联合站集输系统能耗计算方法研究及应用

张鹏翥（东北石油大学石油工程学院）

联合站集输系统能耗计算方法研究及应用

张鹏翥（东北石油大学石油工程学院）

油气集输系统分为集油、脱水、稳定和储运等环节，油气集输能耗一般占原油生产总能耗的30%～40%，所消耗的热能和电能是油田节能的重点对象。通过对北十七联合站集输系统能耗研究，建立了集输系统能耗“黑箱—灰箱”数学模型，对集输系统的能量平衡进行分析，发现系统中的转油站热能利用率和电能利用率都不高，是用能的薄弱环节，系统能耗计算方法为实现集输系统“优质、低耗”改造提供了理论依据。

集输系统 黑箱模型 灰箱模型 系统效率 节能降耗

我国东部老油田经过几十年的开发，地面各生产系统的负荷率普遍下降，运行效率降低，系统能耗升高。研究油气集输系统能量分布状况，优化和利用现有集输系统，将为油田节能降耗提供科学的依据。油气集输能耗一般占原油生产总能耗的30%～40%，所消耗的热能和电能是油田节能的重点对象。联合站、转油站及管网是集输系统能耗的三个重要部分，找出各部分能耗在集输系统总能耗中所占比例将对节能改造具有重要的指导意义[1]。

1 数学模型

对于原油树状双管掺水集输系统，其能量平衡关系遵守热力学第一定律，依据热力学能量平衡分析法，建立集输系统能耗水平评价的“黑箱—灰箱”数学模型[2-3]。

1.1 联合站黑箱分析模型

不考虑联合站站内能耗交换，利用进出口能量变化，根据能量平衡方程分析联合站系统能耗，由黑箱模型（图1）得：

供给能量：Esup=Ef+Ee

有效能量：Eef=Eo+Ew-Eow

系统能损：E1=Esup-Eef

能量利用率：ηe=Eef/Esup

式中：

Eo——外输原油带出能，kJ/h；

Ew——污水带出能，kJ/h；

Ef——联合站供给燃料能，kJ/h；

Ee——联合站供给电能，kJ/h；

E1——联合站总能损，kJ/h。

图1 联合站黑箱分析模型

1.2 转油站能量分析模型

由于转油站的燃料供给能、消耗电能以及循环水出入口的温度已知，所以采用灰箱分析模型（图2）得：

供给能量：Esup=Ef1+Ege1有效能量：Eef=Esup-E1

系统能损：E1=E11+E12+E13

能量利用率：ηe=Eef/Esup

式中：

Ef1——加热炉供给燃料能，kJ/h；

Ege1——泵供给电能，kJ/h；

E11、E12、E13——设备能损值，kJ/h。

1.3 管道能量分析模型

管道能量分析采用黑箱模型，其中供给能量为输入能量，有效能量为输出能量，总损失能量为管路损能[4-5]。

图2 转油站灰箱分析模型

1.4 集输系统各部分效率计算

系统效率计算：

站效计算方法：

管效计算方法：

式中：

ηz——站效，%；

ηg——i站管道管效，%；

Bi——i站耗气（油）量，m3（或kg）/h；

wi——i站耗电量，kWh/h；

R——电能折算系数，kJ/kWh；

QyDWi——燃料基底位发热值，kJ/m3(或kg)；

Qsa——介质从该站带出的能量，kJ/h；

Qsb——介质带入该站的能量，kJ/h；

Qsb∗——该站供给介质的能量，kJ/h；

Gi——站流量，t/h；

Ci——介质比热容，kJ/(kg∙oC)；

pi——管路压强，MPa；

ρi——液体密度，t/m3；

ti——温度，oC。

2 测试区块参数

测试地点选择在北十七联合站，目前该站处理三座转油站来液，本次测试包括其中两座油站内的5个计量间及每个计量间的所有井。

2.1 井口和计量间参数

◇油井参数：单井日产液量、单井日产油量、综合含水率、油压、套压、油管温度和掺水温度；

◇计量间参数：原油物性（20℃密度、比热）、回油温度、回油压力、汇管温度、汇管压力和总掺水量。

2.2 转油站参数

测试选用北十七联合站两处具有代表性的转油站（1#站、2#站），根据转油站进出口参数，应考虑的转油站参数包括：外输参数、掺水参数、供暖参数及自耗参数。

◇外输参数：计量间方向进站温度、压力，出站方向液量、温度，加热炉进口温度，转油站进、出口压力，外输管末端压力，输送液含水率，输送液比热；

◇掺水参数：掺水泵进口压力、掺水出口汇管压力、掺水出口温度、总掺水量及掺水介质比热；

◇自耗参数：站内消耗热能、站内消耗电能。

2.3 联合站参数

◇外输参数：转油站方向来液温度、压力、转油站方向进站液量、转油站方向进站液含水率、一段液量、一段含水率、二段液量、二段含水率、外输出口油量、外输出口液量、外输出口温度、外输管末端压力、外输液含水率、外输液比热；

◇供暖参数：供暖泵进口热水量、压力、供暖泵出口压力、温度、各站油管线、气管线、热水暖汇管温度、供暖介质比热；

◇自耗参数：站内消耗热能、站内消耗电能；

◇设计参数：转油站数量、计量间数量、输油管线长度、管线内外径、起点高程、末点高程、保温层材料、保温层厚度以及保温层导热系数。

3 系统效率及能耗计算分析

由现场测试数据，根据集输系统效率及能耗计算公式，计算北十七联地区井口管网、转油站、联合站等各部分效率及能耗。

测试区块1#转油站2011年6月到2012年1月平均站效为56.9%，站内所有计量间到1#转油站平均管效为86.4%；2#转油站2011年6月到2012年1月平均站效为60.7%，站内计量间到2#转油站的平均管效为90.5%。其它计算结果见表1。

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.005.002

张鹏翥，东北石油大学石油工程学院（油气储运专业），E-mail：dqlhw@aliyun.com，地址：黑龙江省大庆市高新技术开发区发展路199号，163318。