油气集输系统节能研究进展.pdf

第 4 3卷第9期 2 0 1 4年 9月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V n 1 ． 4 3， N o ． 9 S e p t e mb e r ， 2 01 4 油气集输 系 统节能 研究进展 朱梦影 ， 董彩虹 ，张迪 ，张杰 。 I 中国石油大学 北京 城市油气输配技术北京市重点实验室 油气管道输送安全国家工程实验室 ，北京 1 0 2 2 4 9 2 ．中围石油天然气股份有限公司北京油气调控中心，北京 1 0 0 0 0 7 ； 3 ．中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 1 0 0 0 8 3 摘 要 近年来 ，节能降耗一直是工业生产研究的重点。以油田集输系统为研究对象 ，从系统的能耗特 点、能源利用现状及原因出发，说明了目前油气集输系统存在的油气处理设备能耗高，油气蒸发损耗高，油田 后期工艺、设施与系统不匹配、腐蚀等问题。介绍了近年来国内外对集输系统节能降耗的研究 ，并给出了节能 的一系列措施，阐述了节能技术的发展方向，为今后油田集输系统节能降耗技术的应用 、推广以及研究提出了 良好的指导 。 关键词油气集输系统；能耗特点；节能降耗措施 中图分类号T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 40 9 1 8 2 6 0 4 Re s e a r c h Pr og r e s s i n Ene r g y Sa v i ng o f Oi l g a s Ga t h e r i ng a nd Tr a ns por t a t i o n Sy s t e m ZH U M e n g- yi n g ， D ONG Cai h on gz ， ZHANG Di ‘ ， Z HANG Ji e 1 ． B e i j i n g Ke y L a b o r a t o r y o f Ur b a n Oi l a n d Ga s D i s t r i b u t i o n T e c h n o l o g y , Na t i o n a l E n g i n e e r i n g L a b o r a t o r y f o r P i p e l i n e S a f e t C h i n a Un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m B e i j i n g ， B e r i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a ； 2 ． C h i n a Na t i o n a l P e t r o l e u m C o r p o r a t i o n B e i j i n g Oi l Ga s C o n t r o l C e n t e r , B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 3 ． C h i n a P e t r o l e u m E n g i n e e ri n g C o ． ， L t d ． Be i j i n g C o mp a n y , B e i j i n g 1 0 0 0 0 7 ， C h i n a Abs t r a c t I n r e c e n t y e a r s ，s a v i n g e n e r g y a n d r e d u c i n g c o n s u mp t i o n h a v e b e c o me a r e s e a r c h f o e u s i n l n d u s t r i a l p r o d u c t i o n fie l d ． I n t h e p a p e r , f o c u s i n g o n o i l g a t h e r i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n s y s t e m， a c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e ris t i c s o f t h e s y s t e m e n e r g y c o n s u mp t i o n a n d t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f e n e r g y u t i l i z a t i o n ， s o me p r o b l e ms we r e a n a l y z e d ， s u c h a s t h e h i g h e n e r gy c o n s u mp t i o n i n o i l - g a s p r o c e s s i n g e q u i p me n t ， h i g h o i l e v a p o r a t i o n l o s s ，c o r r o s i o n a n d t h e mi s ma t c h p r o b l e m o f f a c i l i t y a n d t e c h n o l o gy s y s t e m i n l a t e p e rio d o f o i l fie l d d e v e l o p me n t ．Re c e n t r e s e a r c h e s o n s a v i n g e n e r g y a n d r e d u c i n g c o n s u mp t i o n o f t h e g a t h e r i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n s y s t e m we r e i n t r o d u c e d ， a n d a s e rie s o f e n e r g y s a v i n g me a s u r e s we r e p u t f o r wa r d a s we l l a s th e d e v e l o p me n t t r e n d o f e n e r g y s a v i n g t e c h n o l o g y , wh i c h c o u l d p r o v i d e a g o o d g u i d a n c e f o r a p p l i c a t i o n ， p r o mo t i o n a n d r e s e a r c h o f e n e r g y s a v i n g t e c h n o l o gy f o r t h e o i l g a t h e ri n g s y s t e m i n f u tur e ． Ke y wo r d s Oi l g a s g a t h e r i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n s y s t e m； En e r g y c o n s u mp t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ； En e r g y s a v i n g me a s u r e s 油 田地 面工程包括油气集输 与油气 矿场加工 以下简称油气集输 、油田采出水处理 、供排水 、 注水 、供电等系统。地面工程约 占油气 田开发总投 资的 3 0 ％ 4 0 ％，占气田投资的 6 0 ％～ 7 0 ％。其核心 是油气集输系统，担负着油气计量、收集、分离、 净化处理、储存 、以及外输的重任，同时也消耗着 大量的能量 ，是油田生产中的主要耗能环节之一 。 随着许多老油 田进入开发后期 ，开发难度和油气处 理的难度急剧增加 ，单位产量的能耗逐年上升。而 我 国正处经济迅速发展的时期 ，能源短缺问题 日益 严重 ， 一定程度上影响了社会的可持续发展。因此， 做好节能降耗_T作，提高集输系统的能源利用率， 降低集输系统的生产成本，从而降低油田开发系统 的生产成本 ，增加效益 ，对油 田的可持续化发展至 关重要。 1 油气集输系统能耗特点口 。 1 油气水处理能耗高 ，油气蒸发损耗高。 油田开采后期，原油含水量高达 8 0 ％以上， 使油气 处理难度加大，处理装置的负荷加大，能耗加大。 同时，一些老油田还采用传统的工艺流程，系统密 闭有待提高。 2 热负荷分散，产热设备数量多、运行效 率低 。油田广泛采用的加热炉，平均运行效率低于 7 5％ 。 3普遍采用燃烧高能质的石油燃料 以获取 热能。 4生产用 电量大 ，电、热力采用分产 、分 供的方式，利用率低。即动力或电力几乎全部由电 网供给，热能则由小型锅炉和加热炉提供。 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 7 0 9 作者简介 朱梦影，女，天津滨海新 区人，在读硕士研究生，2 0 1 2年毕业于西南石油大学，从事石油天然气储运方面研究。 E - m a i l j e w e l 3 2 6 1 6 3 ． c o m 。 第 4 3卷第 9期 朱梦影，等油气集输系统节能研究进展 1 8 2 7 2 油气集输系统能耗现状和原因 技术， 详 细分 析了 余热回 收 利用的 方法， 对 应用中 1 油水比例变化使原来的集输工艺和设施 的不适应性 ，不匹配性 日益严重。 例如， 进人特高含水开发期后，产油量的减少 使外输泵 “ 大马拉小车”现象严重，电耗大。部分 油田还沿用传统的进站直接加热升温 、 沉降的工艺， 造成能源浪费，系统效率降低。 2特殊油藏的开发和三次采油技术 的推广 以及随着油含水量 、含沙量 的增加 ，加大了油气集 输系统油气水分离 、原油破乳和污水处理的难度 。 尤其是对高粘起泡重质原油，采用传统分离处理工 艺效率低 、能耗大。 3随着油 中含水量的逐年增加和产油量的 逐年递减 ，油气集输系统存在不 同程度的超负荷运 行和低效现象 。 而且油 田的各类设备 ， 尤其是锅炉、 加热炉、抽油机、注水泵等主要耗能设备，都普遍 存在着不同程度的老化，不能按照有关的标准规定 进行周期检验和维护，造成效率下降，系统可靠性 降低 ，设备破裂和停产事故几率增加。 4 腐蚀是油田开发生产中所面临的要害问 题， 管线穿孔， 设备腐蚀将影响集输系统正常运行， 如不及时处理， 甚至造成停工停产的重大经济损失。 3 油气集输系统的节能进展 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 ，取得了良好 的应用 效果 ，但多数属于局部 的节能应用 。 1 杨德伟等 通过能耗统计数据分析，实地测 试用能设备，运用热力学与传热学的知识分析，找 出了胜利油田进入高含水阶段，联合站能耗大幅度 增加 的原 因并在此基础上提出了改进原脱水工艺 、 对沉降罐进行保温以及在油水泵上使用变频调速装 置等节能降耗措施 。 张建等 悃述了胜利油田围绕节能降耗 、环境 保护、提高集输工艺系统效率等方面，采用了游离 水脱除 、液一液旋流分离 、水力旋流除砂 、变频调 速等一系列新技术 ，高了集输工艺技术水平 ，达到 了节能降耗的 目的 ，形成了油 田集输系统的一套 的 节能降耗技术 。 以上两项研究均为胜利油 田的节能降耗工作 给出了指导。 2 胡亚范等 ，在热泵余热回收技术的原理基 础上 ，探讨了应用热泵技术 的条件及其产生节能 、 经济效益的计算方法。针对集输系统余热热泵回收 出现的关键 l生问题进行了系统 的论述。 王洪星等 采用高温热泵机组回收油田污水中 的热量用于加热原油 ， 充分利用了油 田污水 的余热 ， 既减少 了日益紧张的燃料消耗 ， 又减少 了环境污染 ， 具有 良好的应用前景 。 。 这两项研究均展现 了热泵技 术 由于 回收污水 余热的良好前景 。 3 狄小勇等 通过分析得出联合站污水余热 具有很高的回收利用价值，并利用污水换热器，对 联合站的污水的实现热能回收再利用，对油田污水 废物利用提供了借鉴。 4 龙凤乐等 。 。以油气集输系统为研究对象， 建立了能量平衡模型，对集输系统用能进行了评价 计算 ，找到系统用能的薄弱环节 ，并根据结果制定 了提高集输系统能量利用率的措施 ，为集输系统的 节能改造提供了科学的理论依据． 5杨 肖曦等⋯ 以油气集输系统为研究对象 ， 通过建立系统 火用 平衡模型 ， 对集输系统进行f 火 用 平衡分析 ，并对用能现状进行评价 ， 找到系统耗 能的薄弱环节 ，并提 出了相应 的节能措施 ，该模型 为集输系统的节能分析和改造提供理论依据。 6 谢煜等“ 详细分析了大港油 田集输系统中集 油 、输油 、油气处理 、热力和污水处理各个环节的 生产工艺 、存在问题和节能潜力点等 ，并针对问题 提出今后节能工作的建议 。应用油井单管常温输送 技术简化集油系统工艺流程； 采用越站输送方式减 少原油进站升温、 升压次数；应用高效的油气和污水 处理装置 ， 缩短脱水和污水处理工艺； 试验新型节能 燃料； 通过供注水系统优化实现油 田产 出污水零排 放 。为其他油 田的节能研究分析提供了思路 ，是很 好的节能案例。 7 文献 渤西油 田通过改进分离 ， 处理和回 注近海 的能力 ，大多的产生水在主生产平 台的分离 器 中分离处理 ，并通过 G L C C 气液圆柱形旋流分离 器 等手段在拥挤的平台将气体和液体分离并重新 注入系统 ， 而且通过更新陆上和中心平 台处理系统 ， 使产出水的处理效率大大提高 ，实现了生产排水减 量 以及减少管道能耗 ，做到节能环保 的要求。它是 渤海湾一个创新在处理系统 中使用 G L C 分离气体 和液体的案例，为渤海湾后期的油田的可持续发展 提供了借鉴。 8 田玉江 分析 了华北油 田利用地热资源代 替部分燃油节能降耗的可行性。针对地热水的腐蚀 问题 ， 采用地热间接利用系统 ， 热水梯级利用方式 ， 化 工 2 0 1 4年 9月 提高地热的利用率。 对管道伴热系统进行数值模拟， 绘制地热利用 系统的能流程图 ，对改造前后系统经 济效益进行分析。为其他油 田利用地热资源代替燃 油加热实现节能降耗提供了参考价值 。 9 周英明” 以大庆地区某一低产油 田作为研 究对象 ，建立 了节点能量平衡模型 ，并进行了现场 测试找出系统 中低效 ，高耗能的薄弱环节 ，针对性 地提出各节点的降耗的措施，预测了改造后低产油 田集输系统能耗情况。 刘 晓燕等” 以大庆外围低渗透油田集输系统的 生产现场作为研究对象，建立油 田集输系统优化运 行模型 ，并编制节能管理软件。将该研究应用于现 场后节能效粜显著。 1 0 V l a d i mi r S h u mi l i n ‘ 以进入开发后期产液 量不断上升的油井的计量为研究对象 ，针对采用了 多相流量亍 Hi ‘ 璺1 1 i 的井 ，提出一系列现场的节能操作 使深井泵的 I 作 加高效 ，提高油气的生产速度 ， 减少产水率 ，达到 1 J F I P , 降耗的效果。 4 油气集输系统的节能措施和新技 术推广 针对 卜 述的油气集输 系统能耗特点和原因，以 及前人的研究成果，通过新技术 的推广可 以达到节 能降耗的 目的。 4 ． 1 原油降温集输技术 随着油⋯进入高含水期， 传统的集油工艺技术， 消耗大量热力和电力。近年来 ，各大油田都在大力 推广原油降温集输技术。例如辽河油田的稠油集输 系统 ，将一管伴热输送流程 ，改为井 口掺液输送 双管流程 ，有效降低了成本 。大港油 田应用单管常 温集油技术简化原有的集油系统工艺流程 ，通过在 单管加热流程 卜 取消井 口加热炉后 ，精减 了加热保 温系统 ，降低投资和管理成本 ，节能效果显著 。 梁钊 。提 出当含水率超过转相点而产液量低于 1 0 0 l ／ d 或者处于转相点周围的油井可以采用降温集 油方法 ， 不同情况相应的措施有 不加剂掺常温水 、 加流动改进剂 、降低掺水温度。 目前，单管常温集油 、双管不加热集油 、掺低 温水环状不加热集油、低温采出液游离水脱除、离 心泵输送低温含水原油等技术在大庆等多个油 田得 到推广并取得 良好效果 。 4 ． 2加热炉节能措施 加热炉是油气集输系统 中的重要供热设备 ，影 响其效率的因素有 炉型结构 、燃烧器 、炉膛热损 失、空气系数、排烟温度、 余热回收等。 目 前， 加热炉节能技术应用口 哪 有1 高效燃烧 器 ；2 真空加热炉 ； 3 加热炉优化运行监控系统 ； 4加热炉安装物理清洗装置 ；5 加热炉引射式辐 射管 ；6加热炉涂层。 降低加热炉耗能可从以下几个方面人手 1 首先 ， 要选择高效加热炉， 如高效的燃烧器 、 真空加热炉等 。2 其次 ， 加强管理 ，控制加热炉的 工作参数，合理调整空气系数，减少不必要的热损 失。例如，采用无机传热余热利用装置、高温节能 涂料和自动比例式转杯燃烧装置等节能技术。 3 定 期维护，除垢，缓解加热炉的腐蚀、损坏状况。此 外 ，节能还可 以采用新技术 多井式加热炉。多井 式加热炉是一 台加热炉可以同时对 2 ～4 口气井进 行加热和节流 ，可 以同时满足高压气井节流加热的 需求 。 4 ． 3 油气混输技术 油气混输技术是海洋石 油工业的一 门新兴 技 术 ，是将井 口流出物中的油 、气 、水三相介质 ，在 未经分离的情况下 ，直接用混输泵经海底管道泵送 到油气水处理终端进行综合处理的工艺流程。传统 的海洋油气集输工艺 ，需要分离器 、外输泵 、压缩 机 以及独立的油 、 气 、 水海底管道 ，不仅设备众多 ， 投资大 ，而且管理成本高。随着油气混输技术的推 广 ，仅需混输泵和混输管道 即可实现外输 ，减少 了 设备的投资和海洋平台的占地 ， 增加 了单井采收率 ， 直接增加了海上油气田的效益 ，因此混输技术具有 很好的应用前景。锦州 2 0 2凝析气田是我国第一 条应用了油气混输管输 的海上气田。 4 ． 4 节能降耗配套技术 1 采用大罐气体回收设备。 在联合站的油罐 上安装大罐气体回收装置 ，并逐步取消一批单井拉 油罐 ，更换 为密闭输送 ，减少油田油气损耗 。 2 采用节能异型抽油机，提高单井节能。例 如 ，大庆油 田 ” 开发了包括两项创新梁式泵机组 ， 三节能电机 ，以及两个创新 的控制设计。游梁式抽 油机系统的效率在使用 了这些创新的节能技术后大 大提高。以及针对大庆的卫星油田口 的特点，近年 来应用电潜往复泵送系统 E S R P 代替游梁式抽油 机 ，取得明显节能效果 3 污水处理采用高效的除油技术， 简化为一 级除油和一级过滤流程；对部分水质要求较低的污 水站采用高效多功能处理技术。热泵回收含油污水 余热技术 ，利用热泵能将低 品位热能转换成高品位 热能，从而提高能源的有效利用率。例如，大庆油 田采用压缩式热泵方案 ，胜利油田采用吸收式热泵 第4 3卷第9期 朱梦影，等油气集输系统节能研究进展 1 8 2 9 方案， 收含油污水低品位余热，节能效果十分显 著 ’ 。 4 ． 5 其他节能技术和措施 1 寻找燃油的替代品。目前， 国内已经开发 和应用水焦浆 、 水煤浆和油焦浆等新型燃油替代 品。 2 为解决外输泵 “ 大马拉小车”现象， 用高 效泵代替低效泵，大泵代替小泵，加强输油泵的维 护，使输油泵的运行将更加平稳，提高泵效。以往 通过节流调节泵的排量 ，经济性差。采用变频调速 技术 ，则可通过改变变频器的输 出频率来改变同步 转速 ， 实现电机的凋速 ，从而改变泵的排量 、 扬程 ， 实现经济运行。 3 Z c M超导节能加热器推广应用 ； 用 L A C T 撬装式计量车装置实现无人值守；智能温压控制装 置应用等。 参考 文献 [1 ]冯叔初 ，郭睽常，等．油气集输与矿场加工[ M] ．山东中国石油 大学 出版社 ，2 0 0 6 1 - 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1 0 Oc t o b e r 2 0 1 2 ， S a n An t o n i o ， T e x a s ， US A， 1 5 3 1 2 3 - MS ． 2 0 1 5年 化工机械征订启事 化 机械 是闰内外公开发行的 中央级化工机械专业技术 刊物 ，由天华化工机械及 自动化研究设计 院有 限公 司 原化 部化 I 机械研究院 与中国化工学会化工机械专业委员会合办。 化工机械 主要报道化工机器、 化学工程及设备 ， 化工 材料及防腐蚀的科技成果、适用技术、革新经验和科技信息，可供从事科研、设计生产和教学工作者参考。 化工机械 创 刊于 1 9 7 4年，3 0余年的风雨历程使本刊成为化工期刊中发行量最大、影响面最广的刊物之一。继已多次荣获国家 、部省级 奖励后，又人选中闰科技核心期刊 科技部 ，并获 “ 第三届国家期刊奖百种重点期刊”称号。 化 T 机械为双月刊，大 1 6开本，逢双月 2 0 13出版，单价 2 5 ． 0 0元，全年 1 5 0 ． 0 0元，全国各地邮局均可订阅，邮发 代号 5 42 2 。漏订读者可汇款到编辑部补订。 本刊承接彩色 、黑白广告业务 ，愿热忱为国内外企业服务，宣传企业形象，推广产品技术。 地址 兰州西固合水北路 3号 邮编 7 3 0 0 6 0 电话 0 9 3 1 7 3 1 1 0 7 3 传真 f 0 9 3 1 7 3 1 1 0 7 3 E - m a i l h g j x c h e ma c h ． c o rn h t t p ／ ／ h g j x ． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． o n