胜利油田东辛102联合站仿真及节能改造

胜利油田东辛102联合站仿真及节能改造

于景华1，朱玉泉2

(1.中北大学朔州校区动力与机械教研室,山西朔州036002;

2.朔州市农业机械管理局,山西朔州036002)

摘要：为了最大限度减少胜利油田东辛102联合站能耗，合理利用能源，采用胜利油田集输系统仿真软件对东辛102联合站进行仿真，得出了该站各种设备的耗能或热损失，并对其分析，提出了三种工艺流程改造方案，分析对比改造前后东辛102联合站工艺流程耗能情况，选择对稳定塔保温方案，节能效果最明显。

关键词：联合站；耗能；工艺流程；仿真；节能改造

中图分类号：TE832.3`+1

文献标识码：A

文章编号：1002-6339 (2015) 05-0474-03

Abstract：In order to minimize energy consumption of the Shengli Oilfield Dongxin 102 joint station and use energy more effectively,Shengli Oilfield Gathering and transportation system simulation software is used to simulate the Dongxin 102 joint station, the energy consumption of the various devices or heat loss is obtained and analyzed. Three kinds of technical schemes were proposed，and the energy consumption of technological process was compared before and after modification.Thus insulation of stabilization tower is selected, because the energy saving effect of this scheme is obvious.

收稿日期2014-11-25修订稿日期2015-01-03

作者简介：于景华(1978~)，女，硕士研究生,研究方向为工艺流程。

Dong Xin102 Station of Sheng Li Oilfield Simulation and Energy Saving

YU Jing-hua1,Zhu Yu-quan2

(1.Department Of Power And Machinery Engineering,North University Of China,Shuozhou

036002,China;2.Shouzhou City Administration of Agricultural Machinery, Shuozhou 036002,China)

Key words：joint station;energy consumption;technological process;simulation;energy-saving reform

0前言

油气集输系统是油田生产的重要环节，联合站是油气集输系统的最重要组成部分。联合站对各计量站或转油站来液进行集中处理，包括油气水分离、原油处理(脱水)、原油稳定、轻油回收、天然气净化以及采出水处理和回注等。联合站具有系统庞大、设备多、能耗高、用能环节多且复杂等特点，各工艺之间相互影响、相互制约、相互关联，是—个复杂的生产工艺系统[1-2],是油田生产的主要耗能环节。随着油田进入高含水的开发后期，油气处理的难度和成本都急剧增加。随着我国经济高速发展，能源消费急剧增加，而可利用的能源有限。因此，提高能源利用率、做好节能降耗工作，对解决能源问题有着十分重要的意义。

目前，国内外许多学者在集输系统节能降耗的应用研究方面做了大量的工作，但主要研究重点都以提高设备效率、简化工艺流程或局部的性能分析为目标，虽取得了良好的应用效果，但仍属于低层次的局部节能[3]。节能工作的发展经历了这样几个过程：第一阶段，属于“捡浮财”阶段，主要表现在回收余热，堵塞“跑、冒、滴、漏”，但在此阶段着眼的只是单个余热流，而不是整个热回收系统；第二阶段，考虑单个设备的节能，例如将蒸发设备从双效改为三效，采用热泵装置，强化换热器的传热等；第三阶段，也就是现在所处的阶段，考虑过程系统节能，这是由于90年代以来过程系统工程学的发展，使人们认识到，要设计一个能耗最小、费用最少和对环境污染最少的过程工业工厂，就必须把整个系统集成起来作为一个有机结合的整体来看待，达到整体设计最优化[4]。

我们选取东辛102联合站为研究对象，通过胜利油田集输系统仿真软件对联合站各种设备进行仿真计算，分析对比改造前后设备的耗能情况，从而选择最节能的方案进行改造。

1东辛102联合站仿真

从102联合站的整个工艺流程看，其热能消耗主要为脱水加热炉。而影响加热炉的能耗的重要因素，除加热炉本身的特性及运行状况，就是被加热介质(含水原油)的含水率。在保证达到同样出口温度的前提下，被加热介质含水率越高，燃油消耗量越大，而原油含水率主要与联合站脱水工艺紧密相关，因此，脱水工艺运行情况的好坏，直接影响着整个联合站的能耗情况[5]。目前，102联合站原油脱水工艺主要包括：井排进站加药破乳、三相分离器分离、大罐重力沉降脱水、原油加热换热、电脱水和原油稳定四部分[6]。

东辛102联合站工艺流程图如图1。

东辛102站的主要设备清单如表1。

图1　东辛102站的工艺流程

表1东辛102联合站的主要设备

设备名称规格或型号运行数量设备名称规格或型号运行数量分离器Ф4000×177163台净化罐2000m31台缓冲罐Ф10000×100001台脱水泵150SF-781台沉降罐5000m31台外输泵DYJ120-55X31台加热炉GW2500-Y/1.6Y2台换热器100m21台电脱水器Ф3000×126003台稳定塔2000m31台

东辛102联合站基础参数数据如表2。

表2基础参数表

基础参数数据土壤导热系数/W·m-1·℃-12环境年平均气温/℃20年平均风速/m·s-17.6外输油温度/℃65外输油压力/MPa1.8外输油含水/[%]0.1燃气低位热/kJ·m338148.77气相密度(标况下)/kg·m-31油相密度(标况下)/kg·m-3959水相密度(标况下)kg·m-31000

东辛102联合站入口参数数据如表3。

表3入口参数表

来液液量/m3·h-1含水率/[%]气油比温度/℃压力/MPa井排来液900908590.5Y66来液27.8400590.5

《胜利油田集输系统能量分析与仿真系统软件平台》是胜利油田设计开发的一个集输系统仿真软件平台，广泛应用于油田的集输系统，计算精确度较高。通过软件对东辛102联合站进行仿真，输出结果如表4。

表4主要设备的散热损失

设备名称数值三相分离器(散热)/MJ·h-12447.28缓冲罐(散热)/MJ·h-11002.96沉降罐(散热)/MJ·h-12176.56脱水泵(耗电)/MJ·h-1367.74换热器(散热)/MJ·h-1550.046加热炉(耗能)/MJ·h-121792.38电脱水器(耗电)/MJ·h-1943.15稳定塔(散热)/MJ·h-14123.8净化罐(散热)/MJ·h-12091.24外输泵(耗电)/MJ·h-191.12

2东辛102联合站节能改造

2.1　降低联合站外输油温度

对东辛102联合站的出站的外输管线进行保温，在保证联合站的工艺流程正常运转的情况下，我们把联合站原油出站的温度降低到60℃,其他工艺流程都不变。

降低出站外输温度后主要设备消耗的能量对比表如表5。

表5外输管线原油温度降低到60℃前后主要设备能量消耗或散热能量

设备名称改造前数值改造后数值三相分离器(散热)/MJ·h-12447.282452.68缓冲罐(散热)/MJ·h-11002.961005.84沉降罐(散热)/MJ·h-12176.562182.68脱水泵(耗电)/MJ·h-1367.74367.71换热器(散热)/MJ·h-1550.046553.35加热炉(耗能)/MJ·h-121792.3818694.47电脱水器(耗电)/MJ·h-1943.15949.15稳定塔(散热)/MJ·h-14123.83850.2净化罐(散热)/MJ·h-12091.241855.08外输泵(耗电)/MJ·h-191.1291.63

对东辛102联合站出站口外输管线进行了保温，降低外输管线油液的温度，减少了主要设备加热炉的燃料消耗，加热炉消耗能量降低了3 097.91 MJ/h，泵的电量消耗基本不变。

2.2　电脱水器分离出来的污水进行回掺

将电脱水分离出来的污水回掺到沉降罐，改造后的工艺流程图如图2。

图2　污水回掺改造后工艺流程图

通过软件仿真计算,改造前后主要设备消耗的能量或散热对比表见表6

表6工艺流程改造前后设备的能量消耗或散热

设备名称改造前数值改造后数值三相分离器(散热)/MJ·h-12447.282464.56缓冲罐(散热)/MJ·h-11002.961008.72沉降罐(散热)/MJ·h-12176.562570.04脱水泵(耗电)/MJ·h-1367.74376.12换热器(散热)/MJ·h-1550.046406.59加热炉(耗能)/MJ·h-121792.3817109.84电脱水器(耗电)/MJ·h-1943.15953.15稳定塔(散热)/MJ·h-14123.83690净化罐(散热)/MJ·h-12091.242094.84外输泵(耗电)/MJ·h-191.1291.12

电脱水器脱出的高温污水回掺到沉降罐，可以有效的提高沉降罐后续工序的油液温度，主要设备加热炉的耗能降低了4 682.54 MJ/h，大量节约成本。

2.3　对稳定塔进行保温

对东辛102联合站的稳定塔进行保温，在保证联合站的工艺流程正常运转的情况下，其他工艺流程都不变。采用40 mm岩棉材料保温，密度为100 kg/m3,在100℃时导热系数为0.051 2 W/(m·℃)，材料最高允许温度为600℃，完全满足稳定塔的温度要求，见表7。

表7稳定塔保温前后主要设备能量消耗或散热

设备名称改造前数值改造后数值三相分离器(散热)/MJ·h-12447.282452.68缓冲罐(散热)/MJ·h-11002.961005.84沉降罐(散热)/MJ·h-12176.562182.68脱水泵(耗电)/MJ·h-1367.74367.71换热器(散热)/MJ·h-1550.046587.6加热炉(耗能)/MJ·h-121792.3811982.34电脱水器(耗电)/MJ·h-1943.15943.18稳定塔(散热)/MJ·h-14123.8219.6净化罐(散热)/MJ·h-12091.242088.36外输泵(耗电)/MJ·h-191.1291.12

稳定塔散失的热量是所有设备中最多的，因此我们加保温层，对其保温，减少散热损失。通过对比，我们发现改造以后，加热炉能耗降低了9 810.04 MJ/h。

3结论

(1)通过对东辛102联合站设备耗能和散热计算，从表4可以看出加热炉消耗的燃料能和脱水泵电脱水器外输泵消耗的电能是整个联合站输入能量。从表5、表6和表7看出电能的消耗在改造前后基本不变。

(2)加热炉消耗的燃料能是影响东辛102整个联合站能耗的主要因素，要对东辛102联合站进行节能改造主要是降低加热炉消耗的燃料，但同时要满足工艺流程对温度的要求。降低东辛102站出站口外输油温度和电脱水出来的污水回掺到一次沉降罐，就可以提高后续工艺的温度，减少加热炉的燃料消耗。

(3)在东辛102联合站中，沉降脱水工艺流程中，分离器、缓冲罐、沉降罐的散热损失小，而稳定塔的散热损失对联合站能耗的影响比上三个设备散热损失影响大的多，所以选择对稳定塔设备进行保温。

(4)对比东辛102站三种节能措施，降低外输油温度、电脱水出来的污水回掺和对稳定塔保温，在资金一定的情况下，优先选择对稳定塔进行保温，节能效果最好。

(5)在实际改造中，对稳定塔进行保温，可以节省大约9 000 MJ/h。计算结果和实际基本吻合。

参考文献

[1]冯叔初，郭睽常，王学敏.油气集输[M].北京：石油大学出版社，1988.

[2]王利华.油气集输系统节能探讨[J].经营管理者,2010(21):367.

[3]闫江涛,王坤,杨帅,等.油田集输系统能耗与节能研究综述[J].中国石油和化工标准与质量，2012(1):295-296.

[4]冯霄.化工节能原理和技术[M].北京：化学工业出版社，2003.

[5]朱玉泉，李振林.联合站能耗灰色关联分析[J].节能技术，2008,26(6):560-562.

[6]冯国栋，朱玉泉.油田联合站能耗“三环节”评价[J].节能技术，2009,27(3):212-215.