稠油集输系统能量平衡分析.doc

稠油集输系统能量平衡分析马强 李成城（中油辽河金马油田开发公司，辽宁 盘锦 124010）摘要：为了对稠油集输过程耗能进行定量分析，建立了稠油集输系统的能量平衡分析模型，给出了评价指标及其计算公式。并利用实测数据对洼一联稠油集输系统进行了分析计算根据测算结果提出了降低系统能耗的一些建议。关键词：稠油集输；能量平衡；节能；模型；洼一联；分析方法引 言稠油中的胶质、沥青等含量高，具有粘度高、密度大、凝固点低等特点。因此，在集输过程中，要求输送温度较高。另外流程中管网阻力损失也较大，易导致其集输过程的热力消耗及动力消耗远高于稀油集输过程。目前稠油集输过程能耗仅有一个宏观统计量，各环节的能耗仅有定性分析，尚无定量分析，因而不能为节能技改提供依据。因此对稠油集输系统进行节能降耗研究，对提高稠油开采的经济性，促进稠油的生产发展，具有重要意义。为此，对有代表性的洼一联稠油集输系统进行了能量平衡分析，并根据测算及分析结果，提出了降低该系统能耗的一些建议。1 集输系统能量平衡分析模型稠油集输系统由联合站、采油小站、油井及连接管网等组成。始端为油井，终端为联合站，为便于分析将系统分为三类子系统，即联合站子系统、小站子系统和管网子系统。考虑稠油集输系统的特点，采用灰箱模型（图1）进行分析。图1 集输系统能量平衡分析模型根据灰箱模型计算稠油集输系统总供给能量为： （1）式中：为集输系统总供给能量，MJ/h；为联合站子系统供给能量，MJ/h；为采油站子系统供给能量，MJ/h。各子系统能损系数： （2）式中：为子系统能耗值，MJ/h。集输系统的能量利用率为：。2 洼一联集输系统能量平衡测算洼一联稠油集输系统由1座联合站、28座小站、300余口油井及连接管网组成，年集油20104t。为满足计算要求，对1座联合站、9座小站及所属215口油井进行了详测，其余小站及油井取统计数据。2.1 子系统能量平衡测算联合站子系统和小站子系统能量平衡测算结果及其管网能损测算结果分别见表13。表1 联合站子系统能量平衡测算结果项 目单位数值能损系数（%）供给能量MJ/h26451.3-有效利用能量MJ/h13980.3-损失能量加热炉MJ/h8863.633.51（71.07）机泵MJ/h328.11.24（2.63）罐及管网MJ/h3279.312.40（26.30）小计MJ/h12471.047.15系统能量利用率%52.85-注：（）内数据为设备损失能量占联合站总损失能量的百分比。表2 小站子系统能量平衡计算结果小站类型掺水流程掺油流程三管伴热流程能量利用率（%）57.0162.0760.38能损系数42.9937.9339.62表3 管网子系统能损测算结果管网类型段管网能损（MJ/t）段管网能损（MJ/t）合计（MJ/t）三管伴热流程管网38.3942.1480.53掺水流程管网27.0338.1365.16掺油流程管网25.3827.7153.082.2 洼一联稠油集输系统能量平衡计算洼一联稠油集输系统能量平衡计算结果见表4。表4 洼一联稠油集输系统能量平衡计算结果项目单位数值能损系数（%）供给能量MJ/h109794.8-损失能量管网子系统MJ/h28561.5126.01小站子系统MJ/h33125.4430.17联合站子系统MJ/h12471.9611.36小计MJ/h74157.9167.54系统能量利用率%32.64-系统能源利用率%30.40-单位气耗Nm3/t油24.67-单位电耗Kwh/t油7.28-单位综合能耗Kg标煤/t油38.17-综合能耗t标煤/h4.72-3 测算结果分析3.1 稠油集输系统洼一联集输系统能源利用率为30.40%，在各油田中属中等水平。若考虑到稠油自身特点，其集输能耗较稀油集输能耗高是正常现象，则可以认为在原油生产企业中该系统的能量利用属中上水平。但与集输系统用能先进企业(能源利用率在40%左右)相比，则还有较大的差距。在系统的管网、小站和联合站的三个子系统中，小站能损最高，占系统总能损的44.7%，其次是管网占38.5%。联合站在系统中能损率虽不高，但从联合站子系统的能量平衡结果看，在能量利用上仍有明显的薄弱环节。由此可以认为，管网、小站和联合站三个子系统都有节能潜力，在提高能源利用率方面都有工作可做。3.2 联合站子系统联合站子系统能量利用率为52.85%，能量利用率偏低。从各环节来看：一是站内加热环节能损占总能损的71.07%，即有三分之二以上的能量损失在加热过程中。据测算结果，加热炉运行效率在52%73%之间，平均65%左右，热损很大，应列为改造重点。二是联合站内罐及管网，能损系数为13.34%，热损高，应对站内罐及管网保温加以改进。三是虽然机泵能损系数为1.24%，却占其供给电能的40.51%，有必要开展提高机泵运行效率的研究。3.3 小站子系统在掺水、掺稀油和三管伴热三种流程中，平均能量利用率以掺稀油流程为最高(62.07%)。可见从能量有效利用的观点看，应优先选择掺稀油流程。在三种流程中，能量利用率最高的与最低的站相差13.65%。其中能量利用率低于55%的站占25%，低于60%的占62.5%。从测试结果来看，小站能量利用率不高，主要是站内加热炉及机泵负荷率过低，效率不高造成的。3.4 管网子系统在掺水、掺油和三管集输流程管网中，平均折算能损最高的是三管流程80.53MJ/t，最低的是掺稀油流程53.08MJ/t。这是因为三管流程管网总散热面积大，往返两条热水管线，管内对流传热系数大，导致散热损失增加。从管网能损的大小判别，掺稀油流程优于其他两种流程。这是由稀油的比热、导热系数比水小所决定的。从减少管网能损考虑，在稀油资源有保障的情况下，应优先采用稀油流程。三种流程的段管网能损均高于工段管网，其中掺水流程的段管网比I段管网高41%，对这部分管网应查找原因。加以改进。4 结论及下步建议应用稠油集输系统能量平衡分析方法计算的洼一联稠油集输系统能源利用率为30.40%，已达到中等水平，但为了进一步提高能源利用率，在优化设备配置和优选工艺参数的同时应采取部分改造措施。（1）对于负荷率25%，运行效率60%的加热炉，将其更换为热功率相匹配的高效加热炉；对于负荷率在25%45%间的加热炉，可考虑采用“二合一”方式。如将外输炉与掺水炉合一加热，以提高负荷率；将手动调风装置改为自力式比例调风装置；对散热损失超标的加热炉，应更换绝热材料或改进保温结构。（2）电机和泵的负载率都低的应更换合理匹配的新机组；将低效的机组或电机或泵更换为高效的；研制适于稠油集输的高效泵。（3）对散热损失较大的管网，检测保温状况，加以改造；逐渐以掺油或掺水流程取代三管伴热流程。参考文献1 万仁溥采油工程手册M北京：石油工业出版社，2003：3333482 陈涛平，胡靖邦石油工程M