新型注汽锅炉一体化储供油系统研究与应用

马强 曾岩（.辽河油田公司质量节能管理部；.辽河油田公司浅海石油开发公司）

油田的稠油先期开采主要是由油田专用湿蒸汽发生器来产生高温（356℃）高压（17MPa）湿蒸汽，对各稠油井采用吞吐注汽来进行油气采收。由于油井位置分布分散，广泛采用活动拖车式湿蒸汽发生器，1口井注汽后，需要整体搬迁至另一井场，以满足不同位置油井的注汽。

辽河油田不同的采油区块井场面积情况也有所不同，冷家油田的井场面积比辽河油田单井井场平均面积小，井场面积非常有限。由于湿蒸汽发生器附属设备数量多、占地面积大，单井注汽时，现场搬迁摆放场地紧张，操作难度大。研制占地面积小，便于灵活搬迁的湿蒸汽发生器附属设备是一个新的课题。

1 活动注汽锅炉配套储供油系统应用情况分析

由于井场平台的面积有限，就要有效地利用井场来进行各项作业。湿蒸汽发生器附属设备多，占井场地面积大，更需要占地面积小的设备设施。在国家提倡节能减排的方针下，也更需要节能、安全的设备设施。

1.1 分体式储供油系统

1）现有燃油热泵组有2个活动卸油台（9m×3m）、1个储油箱（3.3m×4.6m）、1个预热箱（3.3m×4.6m）、1间油泵房（3.3m×8m），井场摆放占地面积达到83m2。在搬迁的过程中由于井场场地面积大小不一，燃油热泵组组件较大，且零散、占地面积多，在吊装摆放时十分困难。

2）每次搬迁都要用活动的螺茨泵将油箱内底油抽出，为避免燃料油流出造成现场污染，要对油箱及连接管线进行封堵。由于劳动量大，工艺流程安装复杂，每次搬迁仅燃油热泵组组件就需要15t卡车3台。搬家车辆的数量较多，也增加了搬运费用和搬运时间。

3）燃油热泵组各部件之间工艺管线连接每次搬家时，都要将各部件组装拆卸并再次安装才能使用。搬迁时配电系统中的各电动机、油箱中的电加热器、温度控制器等电器线路都要进行拆卸和重新安装。外接电缆线较多，现场接线散乱，拆装工作量大，用电也不安全。

4）在冬季生产中，由于燃油热泵组组件多，拆卸前要对各组件间的油路系统管线用蒸汽或空气进行扫线，安装后要对管线进行预热投运，防止燃料油冷却凝结，这个过程既费时、费力，又不安全。

启炉投运时如果燃油不符合炉前燃烧的油温要求，就要对燃料油进行循环加热，循环时间越长，耗能越大。

在预热过程中，燃油要从储油箱、预热箱、油泵房至锅炉房逐级加热，当加热油温达不到燃烧要求时，再经回油流程返回预热箱循环加热（图1）。

式中：

m——油箱油量；

T——预热时间；

C——油比热，取值0.453；

P——加热电功率，kW；

Δt——加热温差，℃；

η——换热效率。

图1 现用燃油热泵组燃油加热流程

已知预热油箱油量为15.18t，加热温差Δt为10℃，24kW静态加热器换热效率为64%，可得预热时间为5.7h。

燃油加热温度提升慢，加热时间长，致使耗电量大，启炉投运时间长，影响注汽投产。

1.2 原有外置卸油泵式一体化储供油系统

1）整装橇座式的一体化储供油系统是改进后的储供油设备。它是由储油箱、卸油箱、卸油泵、供油泵房及供油泵等设备组成。由于该整体橇座能够集中卸油、储油、供油及加热为一体，故称为一体化供油系统[1]。

2）该系统优势为占地面积小，搬迁方便灵活，现场摆放及工艺连接方便快捷，是原分体式供油系统的替代设备。

3）外置卸油泵式一体化储供油系统不足之处是：冬季外置的卸油泵启动非常困难，由于处于低温状态，卸油泵及工艺管路内存留的燃料油极易凝结，从而需要加热、扫线等各种方法来启动卸油泵，极大地增加工作量、缩短卸油泵的使用寿命；该系统必须与锅炉燃油流程连接后才能运行使用，不能独立自成系统，影响灵活运用；受卸油口限制，在工作现场极大限制了卸油车辆的卸油通道。

现场运行表明，以上分体式和外置卸油泵式两种储供油设备都有不足之处，遇到油井同平台作业的情况下，都严重制约着现场安全。为达到安全规范，占地面积控制在20～30m2内，减少连接的工艺管路、电缆。要快速进入热备状态就必须要设计出新的储供油设备。

2 新型一体化储供油系统研究方案

将现有的燃油热泵组件中的卸油台、卸油箱、储油箱、油泵房，以及供电设施整合为一体，形成多功能一体化储供油系统。当拉油车卸油时可直接将燃料油卸入内置卸油箱内，省去了以往卸油过程中必须将油车开至卸油台上向卸油箱卸油再转入储油箱中的过程[2]（图2）。

图2 新式储供油系统整体方案

这种方法大大节约了储供油系统的现场占地面积，搬家时减少吊装车辆和吊装时间，使搬家现场的工艺连接和电器连接工作量大大减少。这种一体化储供油系统每台活动注汽锅炉配置一套，即可投入使用。

一体化储供油系统可按油车放油口的离地高度确定卸油口高度，这样就可以省去卸油台装置。

表1 一体化储供油系统设计方案

另外，根据活动注汽锅炉最大排量（单位时间内锅炉的蒸发量）所需的耗油量来确定卸油箱和储油箱的容量，再根据供、卸油泵泵组工艺，电加热器及配电控制系统所占的面积来确定一体化储供油系统的外形尺寸，既能满足搬运的车辆要求又能满足正常的生产运行。

根据确定的可行性方案，设计出新型一体化储供油系统（表1）。

2.1 结构一体化

新式储供油系统设计是将储油区、泵组区、配电控制区3个功能区有序紧缩在同一泵房内；又根据锅炉耗油量设定储油箱有效容积为20m3，并将卸油箱设计为嵌入储油箱内（图3）；这样的设计减少了卸油工艺管路，而且储油箱包裹卸油箱，使储油箱内的油温直接与卸油箱油温进行热传导，不用在卸油箱内安装电加热器也可进行保温，减少热损失。

图3 嵌入式卸油箱设计

2.2 工艺改进

1）新型一体化储供油系统去掉了卸油台，卸油口采用90°双面转角设计，经多次与拉油罐车的试验调整，确定卸油口的离地高度为900mm，这样使拉油罐车在任何注汽现场都能直接卸油，不需其他附件配合。

2）卸油泵移至室内安装，省去启动前的火烤、电加热、蒸汽加热等不安全措施，提高安全系数，降低用电能耗。

3）在电加热器出口至卸油泵出口连接内循环工艺，通过阀组可以灵活方便切换流程，达到循环加热和正常供油的目的。

4）回油连接端口双向预留，这样新式一体储供油设备在现场摆放位置不受连接限制，节省连接管材，减少连接工作量。

5）在储油箱上安装防爆式浮球液位计，使储油箱内液位能够一目了然，操作人员可以随时观察，对油箱内液位及时监控，防止卸油过程中冒罐，造成卸油污染。同时，根据液位计刻度变化可计算出锅炉的耗油量及燃油单耗。

新型一体化储供油系统工艺流程见图4。

图4 新型一体化储供油系统工艺流程设计

2.3 优化供配电系统

燃油热泵组只经1根主电缆即可连到配电间，减少搬家现场中电缆拆卸数量，实现集中供电。

供油泵采用变频控制，降低耗电。通过供油出口安装智能压力变送器和控制柜安装PID智能压力控制器，可在压力控制器上根据锅炉用油压力情况灵活设定，实现变频器的压力自动调节，达到本地控制目的。同时，在控制柜上安装冗余切换开关和外接端子，使锅炉控制盘燃油压力通过PID自动调节，实现锅炉供油压力远传控制，使本体控制、介入控制一体化，达到冗余设计的目的，使供油的变频调节更加方便灵活。

表2 新型一体化储供油系统改进方案对照

通过以上3项实施应用，新燃油一体化装置不仅在外观上有所变化，而且实用功能也得到了进一步的改善（表2）。

3 应用效果

3.1 效果评定

在新型一体化储供油设备设计制做完毕后，首先对卸油情况进行投运测试。

1）卸油车在不同注汽现场卸油，因为采用了90°卸油口，拓展了卸油车在现场停摆角度，经多次测试，效果十分理想。

2）现场去掉了卸油台，卸油口高度适中，在不同注汽现场拉油罐车都能卸油，并且卸油效果较好，达到了设计要求。

3）新型一体化设备摒弃了原来的燃油泵组的积木式组合方式，所有组件都设计制做在了一个彩板房内，占地仅为26.4m2，相比原燃油泵组83m2占地面积大大减少，这样搬家时只需一辆卡车就可以轻松吊装，达到了预期效果。

4）由于卸油箱与储油箱为嵌入式结构，并且一体化燃油泵组的储油箱与供、卸油泵相间设计，这样一来，油箱内燃油自带温度与供、卸油泵组件间可自行热传导，无须再对卸油过程进行扫线和预热，既节能又省时省力。

电加热器出口内循环工艺可迅速提升油箱内的油温，达到快速启炉的目的。通过预热时间公式计算出一体化储供油系统在与原燃油热泵组在相同储油量和加热温差下，预热时间由5.7h降至了3.7h。根据公式（1）计算如下：

原燃油热泵组采用静态电加热器，加热效率为0.64（根据热功计算），计算可得预热时间为5.7h；一体化储供油系统采用节能型流态电加热器，加热效率为0.96（根据热功计算），计算可得预热时间为3.7h。

实际计算表明，一体化储供油系统的各项指标达到了活动前设定的目标值，并取得较好效果。

3.2 效益分析

原燃油泵组搬一次家需15t卡车3辆才能吊装搬走，现一体化燃油泵组只1个彩板房，1辆卡车轻松吊装，省去了2辆卡车的费用，其中运输费1600元，吊装费800元，人工费240元。以活动炉全年注汽搬迁20井次，计算全年可省52800元，注汽作业区6台活动注汽炉全年节约316800元。

制做成本：原积木式燃油热泵组制做成本为29万元左右，而新型一体化储供油系统的制做成本仅为19万元左右，如果全部采用新型一体化储供油系统，冷家油田注汽作业区共6台活动注汽锅炉，可节约成本为60余万元。

由于采用了节能型流态电加热器和内循环加热工艺，在同等条件下，使油箱内温度上升10℃就可节电48kWh。每台锅炉全年按300天注汽计算，启炉每天卸油一次，注汽作业区共6台活动注汽锅炉，计算可节电86400kWh，折合费用69120元。仅搬迁费与电费全年共计节约可达38.592万元。

因减少了搬家吊装车次，缩短了搬家和安装时间，减小了管线连接时间、电器连接时间和注汽站员工投运该系统时间，大大降低了人员的劳动强度，使注汽锅炉能够及时启炉注汽，提高注汽时率，增加注汽效益。

4 结论

通过应用新型一体化储供油系统，有效降低了井场占地面积，减少了搬迁工作量，缩短了搬迁后启炉热备时间，提高了工作效率，降低了耗电量，该工艺改进技术具有很好的推广应用价值。

[1]韩安荣.通用变频器及其应用（第二版）[M].北京:机械工业出版社,2000:8-10.

[2]曲明义,许宝燕.油田注汽锅炉技术问答[M].北京:石油工业出版社,1994:21-25.