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油气集输系统能耗与能量综合利用 卢 禹赫 东北石油大学 摘要 油气集输伴 随着大量的能量的使用和损耗 ，油气集输 系统 能量的合理利用是降低油 田开采成本、提 高油田开采经 济效益的重要 环节。可再生资源代替非可再生资源是油田油气集 输 系统发展 的未来趋势 。在 油气集输 系统的能量损耗评价 中，选择热损率和压损率作为集输 系 统 的 能耗 指 标 ，从 纵 向 和横 向 两个 层 面对 油 气 集输 系统 做 用 能评 价和 分 析 ，以此 为基 础得 到 合 理 、有 效 的 节 能 潜 力预 测 。相 变换 热技 术 、太 阳能和 风 能在 油 气 集输 系统 中的 利 用潜 力很 大 ， 综合 利 用可 使 油 气 集输 系统 大幅 度 节 能进 而 降低 油 田 采油 成 本 。相 变加 热 炉通 过 采 用先 进 的制 造 技 术 ， 使 用全 自动 燃 烧 器 ， 可 实现 对 热 量 输 出的精 确 控 制 ，并最 大 限度提 高燃 料 的燃 烧率 ， 与传统加热炉相 比，具有很 高的热效率。 关键 词 油 气 集输 能耗 评 价风 能 光 能相 变加 热 炉 环保 节 能 D OI 1 0． 3 9 6 9 ／ i ． S S R． 2 0 9 5 - 1 4 9 3． 2 0 1 1 ． 0 4． 0 1 5 油 气 集输 系 统 包括 油 井采 出液 汇集 、处 理 和输 送等三个工艺处理环节 ，整个生产过程需要消耗大 量的电能 、热能 。测试油气集输系统节能能力 ，监 测 、评价其用能状况 ，研究其能耗分布规律 ，计算 其节能潜力 ，分析其能损薄弱环节 ，为改进油 田系 统 的用能提供依据是 油 田节能的重要环节 。将油 气集输系统的用能单元分解为具有外界供给能量的 各类站和消耗能量的各类管道两类研究体系。以测 试分析为基础 ，进行平均加权 ，最终得到整个油气 集输系统的能耗评价 与分析结果 。油气集输 系统 能耗 主要 有 4 5 ％的燃 料消耗 、2 5 ％的电能消耗和 3 0 ％ 的化 学药 剂 消耗 三 方 面 。在 油 田油 气集 输 过程 中，原油加热传统技术使用燃烧煤 、天然气 、油加 热和电加热方法来 实现 ，会造成能源的大量损耗和 环境的严重污染 ，在 目前能源 E t 益紧张的情况下 ， 利用可再生能源减少对不可再生资源的消耗具有很 大的研发潜力 ，是油气 田开发 的可持续发展方 向。 太阳能和风能 的综合利用是油气集输新能源 开发 的 一 项 新 技术 。 1 油 气集 输系统 的能耗 依据能量守衡与转换 的基本定律平均加权得到 系统的能耗评价指标 ，同时选择热损率 和压损率作 作 者简介 卢禹赫 ，2 0 0 7 年人读 东北石油 大学 原 大庆石油学 院 油 气储运工 程专业 ，E ma i l 1 u 2 4 0 7 1 2 6 ． c o rn，地址 大庆 市高新 技术开 发区发展路 1 9 9 号东北石油大学储运 0 7 3 班 ，1 6 3 3 1 8 。 为集输系统的能耗指标 ，从纵向和横 向两个层面对 油气集输系统做用能评价和分析 ，以此为基础得到 合理 、有效的节能潜力预测。 1 能耗评 价 指标 根据能量守衡与转换的基本定律 ，以油气集输 系统能量平衡模 型为基础 ，可推导出油气集输用 能 评价的计算指标 。站的能耗评价指标包括能源效 率 、热能 利用率 、电能利 用率 、单位处 理液量气 耗 、单 位处理液量电耗及单位处理液量综合能耗 ； 管道的能耗评价指标包括进入管道能量的比值 百分 率的能损率 、介质进出管道消耗的能量及单位质量 介质在单位长度上消耗的能量；系统的能耗评价指 标包括单耗 、效率及平均管线能损率。 1 ． 2能损分 布 分析 油气集输系统的能耗分析指标只能在宏观上评价 用能设备或系统的整体耗能状况，却不能判别用能过 程的各个环节是否合理 ，以及不能辨识能量转换 、传 递和使用过程 的合理性 。集输系统能损主要分布在 各个接转站、各类管道网和集中处理站。找出各部分 能损在总能损中所 占比例 ，并深入分析各部分能损中 的结构组成 ，对节能改造具有重要的指导意义。因此， 可选择系统各部分损失的热能与系统损失总能量的比 值百分率和系统各部分损失的压能与系统损失总能量 的比值百分率 ，即热损率和压损率 ，作为油气集输系 统各部分的能耗分析指标。 2 D I 1 年第q 期 石油石化节能 I 3 9 _E n v o i r o n me n t P r o t e c t io n a n d E n e r g y C o n s e r v a t i o n 2 油气集输 系统 中新 能源 的综合利用 石油矿区一般都处于具有丰富的风能资源和太 阳能资源的地理区域 ，大力发展风能 、光能等可再 生能 源 是油 田大 幅度节 能 、降低采 油 成本 的 一步 重 要探 索 。将 风 能 和太 阳能 综合 应用 于 石油 集 输环 节 具 有 很 大 的 发 展 潜 力 。太 阳 能 可 以直 接 转 化 为 热 能 ，对 油 气 集 输 管 线 进 行 加 热 ；风 能 可 利 用 其 进 行 风力 发 电 ，建 立 电加 热 系 统 。将 这 两 项 可 再 生能源互相补充使用 ，实现节能降耗。主体上使用 太 阳能 加热 ，夜 间太 阳I I i t 量 不足 时启 动 风力 发 电 储 存 的 电能 ，利 用 电加 热 炉 对 油 气集 输 系统 供 热 。 多余 的 电能 采 用 对 水管 线 加 热 或 者 照 明设 备 供 电 ， 使 太 阳能 和风 能得 到充 分利 用 。 2 ． 1 太 阳能 加热 油气 集输 工艺 技术 太 阳能加 热 油气 集 输工 艺技 术 是利 用太 阳光穿 过 玻 璃管 后被 吸热板 吸 收并 转化 为 热能 ，热 管 中的 介 质 利用 此热 能 发生 蒸 发与 凝结 作 用 ，连续 不 断地 使 水 进行 加 热 。水箱 中的 清水 在循 环水 泵 的作 用 下 连 续 循环 经 过太 阳能集 热器 的热管 进行 加 热 ， 当水 箱 中的清 水 温度 达 到油 气集 输 系统 所需 温度 后 ，再 通 过 热 水 循 环 泵 加 热 储 油 罐 的伴 热 管 线 和 加 热 盘 管 ，进 一 步 通 过 热传 递 达 到 给 油 气集 输 管 线 伴 热 ， 给 油 气加 热 的 目的 。一 般为 解决 太 阳能 受 天气 变化 影 响 不能 满足 给 集输 系 统供 热 的不 足 ，采用 电热棒 辅 助加 热 ，保证 整个 系统 正 常工作 。 太 阳能 加热集输工艺技术在淮建油 田建成使用 。 淮 建 油 田 日耗 热 负荷 4 3 0 k W h ，选 用 E J 1 0 0 8 型全 铜 玻璃 真 空 集 热器 ，选 择 太 阳能板 面 积 1 5 0 1T I 。采 用 水箱 与储 油 罐一 体设 计 ，具 有 保温 性好 、热交 换 率 高 、安 全 可靠 等 优点 ，水箱 容 积 7 1T I 。为 确保 油 气 集输 系统 不 受 天气影 响 ，采 用 R X Y J T 一 1 8 ／ 3 型号 电 热棒 对水 箱 进行 辅 助加 热 。太 阳能 加热 油 气集 输 系统在淮建油 田建成使用后 ，节省了能耗 ，降低 了 成 本 ，杜绝 了烟气 污染 ，消 除 了锅炉 运行 引 起 的隐 患 。该 系统 可 以进 一 步 与储热 系 统结 合 ，采 用太 阳 能一 空气 源相 结合工 艺 ，确 保更 合理地 使用太 阳 能 ，降低对加热棒 的使用 ，进一步节约能源 。 2 ． 2 太阳 能和风 能综 合 利用 系统 采用 太 阳 能和 风能 综合 利 用技 术 对天 然 气 、煤 能 能源 贫乏 的 偏远 采油 井 区显 得 尤为 重要 。太 阳能 4 0 1 w w w ．s y s h j n ．c o m 与 风力 发 电技 术综 合使 用 ，两 者 既相对 独 立 又互 相 补 充 。太 阳i i i i 热 系统 主要 由导热 媒 、换 热器 、太 阳能集 热器 阵列 、蓄热 箱 、循 环泵 以及 温 度检 测 设 备 构 成 。 风 力 发 电 系统 主要 由 逆 变 器 、风 力 发 电 机 、电换 热器 等设 备组 成 。两 者 以温 度监 测数 据 为 依 据 ，通 过综 合调 度 协调 配合 。 2 ． 3 太 阳 能和风 能综 合 利用控 制 系统 太 阳能 和风 能 综合 利用 控 制 系统 由太 阳能 集 热 系 统控 制 、风 机系 统控 制 、电加热 炉控 制 三个 部 分 组 成 ，全程 自动控 制 ，随 内外 部各 种 条件 的 改变 而 变化 。通 过 监测 原 油 出 口温 度 ，对 进 口温 度与 蓄 热 箱 温度 进 行 比较 。 当 蓄热 箱 温 度 高 于进 口温 度 时 ， 采 用太 阳能 加 热 系统 。反 之 停 止 太 阳 能加 热 系 统 ， 自动 切换 电加热 炉 进行 加热 。同时 在风 机 运行 过程 监测 和记 录风 电机组 的运行 状 况 ， 自行 判 断异 常情 况 ，采 取 相 应 的保 护 措 施 。如 果 两 种 能 源 都 不 足 时，系统 自动启动后备电能 ，保障生产。 3 相变换热技术在油气集输 系统 中的 应用 传 统 油气 集输 加 热 炉采 用火 筒 炉 、有机 热 载体 炉 、水 套 炉 和 管式 炉 等 炉 型 ，这些 炉型 设 备 结 构 、 工作原理等方面在实际运行时存在传热系数低 、燃 料 成本 高 等 不足 ，影 响加 热 炉 的能耗 。为解 决传 统 加 热炉 存在 的问题 ，研制 了相变换 热加 热炉 ， 。 3 ． 1 相 变换热 技 术工作 原理 及特 点 相 变换 热 加热 炉 炉壳 体 内密 闭空 间 分为 汽化 空 间和相 变 空 间两部 分 。加 热 炉 内燃料 燃烧 加 热汽 化 空 间 内水 介质 ，水 受 热蒸 发 ，蒸 汽进 入 相变 空 间与 换 热管 接 触 。换热 管 壁温 低 于水 的露 点 温度 ，蒸 汽 在 管壁 表 面凝 结放 出相变 热 ，热 量通 过换 热 管传 递 给 管 内介 质 。蒸汽 冷凝 后 回流到 汽化 空 间 ，如此 循 环 往复 将燃 烧热 转化 为输 送介 质 的热量 。 相变换热 加热炉是利用水介质蒸 发吸热 、冷凝放 热 的原 理进行热量传递 ，具 有 以下特点 相 变换 热加 热炉采 用低 压力下具有 高沸点的 中间介质 一般选用 水 ，增加了传热介质汽化潜热，有效地提高了换热 器的传热系数，减小了加热炉换热器的换热面积；相 变换热加 热炉 中间介质在 汽化空间和相变空 间的传 递 是在重力 的作 用下进行 的 ，没有外界动力 ，无 动力 能 耗 ，中间介 质采用洁净 的水 即可 ，无专 门的水处 理设 备，运行成本较低 ；炉体内表面不易结垢 ，传热面保 持较高的传热系数，加热炉可一直保持传热效率在8 8 ％ 以上 ，节约燃 料 成本 。 3 ． 2 相 变换 热 技 术在 油气 集输 系统 的应用 相变换热加热技术适用于稠油加热 的相变加热 装置 ，适合大型的燃煤相变加热装置 ，适用小功率 燃煤 加 热 炉及 无 电 自控 加热 炉 。相 变换 热加 热炉 自 1 9 9 9年 研 制 投 产 以来 ，已先 后 在 大 庆 、长 庆 、胜 利 、吉林等 十几个油 田使 用 。大庆油 田北 3 3 联合 站选 用 了 4 台 2 5 0 0 k W 真空 相 变 换热 加 热 炉 ，与 油 田使 用 的 同功 率水 套 式 加热 炉 相 比真 空 相变 换热 加 热 炉 占用较 小 的空 间 ；大 庆 油 田第 三 采 油厂 萨北 2 5 联合 站 选用 阻垢式 真 空 相变 换 热加 热 炉 ，即在真 空 相变换热加热炉换热器上采用特殊工艺措施使其具 备不粘附污垢 的性质 ，满足水 中钙离子含量高的地 区的特殊使 用要求 。吉林油 田英 一连 2 0 0 1 年选用 了 4台 真 空 相 变 换 热 加 热 炉 ，2 0 0 2 年 又 增 加 4台 ， 运行表明 ，该加热炉节能 、安全 、环保 ；吉林油 田 沼 泽种 的 接转 站选 用 真 空相 变 换 热加 热 炉 ，使用 时 维 护 简 便 ，节 约 用 水 。 冀 东 油 田 高 一 联 合 站 2 0 0 2 年选 用 了 3台真 空 相变 换 热 加 热 炉代 替 原 管式 加 热 炉 ，可实现无人值守 、自动上水等功能 ，可满足整 个联合站的取暖和伴热需求 ，在发生火灾时还可提 供高压蒸汽参与灭火 。江汉油 田制造 了盘管可抽式 真空 加 热 炉 ，为解 决 水 质高 矿 化 引起 的 易结垢 问题 选用 了铜管作为换热器 ，该炉型适用于高腐蚀介质 的加 热 。地广 人稀 的鄂 尔 多斯 油 田采 用适 用 于偏 远 井站且无 电的环境下使用无 电自控真空相变换热加 热炉 ，该 炉在 运行 中补水 少 ，无 电状 况下 实 现 自动 控制 ，无 线信号 可使 数千米外 即可 了解 炉体运行 情况 。 3 ． 3 相 变换 热加 热炉 节 能效 果 真空相变加热炉通过采用先进 的制造技术 ，使 用 全 自动燃 烧 器 ，可 实 现 对 热 量 输 出 的精 确控 制 ， 并最大 限度提高燃 料的燃烧率 ，与传统加 热炉相 比，具有很高的热效率。中国石油天然气集团公 司 油 田节 能 监 测 中心 对 生 产 现 场 在 用 的 6 3 0 k W 真 空 相变加热炉进行热测试 ，证 明其热效率为 8 9 ． 0 3 ％； 吉林石油集 团有限责任公 司节能监测站对生产现场 在用 的 8 0 0 k W真空相 变加 热炉进 行热测试 ，证明 其热效率为 9 0 ． 6 5 ％；上海工业锅炉环保设备质量监 督检验中心对生产现场在用的 3 0 0 0 k W真空相变加 热 炉 进行 热测 试 ，证 明其 热效 率为 9 1 ． 4 0 ％。而传 统 加 热 炉 的热效 率一 般在 8 0 ％左 右 。 4 结语 太 阳能 和风 能综 合 利 用技 术是 具 有很 大应 用 潜 力 的储备技术 。大力发展 太 阳能和风能等 再生能 源 ，可使 油 气集 输 系统 大 幅度 节 能进 而 降低 油 田采 油成本。太阳能与风能综合利用 ，互相补充 ，可在 满足生产要求的同时缓解市电供应压力 ，是一项环 保 、节 能 的新 型实 用技 术 。油 气 资源 与风 能 、太 阳 能资源综合利用开发 ，可降低油 田综合成本 ，提高 油 田开发 经 济效 益 、是 油 田长 期 可持 续发 展 的 战略 性 策 略 。 参考 文 献 [ 1 ]李 雪峰． 油气集输 系统的能耗评 价与能损分 析 [ J ] ． 应用 能源技术． 2 0 0 9 6 5 7 ． [ 2 ]靳 辛， 成 庆林 ． 师祥 洪． 用 能 系统 节 能分 析方 法 [ M ] ． 北 京 石油工业 出版社， 2 0 0 8 1 6 4 ． [ 3 ]徐恩宽． 油气集输 中风能和光 能的综合利用 [ J ] ． 内蒙古 石油化工， 2 0 0 8 ， 1 3 3 7 3 8 ． [ 4 ] 石 油 工 业 节 能 节 水 专 业 标 准 化 技 术 委 员 会S Y ／ T 5 2 6 4 --2 0 0 6 ． 油 田生产 系统能耗测试 和计算方法 [ S ] ． 北 京 石 油 工 业 出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ]袁永惠 油气集输 能量系统 的热力学评价 与分析 [ D ] ． 大 庆 大庆石油学 院． 2 0 0 9 4 6 5 0 ． [ 6 ]贾庆仲． 太 阳能在石 油输送 中的应用研究 [ J ] ． 太 阳能学 报 ， 2 0 0 4 ． 2 5 4 8 3 4 8 6 ． [ 7 ]王学 生． 王如竹 ． 吴 静怡 ， 等 ． 太 阳能加 热输送 原油 系统 应用研究 [ J ] ． 油气储运 ， 2 0 0 4 ． 2 3 7 4 卜4 5 ． [ 8 ]叶杭 冶． 风力发 电机 组 的控制技 术 [ M ] ． 北 京 机 械工业 出版社， 2 0 0 2 ． [ 9 ]曹进 仁． 周建荣 ． 太 阳 能加 热 油气集输 工艺 技术在 淮建 油 田应用 [ J ] ． 内蒙古石油化工 ， 2 0 1 1 1 1 O 9 1 1 1 ． [ 1 0 ]杨 洪升 ， 席励 新 ， 毛恒 轩． 相变 换热技 术在 油气集 输加 热设 备中的应用 [ 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