保障程度高。改造并利用部分設備和廠房拆除后空余位置布置平面，整體平面布局緊湊有序，管理點集中，便于生產(chǎn)管理、巡檢、取樣等。方案二采用原地更新建設方式，為不影響正常生產(chǎn)運行，建設過程中采用臨時管道搭接、臨時操作間，施工停產(chǎn)次數(shù)多，臨時施工投資較多。管理點位較為分散，巡檢及生產(chǎn)難度較大。兩方案能耗及投資對比見表1。根據(jù)方案對比，方案一更占優(yōu)勢。

表1 兩方案能耗及投資對比Tab.1 Comparison of energy consumption and investment between two schemes

2.2 數(shù)字化站場建設

該脫水站為大型站場，此次改造對照最新站場集中監(jiān)控規(guī)定，并按照“大型站場，少人值守”的設計原則，結合該站已建自控系統(tǒng)的實際情況，對該站實施集中監(jiān)控、少人值守改造。主要改造內(nèi)容包括：增加需頻繁操作的流程和應急事故流程的遠程操控設置；增設測溫測壓點位以滿足生產(chǎn)分析和報表生成需求；應用加熱爐爐效優(yōu)化及數(shù)據(jù)采集等技術，實現(xiàn)設備運行在線分析的功能；通過安裝變頻器及電動閥，達到機泵遠程啟停的目的。改造前，該站共設置自控點位24 處，改造后，共設置自控點位106 處，成功實現(xiàn)脫水站少人值守。該站采用“多崗合并，集中監(jiān)控”的建設模式，取消分崗PLC 就地機柜間，統(tǒng)一在中控室集中監(jiān)控。擴容中控室PLC 控制系統(tǒng)，取消各崗老舊PLC 控制系統(tǒng)，將各崗機柜間內(nèi)PLC 控制系統(tǒng)遷至已建中控室[5-7]。該脫水站已建各類操作崗位8 個，合崗后，取消操作崗4 個。同時，將該脫水站作為區(qū)域集中監(jiān)控中心，與附近其他2 座已建站場共用1 座中心控制室，實現(xiàn)多站聯(lián)合集中監(jiān)控，達到提高油田自動化生產(chǎn)管理水平、優(yōu)化人力資源、降低油田生產(chǎn)成本的目的，共核減定員5 人，年節(jié)約用工成本約40 萬元。

2.3 簡化工藝流程

該脫水站目前采用“一段游離水重力沉降＋二段電化學脫水兩段式”流程，是油田最成熟、可靠的處理工藝，具有穩(wěn)定性高、適應能力強、生產(chǎn)操作經(jīng)驗豐富等優(yōu)點，因此改造主工藝仍采用此工藝流程[8]。該脫水站所轄水驅(qū)轉油站和聚驅(qū)轉油站，需處理水驅(qū)和聚驅(qū)兩種來液，原流程為一段脫水和二段脫水，水驅(qū)來液和聚驅(qū)來液均分開處理。此次改造，為了優(yōu)化簡化流程，根據(jù)目前的水驅(qū)和聚驅(qū)來液情況以及后續(xù)產(chǎn)能開發(fā)預測，對2 種情況進行核算：

1）水、聚驅(qū)來液分開處理，一段處理所需水驅(qū)游離水脫除器2 臺、聚驅(qū)游離水脫除器1 臺、備用游離水脫除器1 臺。二段處理需水驅(qū)電脫水器1 臺、聚驅(qū)電脫水器1 臺、備用電脫水器1 臺，且設備負荷率偏低。

2）一段脫水處理工藝不變，二段脫水優(yōu)化為水驅(qū)來液和聚驅(qū)來液合并處理，二段脫水所需電脫水器為2 臺，較分開處理工藝時少建設1 臺，還減少脫水加熱爐1 臺。

經(jīng)過投資成本、運行是否穩(wěn)定、水質(zhì)是否達標等因素的綜合考慮，選用第2 種方式，共節(jié)省新建設備投資約120 萬元，節(jié)省氣量為1.8×104Nm3/a，設備負荷率由40%提高到90%以上。優(yōu)化后工藝流程見圖1。

圖1 優(yōu)化后工藝流程Fig.1 Process flow after optimization

對站內(nèi)各類藥劑的存儲進行優(yōu)化整合，取消化藥間，藥品儲存天數(shù)增加到3 d，加藥泵直接抽吸藥罐內(nèi)藥液，不需要人工添加；增設儲罐進藥管道，在加藥間室外設置快開接頭，外運藥劑拉運至該站采用移動式自吸泵輸至藥罐，不需要人工搬運藥桶，極大減輕工人勞動強度，方便日常生產(chǎn)管理；藥罐統(tǒng)一設置出氣口至室外，最大化降低藥品揮發(fā)導致氣味大的問題，減少對工人的身體損害。

2.4 應用新設備，節(jié)能降耗

該脫水站所屬區(qū)塊采出液油水乳化程度高，界面性質(zhì)復雜，采出液中機械雜質(zhì)和成垢物質(zhì)多，極易造成油氣水處理設備聚結填料堵塞。應用可再生填料游離水脫除器，其內(nèi)部填料采用管式蜂窩狀陶瓷填料，具有很好的人工再生功能，有效地解決了填料淤積后的恢復問題。應用后，設備處理能力提高35%，減少新建游離水脫除器數(shù)量，減少投資80.8 萬元，同時由于實現(xiàn)填料再生，減少更換填料的費用。

針對采出液導電性強導致電場運行不平穩(wěn)、易于跨電場等問題，采用高效組合電極電脫水器，進液多管分支結構實現(xiàn)均勻布液，組合電極實現(xiàn)脫水電場從弱到強多層次梯度布置，保證設備平穩(wěn)運行。同時為進一步提高脫水電場運行的穩(wěn)定性，開發(fā)了對復雜乳狀液適應性更強的脈沖脫水供電裝置，與水滴固有振蕩頻率相接近的脈沖電場頻率可使液滴產(chǎn)生諧振，更利于破乳脫水，確保電場運行穩(wěn)定。采出液經(jīng)電脫水處理后，油中含水率在0.3%以下，滿足外輸要求。

應用節(jié)能提效加熱緩沖裝置，采用單火筒、粗煙管結構，且在煙箱尾部增加余熱利用裝置，與傳統(tǒng)的采用雙火筒、粗煙管結構的加熱緩沖裝置相比，具有更好的節(jié)能效果及換熱效率。裝置內(nèi)的被加熱介質(zhì)首先在余熱利用裝置中的管程內(nèi)與高溫煙氣充分換熱，提升一定溫度，然后流入裝置殼體內(nèi)進行二次升溫。加熱緩沖裝置熱效率可達到90%以上，節(jié)省燃料氣10%以上。同時，余熱利用裝置可對加熱爐產(chǎn)生的高溫煙氣進行冷凝換熱處理，避免將高溫煙氣直接排入大氣，減少環(huán)境污染。應用新設備效果統(tǒng)計對比見表2。

表2 應用新設備效果統(tǒng)計對比Tab.2 Comparison of effect statistics applying new equipment

2.5 采用模塊化設計

該脫水站屬于大型站場，平面布局復雜，使用的設備種類和數(shù)量眾多。在施工圖設計中，以廠區(qū)平面為基本框架，設計單體采用從模塊中挑選和組合，如分離器模塊、加熱爐模塊、進站閥組模塊、機泵模塊等，再通過模塊安裝圖完成管網(wǎng)的銜接。以站場生產(chǎn)單元的安裝形式、接口、方位、尺寸等重要參數(shù)為設計的基本點，能夠減少設計人員重復進行的安裝圖設計，提高設計復用率及設計效率[9]。應用模塊化在縮短了設計周期的同時，也可實現(xiàn)工廠化預制，良好的工裝設施，可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低安全風險；工廠化預制實現(xiàn)地面組裝，減少高空作業(yè)，有效化解了高空施工帶來的風險，也可大量減少施工材料、設備在現(xiàn)場所占作業(yè)空間，創(chuàng)造了良好的作業(yè)環(huán)境，縮短了施工工期[10]。該次改造縮短了工期40 d，加快建設、投產(chǎn)速度，實現(xiàn)當年改造、當年投產(chǎn)，新井貢獻率由30%提高到35%。

3 結論

面對已建站場普遍存在的站內(nèi)設備及管線腐蝕嚴重、站內(nèi)自控系統(tǒng)點位缺失、站內(nèi)設備低負荷率高能耗運行等問題，文中以某典型已建站場為例，對其存在的上述問題進行分析，并結合該站實際情況，通過積極應用新工藝、新設備，通過多方案比選，簡化優(yōu)化站內(nèi)工藝和站場布局，堅持安全、環(huán)保、節(jié)能優(yōu)先的設計原則，選用新型加熱緩沖裝置和脫水器，創(chuàng)新設計方法，采用模塊化設計，實施站場集中監(jiān)控。通過應用以上優(yōu)化節(jié)能技術，既節(jié)省了建設投資，又降低了能耗和運行成本，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，也為其他已建站場的優(yōu)化改造提供了借鑒和參考。