油田脱水站能耗分析与预测

2019-12-24鲍云波吕莉莉

油气田地面工程 2019年12期

鲍云波吕莉莉

1大庆榆树林油田开发有限责任公司

2中国石油天然气股份有限公司规划总院

我国大多数陆上油田，如大庆、辽河油田等均已开发多年，目前进入了高含水开发时期，出现了油气产量逐年递减、含水量大幅度上升、油气处理能力过剩、生产能耗高、系统效率低、生产运营成本增加[1-3]等一系列问题。降低能量损耗、提高设备运行效率、减少成本投入，是提高石油生产企业经济效益的重要途径。针对油田生产面临的上述问题，大庆、中原等油田通过采取高效节能设备、革新技术等措施对系统进行调整改造，使系统的能耗指标大为改善[4-7]。所采用的高效设备主要包括：高效三相分离器、真空相变加热炉、热泵回收含油污水余热、常温游离水脱除、机泵系统改造、加热炉改造等。集输系统的调整改造通过采取“加强联网、能力互用、挖潜利旧、控制规模”的办法，充分利用地面系统的剩余能力和已建工程，避免出现设备的闲置和浪费现象[8-10]。脱水站作为集输系统的关键环节，在集输过程中消耗了大量能量，针对某采油厂脱水站，研究了其能量消耗现状，找出工艺设备存在的问题和薄弱环节，进而提出有针对性的调整改造措施。

1 油田脱水站工艺流程

油气集输工艺流程是指油井产出的油、气、水混合物按一定顺序通过管道连续地进入各种设备和装置进行处理，获得符合质量标准的油气产品。脱水站是油气集输过程中的关键处理环节。某采油厂脱水站工艺流程如图1 所示。计量站来液进入油气分离器进行气液分离，分离后的气体外输，油水混合物进入汇管和转油站来液混合，然后进入沉降罐进行油水分离，分离后的污水去污水站，原油经加压、脱水后进入净化罐，最后经加热加压后外输。

图1 脱水站工艺流程Fig.1 Process flow of dehydration station

2 脱水站能量平衡模型

2.1 能量平衡分析模型

能量平衡方法是一种大家公认的油田能耗分析方法，通过测试、分析被测单元输入、输出能量在数量上的平衡关系，掌握被测单元的耗能状况及用能水平，确定被测单元的节能潜力与节能方向。脱水站能量平衡模型如图2 所示。

图2 脱水站能量平衡模型Fig.2 Energy balance model of dehydration station

脱水站能量平衡方程为

式中：EPhin为各种介质流入脱水站时相对于基准温度所带入的热能，kJ/h；EPhout为各种介质流出脱水站时相对于基准温度所带出的热能，kJ/h；EPpin为各种介质流入脱水站时相对于基准压力所带入的压力能，kJ/h；EPpout为各种介质流出脱水站时相对于基准压力所带出的压力能，kJ/h；EPh为外界供给脱水站的热能，kJ/h；EPe为外界供给脱水站的电能，kJ/h；ΔEPh为脱水站的热能损失，kJ/h；ΔEPp为脱水站的压力能损失，kJ/h。

2.2 脱水站能耗评价指标

能量利用率为

式中：ηP为能量利用率，%。

电能利用率为

式中：ηPe为电能利用率，%。

热能利用率为

式中：ηPh为热能利用率，%。

2.3 设备能耗评价指标

2.3.1 机泵评价指标

泵机组效率为

式中：ηu为泵机组效率，%；Epout为泵输出功率，kW；EIP为电动机输入功率，kW。

节流损失率为

式中：ηv为泵出口阀节流损失率，%；ppout为泵出口压力，MPa；pvpout为泵出口调节阀后压力，MPa。

2.3.2 加热炉评价指标

有效利用能量为

式中：E为有效利用能量，kJ/h；Q为介质流量，m3/h；T0为出口温度，℃；T1为入口温度，℃；ρm为介质密度，kg/m3；Cm为介质比热容，kJ/(kg·℃)。

热效率为

式中：ηh为正平衡热效率，%；Q1为输入能量，kJ/h。

3 评价结果

3.1 能耗分析结果

根据建立的能量平衡模型，对脱水站的生产运行参数进行测试，并进行了能耗计算，测试结果和能耗计算结果分别见表1、表2 和表3。

表1 脱水站入口生产运行数据Tab.1 Inlet production operation data of dehydration station

表2 脱水站出口生产运行数据Tab.2 Ooutlet production operation data of dehydration station

进一步分析可知，该站冬季热损占总能损的比例为95.00%，压损占总能损的比例为5.00%；夏季热损占总能损的比例为89.00%，压损占总能损的比例为11.00%。无论冬季还是夏季，热损都大于压损。因此，保证该站加热炉的高效运行，增强站内设施保温状况是提高热能利用率和能量利用率、降低能量损失的关键。

表3 脱水站各能耗计算结果Tab.3 Energy consumption calculation results of dehydration station

3.2 存在的主要问题

该脱水站能耗设备主要为加热炉和机泵。其中：冬季运行5 台加热炉、3 台机泵；夏季运行4台加热炉、2 台机泵。加热炉和机泵的节能监测评价结果分别见表4 和表5。

由节能监测评价结果可知：1#、2#脱水炉冬夏两季空气系数都不合格；2#脱水炉夏季热效率不合格；2#采暖炉冬季热效率、过剩空气系数、排烟温度都不合格；1#采暖炉冬季热效率、过剩空气系数不合格；1#脱水泵、3#外输泵冬夏两季运行时的机组效率都不合格；2#脱水泵冬季的机组效率不合格。为了提高设备运行效率、降低能量损耗，需要结合站场的实际运行情况进行调整改造。

4 改造措施

4.1 加热炉改造措施

通过对脱水站加热炉的运行进行监测，发现热效率低的主要原因是加热炉配风偏大、燃烧不完全、负荷率低等。针对各加热炉的运行情况，具体改造措施如下：

（1）1#、2#脱水炉增加空燃比和多参数串级反馈联动控制系统，实时自动调节空燃比，合理调整配风量。

表4 加热炉节能监测评价结果Tab.4 Energy-saving monitoring and evaluation results of heating furnace

表5 机泵节能监测评价结果Tab.5 Energy saving monitoring and evaluation results of pump

（2）1#、2#采暖炉安装氧量自动控制配风装置，开1 台采暖炉。

第一，展现了较强的企业资源属性与价值性、稀缺性、难以被复制性等。构建了有形和无形的资源，整合了多样化的生产技能，打造了企业核心竞争力。第二，人力资源，主要是在知识、技能、能力、稀缺的人力资源本身上，构建的核心资源。因此，组织中的稀缺人力资源，属于核心资源。第三，资源创造核心竞争优势；展现了有形或者无形、人力资源能带来核心竞争优势［3］。

（3）4#外输炉安装氧量自动控制配风装置，降低配风量、减少排烟损失；定期清理加热炉烟火筒内的积碳和积灰沉积，提高换热系数和运行热效率。

（4）使用节能涂料，改变换热系数，提高运行热效率；保护加热炉炉体，延长设备使用寿命。

（5）加强加热炉的运行管理，制订合理的操作规程。

4.2 机泵改造措施

针对站场机泵在运行时存在的运行效率和负荷率低的问题，具体改造措施如下：

（1）1#、2#脱水泵根据负荷大小，优化泵的运行方案。当排量小于115 m3/h 时，启动1#脱水泵即可；当排量大于115 m3/h 时，应开启2 台脱水泵。

（2）3#外输泵更换合适排量的离心泵。

（3）机泵房以及场区使用节能灯具。

（4）对机泵内部喷涂防腐耐磨涂层。

5 改造效果预测

按照上述方案改造之后，脱水站设备运行效率将提高，改造前后热能利用率、电能利用率和能量利用率对比如图3、图4 所示。

图3 冬季改造前后能量利用情况Fig.3 Energy utilization conditions before and after renovation in winter

由图3、图4 可知，该脱水站冬季运行时能量利用率提高1.60%，热能利用率提高1.58%，电能利用率提高1.14%，单位原油生产气耗下降7.58%，单位原油生产电耗降低6.80%；夏季运行时能量利用率提高2.98%，热能利用率提高3.01%，电能利用率提高0.62%，单位原油生产气耗下降14.46%，单位原油生产电耗降低4.69%。

改造后年节气和年节电量计算结果如表6所示。