浅谈辽河油田高温余热利用

2013-09-07强娄银环

石油工业技术监督 2013年1期

马强娄银环

1.中国石油辽河油田分公司质量节能管理部（辽宁盘锦 124010）

2.中国石油辽河油田分公司金马油田开发公司（辽宁盘锦 124010）

中国石油辽河油田分公司SAGD（水平井蒸汽辅助泄油）工程是辽河油田公司重点采油工程项目，目前一期工程已经投产，在产能过程中需要通过锅炉产生高品位的高温高压高干度蒸汽热能注入地层来保证正常生产运行。伴随生产运行同时产生了锅炉烟气、采出液（160℃左右）、生产污水（90℃左右）等“中、低品位”的余热热能，这些热能不能在产能生产过程中得到充分利用，大部分被作为“废品”处理后外排，造成极大的浪费。

1 SAGD工程余热特点

（1）由清水软化水作为冷源给高温采出液换热降温,以保证联合站进行油水分离，日消耗11000m3的地下水资源和及其水处理费用；

（2）锅炉给水由加热后的清水软化水提供，造成联合站分离出的75℃左右含油污水必须通过污水处理厂处理后排放，加大了油田生产污水排放量，同时又有大量热能浪费；

（3）锅炉烟气热能没有充分利用，造成大量热能浪费；

（4）高温分离水经过少部分换热后，作为污水排放造成热能浪费。

2 SAGD余热资源分析

2.1 SAGD余热分类

油田SAGD开采过程中余热主要有4大部分:烟气余热、采出液余热、汽水分离器高温分离水余热和污水余热，其中烟气余热有干烟气所带走的余热和水蒸汽潜热2部分组成。按照余热的“品位”高低，可分为高温余热、中温余热和低温余热。高温余热为温度在400℃以上烟气,中温余热为温度在250～400℃的烟气,低温余热为温度低于250℃的烟气以及液体；因此油田余热资源主要集中在中、低温余热资源。

2.2 余热资源计算方法

根据余热资源国标，余热资源由下面公式计算

式中 Qy—年余热资源量，kJ/a；

mi—第i种余热载体流量，kg/h；

h1i—第 i种余热载体排出状态下的比焓,kJ/kg；

h2i—第i种余热载体在下限温度时的比焓，kJ/kg；

τi—排出第i种余热载体的设备年运行小时数，h/a；

下限温度:又称为载体温度，即计算余热资源时，用以判定热能是否可利用的温度界限。余热载体下限温度的确定原则是技术可行、经济合理。规定余热载体的下限温度，当余热利用设备排出的介质温度低于余热载体下限温度时，其余热资源量的计算应按该排出温度为余热载体的下限温度。

计算SAGD余热含量过程中，载体温度如下:干烟气温度95℃；冷凝水温度95℃；采出液温度平均温度150℃，进站温度90℃；汽水分离器的底水与污水45℃，根据SAGD一期工程运行现状所计算余热资源结果为表1。

表1 余热分析

2.3 余热资源分析

污水余热资源十分丰富，占总资源的11.23%。但联合站排污温度在70℃以下，属于 “低品位”余热，投资回收期较长，属于三级余热。污水余热资源的利用方式分为2种:一是采用热泵技术。由于污水品位低，低于工业应用要求，同时也不能满足民用需求，直接利用困难，在污水余热利用过程中，可采用热泵技术，通过热泵回收污水中余热，热泵技术可以利用50%～70%的污水余热资源；二是将污水处理后作为锅炉给水。由于汽包锅炉给水水质要求低，通过对污水的深度处理，可以达到锅炉给水要求，同时由于处理后给水温度高，可以再次充分利用污水中余热，同时降低给水加热量，减少污水排放。

高温分离水水温为110℃左右，属于“中品位”余热资源，但是总量较少，每天只有3700m3左右，仅占总余热资源的2.17%。可以通过换热利用部分能量，其余部分分离水作为污水排放。

采出液温度在SAGD井组出口平均温度167℃，在进入联合站前温度仍在150℃左右，而联合站进行油水分离时要求温度在90℃左右，采出液应属于“中品位”余热资源，且余热资源量十分丰富，占总余热资源的9.4%。通过直接换热的方式，利用高温采出液中热量，换热热量可以用来供暖，也可以用于其他民用。另外，通过多效蒸发制水方式，利用采出液中余热降低多效蒸发过程中热量的需求量。

锅炉烟气余热最丰富，在总余热资源中所占比例最大，达77%，烟气余热资源利用十分丰富。烟气平均温度为210℃，属于中低品位余热资源。虽然余热量大，但是燃气锅炉比较分散，不利于直接换热利用。由于采用燃气锅炉，锅炉烟气中水蒸汽量大，水蒸气潜热巨大，占烟气余热资源总量的45%左右，占总余热资源的35%左右，此部分余热资源可以通过采用冷凝式锅炉改造，回收烟气中余热资源，降低排烟热损失,提供高锅炉运行效率,降低燃料消耗量。

3 利用SAGD余热资源供暖的可行性分析

一般住房采暖指标为60w/m2,即每平米的采暖热量为0.216MJ/h，利用高温分离水余热可供暖面积为:

式中 S—供暖面积，m2；

Q—余热总量，MJ/h；

q—每平米采暖热量，MJ/h。

由此可见，SAGD工程伴随生产运行产出的“中低品位”高温分离水通过目前成熟的板式换热或热管换热等成熟技术，SAGD项目中热能完全可以利用到供暖等民用项目上来，富含的有效热能完全可以满足动迁后曙一联矿区现有工业采暖需要。有效利用SAGD项目高温废水热能，既可以大大降低曙二区锅炉房燃煤、水、电和人工成本消耗，减少由燃煤消耗造成的污染物排放，同时还可以有效降低SAGD项目部的污水处理成本。

4 实施及效果

4.1 实施过程

（1）在SAGD工程项目高温分离水外排管线与特一联污水排放总管交汇点前端起始至曙一联矿区锅炉房之间新建6.1km的DN200管线，将可以进行余热利用的高温分离水引至曙一联矿区锅炉房。

（2）在曙一联矿区锅炉房内新安装板式换热器2台，利用SAGD高温分离水作为热源、锅炉房供暖循环水作为冷源，2者换热达到对SAGD高温分离水余热进行利用的目的。板式换热器冷源管线流程采用与锅炉进出口流程并联的方式，已达到互为补充和备用的效果。

（3）在曙一联矿区锅炉房院内新安装冷却塔1台，将换热降温后的SAGD高温分离水进行再次降温，达到可以直接排放温度要求后，直接输送至矿区排污系统进行排放。

（4）在冷却塔前端与锅炉房储水罐之间新建一条DN200管线,将部分SAGD高温分离水储存至储水罐，作为锅炉房循环水补充水源。

4.2 效果分析

4.2.1 节约燃料煤

利用高温分离水余热进行冬季民用供暖，曙二区6.32万m2供暖面积，即可减少冬季供暖燃煤消耗约1800t（阜新5000大卡洗粒煤），目前燃煤价格为840元/t，年节约冬季供暖燃煤费用为:

4.2.2 节约水资源

采用高温分离水作为供暖系统循环水补充水源，可节约清水量平均为15000m3；清水软化及水资源费用综合成本约为5.5元/m3，冬季供暖期节水效益为:

4.2.3 减少SAGD污水处理与外排

冬季利用SAGD高温分离水余热进行民用供暖，并采用高温分离水作为供暖系统循环水补充水源；夏季SAGD项目高温分离水利用曙一联矿区锅炉房系统的冷却水塔进行降温后外排至矿区排污系统排放。锅炉房冷却系统夏季运行费用约为10万元。SAGD正常生产,可减少SAGD污水排放量4000 m3/d，外排处理费用，即环保费用5.5元/m3。因此，每天可节约费用为: