油气集输系统能流分析评价技术及应用

魏春红

【摘 要】在原油计量、油气集输、油气分离、原油脱水、原油稳定过程中，用热点多，工艺复杂，对整个系统的能耗情况、节点的相互影响关系、能量利用的薄弱环节缺乏整体把握，用能的分析评价尚未形成一套有效的评价方法。本文对集输系统用能评价方法、能流关系、节能途径等进行了详细论述。

【关键词】集输系统；能流分析

在原油计量、油气集输、油气分离、原油脱水、原油稳定过程中，用热点多，工艺复杂，对整个系统的能耗情况、节点的相互影响关系、能量利用的薄弱环节缺乏整体把握，用能的分析评价尚未形成一套有效的评价方法。因此，确定不同类型、不同层次节点和环节用能的有效评价方法，在此基础上进行配套集成，形成了集输系统整体用能的分析评价方法。应用集输系统整体用能的分析评价方法和用能评价的指标体系，对集输系统的用能状况进行分析评价，分层绘制集油系统、站库、输油系统及其所辖装备、工艺环节、整个集输系统的能流图，分层次地把握集输系统能量利用的薄弱环节，为集输系统整体用能优化和技术升级改造提供指导。

1.集输系统用能评价方法

1.1工艺指标、能量利用和转换指标

工艺指标：联合站单位原油处理量燃料气（油）的消耗、联合站单位原油处理电的消耗；联合站的集输吨油综合能耗；联合站处理吨液综合能耗。

能量利用和转换指标：热能利用率、电能利用率、联合站的能源利用效率。

1.2能流关系分析方法

能量转换与传输环节：油气集输系统所需的能量除一部分由回收循环提供外，大部分需由外界补充供入，按照有效供入能所要求的形式、数量、品位提供给体系和工艺物流的设备和工段，集输系统所用的设备中，加热炉、机泵以及电脱水器都属于此环节。

能量利用环节：在集输系统中能量利用环节包括管网和分离器，沉降罐，热化学脱水器，净化油罐等设备，该环节总用能的合理性是影响整个工艺总用能的主要因素，其评价指标为能量利用效率。

1.3能流节点分析法

e-p分析法对集输系统的各个用能环节，从微观角度揭示了用能合理性，尤其对现阶段的油田开发，集输过程中更多的能量转化到水中，其评价指标工序折合比和工序能耗更加直观地体现了这一点。

集输系统的主要目的是实现分水、加热降粘和加压外输。处理工艺不同，油、气、电和煤等能源的投入量不同，因此集输系统节能就是节油、节电。油气处理工艺的主要能耗对应两个方面：散热造成的能流损失；油气损耗和药剂造成的质量流损失，因此集输系统降耗就是“降低能流损失”、“降低油气损耗”、“降低药剂使用量”。

2.油田不同层面能流图与能流分析

2.1联合站、接转站电能能耗现状

2011-2012年对24个接转站的47个泵机组进行了机组效率测试和评价。其中合格率为20/47=42.5%；原油外输泵27台，合格率为44.4%。在统计的接转站泵机组中，达到国际先进水平的占4.2%，达国内先进水平的占17%，达五星级标准的占48.9%；泵机组效率低于30%的占23.4%。对30个联合站的140个泵机组进行了机组效率测试和评价，其中合格率为22/140=15.7%。在统计的联合站泵机组中，达到国际先进水平的占10.7%；原油外输泵37台，合格率16.2%；泵机组效率低于30%的占25.7%。

2.2联合站、接转站热能能耗现状

2011-2012年统计联合站150台加热炉，合格率138/150=92%，经过近年的加热炉改造和运行管理，加热炉运行工况得到很大改善，合格率提高了74.24%，联合站加热炉平均效率为82.2%，平均热能利用率为18.46%。

综上所述，集输系统接转站、联合站电能、热能能耗现状，接转站接转站、联合站泵机组合格率远低于加热炉合格率，泵机组电能变热能现象普遍，能流方向不合理。即：联合站电能利用率普遍小于系统电能利用率；接转站加热炉效率普遍偏低，重点普遍改造；联合站加热炉效率合格率高，重点进行个别加热炉改造；联合站热能利用率偏低，由于加热炉热效率达标率高，设备散热和污水携带热量占主导因素。

2.3不同层面能流图和能流分析

集输系统能流分析的内容主要包括：能流结构、能流之间的转化关系、主要用能指标的分析评价。本部分在集输系统能量分析与仿真系统平台基础上，以26个联合站进行仿真计算，重点研究联合站和采油厂两个层面上的能流关系，根据能流图和能流分析结果，分层次把握关键耗能工艺环节和关键耗能设备的用能薄弱根源，给出切实可行的节能途径。

3.能流关系动态分析

（1）联合站能流关系动态预测：主要考察加热炉效率、换热器效率、分离器后含水率、环境温度和设备保温等对联合站能耗的影响程度。

（2）能流诺莫图：影响联合站处理能耗的因素复杂，为了现场更方便的实施能耗监测、分析、评价和调控节点参数，通过能流分布曲线图可直观、准确地确定当前工艺条件下处理吨油能耗。该图具备以下功能：（a）正问题：根据环境温度、来液参数和加热炉效率确定能耗；（b）反问题：根据能耗、环境温度和来液参数预测加热炉热效率，节省检测费用。

（3）集输系统用能评价指标评价：处理吨油（吨液）能耗主要反映加热换热环节中加热炉、换热器的加热换热效果和动力设备的效率。处理吨油（吨液）热损失主要反映联合站处理能力利用率、工艺流程特点和操作温度。

（4）集输总能系统：其发展的三个阶段为：基于提高单一设备、局部工艺环节能量利用效率的第一代能源系统；基于“温度对口、梯级利用”原理集成的能量转化利用系统，提高站库层面不同处理工艺环节整体能量利用效率的第二代能源系统；在可持续发展的大背景下逐渐形成广义的集输总能系统-第三代集输总能系统。

4.用能薄弱环节和节能途径

在集输系统中的不同层面存在大量的能流不协调现象，主要归结为热能和电能利用率偏低，最终造成总的能量利用率低。

4.1集输系统用能薄弱环节

在生产工艺方面，部分站库存在对高含水原油加热问题；稳定系统温度偏高；应加强对破乳剂的选用和优化研究；油田污水余热未充分利用。在生产设备方面，加热炉老化；结垢和腐蚀严重；加热炉燃烧系统运行状况差；低负荷运行，节能装置未有效利用；泵机组本身存在问题。在运行控制方面，站内过程含水控制不稳；站内关键节点温度控制不准。

4.2节能途径

油气混输工艺：国内有多家厂商生产、试制出不同类型的混输泵，因现场应用缺乏必要测试手段，没有成熟的经验和操作规程，为此通过科技攻关建了一座多相混输泵实验站，能够实现混输泵实液测试且适应范围广，可实现液相0～80%、气相20%～100%、泵出口压力可调，实验数据实现瞬时和连续自动采集处理、打印，自动化检测方法先进。通过对混输泵进出口压力、温度、扭矩、振动、传动效率、泵效等30种参数的检测，完成了5台混输泵的性能测试及应用技术研究。目前相继投入生产应用3套，可不断回收大量的天然气，降低生产油井回压，增大产量，提高采收率等。

低温脱水工艺：随着油田的开发，采出液含水不断上升，井口加热集输工艺能耗高，中质原油采出液普遍采用不加热或降低井口加热炉负荷集输工艺，中质原油脱水一般采用“两段脱水”（化学沉降脱水、电脱水）。通过开发、应用高效处理设备、高效化学药剂，中质原油采出液经处理后原油含水降到10%以下，达到电脱水工艺进口原油含水指标。

调整加热工艺中加热点位置：目前不少站库加热炉一般位于脱水器的前部，普遍存在对含水原油加热的问题，稳定塔出口温度接近100℃，可利用高温稳定原油把脱水前含水原油加热到脱水要求温度65～70℃。 [科]