集輸系統(tǒng)效率總結(jié)報告

中油遼河油田分公司科技工程節(jié)能、降本技術(shù)爭論與試驗——油氣集輸系統(tǒng)整體優(yōu)化技術(shù)爭論工程總結(jié)報告劉占廣2023年十二月二十一日10概況區(qū)。油田地跨遼寧省123311.41×104km2陽、錦州、鞍山、遼陽一帶。東接沈大高速大路、北穿沈山〔山海關(guān)〕鐵路，腹過溝海918.2km221.1×108t，1784×108m3311345×104t/a，自然8.16×108m3/a。遼河油田是一個比較簡單的油氣區(qū)，原油種類繁多，有凝析油、稀油、高凝油、稠〔50℃5000mPa.s超稠油〔50℃8～17×104mPa.s〕2023799.779×104t，約占全油60.75%。由于稠油密度大、粘度高，給采油、集輸及原油處理帶來很大的困難，也打算了稠油地面工程建設(shè)的簡單性。所以地面工藝需實行相應(yīng)的工藝技術(shù)，以滿足集輸及原油處理的要求。1500×104t/a內(nèi)容如下：1〕各油區(qū)由于生產(chǎn)力量的變化，區(qū)塊的開發(fā)造成系統(tǒng)力量的匹配不夠合理，也需2〕現(xiàn)有各系統(tǒng)裝置大多建設(shè)年月較長，設(shè)備及管線老化，腐蝕比較嚴峻，需要更改造。由于原油綜合含水的上升，造成污水產(chǎn)出力量遠遠超消滅有污水處理力量及回用深度處理設(shè)施，以解決污水出路問題。降耗。通過簡化現(xiàn)有的集輸流程，關(guān)、停、優(yōu)化局部的計量站，降低生產(chǎn)運行本錢。這就需要對全油田原油、自然氣、污水、注水等地面工程原建規(guī)模和實際生產(chǎn)狀況進展系統(tǒng)調(diào)查、測算、分析，對國內(nèi)外油氣集輸工藝進展調(diào)研，并依據(jù)后5總體規(guī)劃，提出油氣集輸系統(tǒng)整體優(yōu)化方案和主要技術(shù)措施。課題背景301400/年的原90外，從節(jié)能的角度考慮，老化效率低下的局部設(shè)備需更換成節(jié)能設(shè)備。由于各區(qū)塊產(chǎn)出力量和集輸處理力量的不匹配，目前需要調(diào)整、完善和改造現(xiàn)有的工藝流程，提高生產(chǎn)效率，降低油田地面集輸系統(tǒng)生產(chǎn)運行本錢。牛心坨油田目前設(shè)備老化，效率低，腐蝕嚴峻。由于原油綜合含水的增加，油氣集輸設(shè)施效率低；由于原油物性比較簡單，造成脫水困難，需參加各種脫水藥劑，使原油脫水后脫出的污水，難于處理，原有工藝流程不能夠適應(yīng)目前生產(chǎn)的需要，或原有裝置老化，處理后的污水不達標，原有污水處理裝置需重建或改建。為節(jié)約用水和滿足環(huán)保這局部水也需要進展深度處理，因此需對油田污水處理系統(tǒng)進展優(yōu)化改造。另外，牛心坨油田目前的原油外輸、注水等系統(tǒng)都存在不同程度的問題，這就需要目的。本工程任務(wù)爭論目標：針對牛心坨油田原油集輸系統(tǒng)所承受的集輸工藝流程和實際運行狀況〔管網(wǎng)構(gòu)造和腐蝕嚴峻、設(shè)備老化、效率較低泵、加熱爐等〕和管網(wǎng)的效率及能耗分布狀況，找出系統(tǒng)效率較低、能耗較高的主要影響緣由，以便為系統(tǒng)的調(diào)整改造供給牢靠依據(jù)。主要爭論內(nèi)容：1、油氣集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)研國內(nèi)外油田油氣集輸系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)、措施調(diào)研。2牛心坨油田油氣集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)研；熱力分析的數(shù)學(xué)模型及求解方法，為系統(tǒng)的運行模擬奠定根底；以系統(tǒng)能耗最小為目標爭論建立原油集輸系統(tǒng)優(yōu)化運行數(shù)學(xué)模型及求解方法；圖形建模、系統(tǒng)模擬、調(diào)整改造、優(yōu)化運行等功能；提出牛心坨油田油氣集輸系統(tǒng)整體優(yōu)化的主要技術(shù)措施；牛心坨油田油氣集輸系統(tǒng)整體優(yōu)化方案編制。本工程完成狀況1、完成油田集輸系統(tǒng)調(diào)研：國內(nèi)外油田油氣集輸系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)、措施調(diào)研。2、完成牛心坨油田油氣集輸系統(tǒng)整體優(yōu)化方案通過油氣集輸系統(tǒng)整體優(yōu)化1%～2%。工程技術(shù)原理及關(guān)鍵工程技術(shù)原理測試原理本次現(xiàn)場測試選擇的地點是牛心坨油田。共測試高二聯(lián)合站一座，轉(zhuǎn)油站七座，及其相應(yīng)的管網(wǎng)。評價分析主要執(zhí)行及參照的標準如下：1、SY/T5264-1996《原油集輸系統(tǒng)效率測試和單耗計算方法》2、GB/T3484-93《企業(yè)能量平衡通則》；3、GB/T3486-93《評價企業(yè)合理用熱技術(shù)導(dǎo)則》；4、SY5264《輸油系統(tǒng)動力利用率及單耗測試方法》；5、GB8174-87《設(shè)備及管道保溫效果的測試與評價》；6、GB3216-89《離心泵、混流泵、軸流泵和漩渦泵試驗方法》；7、GB12497-1995《三相異步電動機經(jīng)濟運行》；8、SY/T6421-1999《設(shè)備及管道散熱損失的測定》；9、GB6422-8610、SY/T6381-199811、GB/T3485-1998《評價企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》。能量平衡原理理：輸入系統(tǒng)的能量＝有效利用能量＋各項損失能量。即：ΣE＝ΣE＋ΣE (2-1)入 有效 損失ΣE—外界供給系統(tǒng)的能量之和；入ΣE—系統(tǒng)有效利用的能量之和；有效ΣE—系統(tǒng)的各項損失能量之和。損失輸出物料及中間損失物料之和。據(jù)。技術(shù)關(guān)鍵術(shù)語解釋原油集輸系統(tǒng)原油集輸系統(tǒng)效率被測系統(tǒng)各站站效與其管效乘積的加權(quán)平均值。站效介質(zhì)進、出該站具有的能量的差值與該站供給介質(zhì)能量比值的百分數(shù)。管效〔外輸、摻液、熱水伴隨、采暖、二段脫水、原油穩(wěn)定〕末端具有能量與介質(zhì)在該管道首端具有的能量比值的百分數(shù)。站的熱能利用率介質(zhì)進、出該站具有的熱能的差值與該站供給介質(zhì)熱能比值的百分數(shù)。站的電能利用率介質(zhì)進、出該站具有的壓力能的差值與該站供給介質(zhì)電能比值的百分數(shù)。原油集輸系統(tǒng)的單耗被測系統(tǒng)每集輸1t液體所消耗的各種能量。外輸管道單耗外輸管道每輸1t液體、距離1km時所消耗的各種能量。外輸管道單位散熱外輸管道在輸送液體時管道的單位外外表積的平均散熱量。加熱爐效率加熱爐有效供給能量與總供給能量比值的百分數(shù)。機泵系統(tǒng)效率油水進出泵的壓能差值與機泵系統(tǒng)所消耗的電能比值的百分數(shù)。局部計算公式〔1〕站效計算 [(Qs sa

Q”sb

)/Qsb

]100

(2-2)QsaQ”sbQsb

—介質(zhì)從該站帶出的能量〔相對于計算參數(shù)基準kJ/h；kJ/h；—介質(zhì)帶入該站的能量〔相對于計算參數(shù)基準kJ/h。其中， Qsa

ii1

i

103QQ5 6

〔2-3〕iC

t/h；kJ/kgC；itC；iQkJ/h；5QkJ/h；6n—管道種類數(shù)，種。Q(GCtG”C”t

)103 〔2-4〕5 1 1 2 1 1 4

G”p/)]103 〔2-5〕6 i i i1

1 i iG1C1

、G”t/h；1、C”kJ/kgC；1t、tC；2 4p—分別是各類站外輸泵出口壓力、摻液出口匯管壓力、伴熱出口匯管壓力、二i段脫水泵出口匯管壓力、采暖熱水泵出口匯管壓力、原油穩(wěn)定泵出口壓力，MPa；t/m3；in—泵的種類數(shù)，種。Q” nGCt”103Q”Q” 〔2-6〕sb i i i 5 6i1式中：t”—各類站外輸爐進口、采暖回水、伴熱回水、油進站匯管〔摻液流程、穩(wěn)定爐iC；Q”kJ/h；5Q”kJ/h；6n—管道種類數(shù)，種。Q”(GCtG”C”t

)103 〔2-7〕5 1 1 1 1 1 3t、t1 3

Q”[nGp”/

G”p”/)]103 〔2-8〕6 i i i1

1 i ip”—分別為各類站外輸泵、摻液泵、伴熱水泵、采暖熱水泵、二段脫水泵、原油i穩(wěn)定泵的進口、外輸管末端壓力，MPa;n—泵的種類數(shù)，種。Q BQysb

WR 〔2-9〕 ns

Qsi

/

Qsbi

〔2-10〕式中：sis

i1 i1—某站的站效，％；—平均站效，％；Qsbi

kJ/h；n—被測系統(tǒng)的站數(shù)，座?！?)

t”G

p”/)/(GCt

Gp

/)]100 〔2-11〕l i i

i i

i i

i i i式中：l

—某類管道管效，％。 [nGCt”

p”/

)/

Gp/)]100 〔2-12〕l i i

i i

i i

i i il

i1 i1—平均管效，％；n—被測系統(tǒng)的某類管道總數(shù)或總管道數(shù)。原油集輸系統(tǒng)單耗計算①原油集輸系統(tǒng)每集輸1t〔油〕單耗計算公式MM 1b M Mb (1) 2b 3b

〔2-13〕Mb

1t〔油〕m3(kg)/t；M 、M 、M —分別是轉(zhuǎn)油站單元、脫水站單元、原油穩(wěn)定廠單元的燃料氣1b 2b 3b〔油〕m3(kg)/t；—被測各轉(zhuǎn)油站外輸含水油的綜合含水率，以小數(shù)表示。M n1b

B /nG1i 1i

〔2-14〕式中：BliG

i1 i1〔包括井口加熱爐的耗氣〔油量，m3(kg)/h；t/h；lin—被測轉(zhuǎn)油站數(shù)，座。M n2b

B /nG2i 2i

〔2-15〕B2iGli

i1 i1—被測某脫水站的耗燃料氣〔油〕m3(kg)/h；t/h；n—被測脫水站數(shù)，座。M B/G3b 3 3

〔2-16〕G3B3

t/h；—原油穩(wěn)定廠耗燃料氣〔油〕m3(kg)/t。②原油集輸系統(tǒng)每集輸1t〔油〕單耗計算式M”Mb 1b

(1)(M2b

M ) 〔2-17〕3bM”1t〔油〕m3(kg)/t。b③原油集輸系統(tǒng)每集輸1tMM 1w M Mw (1) 2w 3w

〔2-18〕式中：M 、M 、M —分別是轉(zhuǎn)油站單元、脫水站單元、原油穩(wěn)定廠單元的電能1w 2w 3w(kWh/t。M n1w

w /nG1i 1i

〔2-19〕wli

i1 i1—被測某轉(zhuǎn)油站的耗電量〔包括井口電加器的耗電(kWh)/h；n—被測轉(zhuǎn)油站數(shù)，座。M n2w

w /nG2i 2i

〔2-20〕w2i

i1 i1—被測某脫水站的耗電量〔包括井口電加器的耗電(kWh)/h；n—被測脫水站數(shù)，座。M w/G3w 3 3

〔2-21〕w3

(kWh/h。④原油集輸系統(tǒng)每集輸1tM”Mw 1w

(1)(M2w

M ) 〔2-22〕3wM”w

1t(kWh/t。原油集輸系統(tǒng)綜合能耗計算①原油集輸系統(tǒng)每集輸1tMM

Qy M Rb DW w

〔2-23〕R1M1tkg/t；R1kgR1

29307kJ/kg。②原油集輸系統(tǒng)每集輸1tM”Qy

M”RM”

b DW wR1

〔2-24〕M”1tkg/t。站外輸管道的單耗計算①站外輸管道每輸送1t1kmM {103C(tt”)[(p

p”)/

]103(ZZ)g}/L

〔2-25〕L i i

i i

1 2 iML

1t1kmkJ/(tkm；L—外輸管的長度，km；ig—重力加速度，g9.81 m/s2。MGC(tt”)/(DL)

〔2-26〕l i i i i i iMkJ/(m2h)；lDm。i系統(tǒng)效率計算原油集輸系統(tǒng)效率計算公式： [n(

Qy wR)/

(BQy wR)]100

〔2-27〕sy si

i DWi

i DWi i式中：sy

i1 i1—原油集輸系統(tǒng)效率，％； —某站管道管效，％；li —某站站效，％；siB—某站的耗氣〔油〕m3(kg/h；iQyDWi

kJ/m3(kg；w(kWh/h；iR—電能折算系數(shù)〔當量熱值kJ/kWh；n—被測站數(shù)，座。機泵效率計算機泵測試原理圖如圖2-1所示。

2-1機泵測試原理圖N＝ΔP×Q×3.6 kW (2-28)UP，MPa；1P—泵出口壓力，MPa；2Q—泵流量，m3/h。N＝√3×I×V×COSφ/1000 kW (2-29)CI—電機相電流，A；，V；COSφ—功率因數(shù)。N＝N×Hmot kW (2-30)R CHmot-電機效率，%。η ＝N÷N×100% (2-31)p U Rη ＝N÷Nc×100% (2-32)gr U加熱爐效率計算QD(h hout inQ—加熱爐熱負荷，kJ/h；

) (2-33)D—被加熱介質(zhì)流量，kg/h；hout

—被加熱介質(zhì)出口質(zhì)量焓，kJ/kg；h—被加熱介質(zhì)進口質(zhì)量焓，kJ/kg。in100(qq2 3式中：—加熱爐反平衡率，%；

q) 〔2-34〕4q—排煙熱損失，%；2q—氣固體未完全燃燒熱損失，%；3q—散熱損失，%。4工程爭論狀況原油集輸系統(tǒng)生產(chǎn)運行參數(shù)優(yōu)化方法和動力能耗，其目標函數(shù)可表示為：MN (p p )q

MN (t t )GC

pi ij ij0 ij

Hiij ij0 ij

(6-1)M Pi1j1

pij

eij

Ti1j1

hijH——泵的揚程向量；T——流體出加熱爐溫度向量；GM——油井熱水伴隨量向量；M——站(接轉(zhuǎn)站和集中處理站)的數(shù)量；Npi——第i站內(nèi)泵的運行臺數(shù)；p——第ij臺泵的出口壓力；ijp ——第ij臺泵的入口壓力；ij0Q——第ij臺泵的排量；ij ——第ij臺泵的效率；pijeij

——第ij臺泵所用電機的效率；N ——第i站內(nèi)加熱爐的數(shù)量；hit ——第ij座加熱爐的出口溫度；ijt ——第ij座加熱爐的入口溫度；ij0G ——第ij座加熱爐加熱介質(zhì)流量；ijC——第ij座加熱爐加熱介質(zhì)熱容；ij ——第ij座加熱爐的效率；hijK 、K ——常系數(shù)。p T原油集輸系統(tǒng)模擬與運行優(yōu)化軟件研制塊、調(diào)整改造分析模塊、效率和能耗分析計算模塊五大功能模塊。系統(tǒng)效率測算結(jié)果及分析20712.4MJ/h，25.87%。1279.88MJ/h，776.77MJ/h，轉(zhuǎn)油站能18655.75MJ/h，90.07%，是整個系統(tǒng)中能損最大的局部。所以應(yīng)重點改造轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)，找出薄弱環(huán)節(jié)，提高效率。系統(tǒng)電能利用率為44.38%，應(yīng)重點改造機泵，以提高電能利用率。69.41%，32.3kW·h，消耗燃35.81350.81kg18.18kW·h28.55kg。調(diào)整改造方案及效果分析高二聯(lián)合站298.67MJ/h，7.79m3/h。機泵14.18%，20.74%，而且電能利用率僅為59.38%，因此必需對機泵進展改進。1號外輸泵變頻改造后可節(jié)約電量27.71kW·h/h。均不合格，應(yīng)調(diào)整爐子供風(fēng)量。轉(zhuǎn)油站〔1〕機泵機泵電損耗占總能耗的百分數(shù)平均為4.16%，有效電能占總能耗的百分數(shù)平均為2.29%，所以必需對機泵進展改進。3-133揚程〔m〕揚程〔m〕排量(m3/h)節(jié)約功率(kW)效率(%)泵型號33額定實際額定實際額定實際11.67265AY100×222079.832511.1742.542.5揚程〔m〕排量(m3/h)功率(kW)效率(%)泵型號效率利揚程〔m〕排量(m3/h)功率(kW)效率(%)泵型號效率利用率(%)83.8846.8895.149085.1434額定實際額定實際額定實際額定實際改造后 65AY10011010312.510.715.921.534840改造前 65AY100×220080.002510.715.917.24822.534站水循環(huán)DG80—60×5300249.2801057066.6泵 DG80—60×5300249.280105113.187068.7合并后 DG155—67×4268300155105152.9158.287463揚程〔m〕排量(m3/h)功率(kW)效率(%)35揚程〔m〕排量(m3/h)功率(kW)效率(%)35泵1泵型號效率利用率(%)79.86換泵額定實際額定實際額定實際額定實際DG85—67A×5335345856315.9111.897055.9DG85—67A×4268288856315.991.0770633-435揚程〔m〕揚程〔m〕排量(m3/h)節(jié)約功率(kW)效率(%)泵型號35額定實際額定實際額定實際2.47150AY—35×5175119.712.53.4827.327.3揚程〔m〕排量(m3/h)功率(kW)效率(%)泵型號效率利揚程〔m〕排量(m3/h)功率(kW)效率(%)泵型號效率利用率(%)87.7246.2537額定實際額定實際額定實際額定實際改造后 80AY100×22002305011.447.816.525752改造前 65AY100×2200220.82511.415.932.774822.5加熱爐〔3513.19%14.40%、、27.78%，373920%，需對這幾個站的加熱爐進展改進，提高效率。依據(jù)以上分析，要提高加熱爐效率，降低排煙溫度提出以下方案：〔燃燒器；〔推舉使用；水經(jīng)過循環(huán)水加熱爐的輻射段。經(jīng)上述改造后，使加熱爐效率提高到85%以上，可節(jié)約耗氣量156.68m3/h。1341212341；37156；391熱水爐，應(yīng)對爐子進展清灰處理，并承受加熱爐改造方案3。1.6，外輸爐和預(yù)熱爐≤2.0，外輸熱煤爐≤1.3，空氣231233135熱水爐，其它均偏大不合格，應(yīng)削減爐子供風(fēng)量。站內(nèi)罐及管網(wǎng)溫，以提高能量利用率?，F(xiàn)通過保溫改造將34354%，2%，2381.22MJ/h，61.38m3/h。外輸管網(wǎng)7條外輸管線平均管效為92.88%35～34站的外輸管和31站～32站的外輸管效低9084.58MJ/h，2.15m3/h。集輸系統(tǒng)牛心坨油田集輸系統(tǒng)改造后，各站效率計算結(jié)果如表3-63-73-8站名31站名31323334353739高二聯(lián)外輸液量m3/h8.5527.0711.1710.723.4811.433.9528.54量站耗燃料氣m3/h315.02346.62203.71187.32121.39254.60193.0679.21站耗電量kW?h/h128.50207.40187.03175.48119.48223.99105.88469.31站效 %85.9285.3785.9385.0084.9984.2683.1481.35電能利用率 %61.3358.2125.6540.6132.2235.1239.4362.89熱能利用率 %88.9786.9091.1388.9089.8788.3285.3991.62單耗氣〔液〕m3/t40.5214.0419.9119.0338.0724.5053.500.91單耗氣〔油〕m3/t144.2335.6739.2558.84112.2443.2097.191.66/t16.538.4018.2817.8337.4721.5629.345.42/t58.8321.3436.0455.12110.4838.0053.309.81綜合能耗耗kg/t標煤〔液〕55.0219.4028.2927.0854.4034.7073.591.86綜合能耗耗kg/t195.8849.2855.7783.73160.3861.17133.673.37標煤〔油〕3-7牛心坨油田集輸系統(tǒng)改造前后系統(tǒng)效率計算結(jié)果比照序號工程單位改造前改造后差值集輸原油量t/h53.8353.831集輸液量t/h95.8195.81---2系統(tǒng)效率%69.4179.399.983平均站效%75.1384.769.634平均管效%92.8893.650.775平均熱能利用率%78.0888.4810.46平均電能利用率%44.3847.793.417耗氣總量m3/h1927.501700.93226.578耗電總量(kW·h)/h1741.371617.07124.3m3/t(油)35.8131.604.218 單耗氣m3/t(液)20.1217.752.37(kW·h)/t(油)32.3530.042.3110 單耗電(kW·h)/t(液)18.1816.881.3kg(標煤)/t(油)50.8145.025.7911 綜合能耗kg(標煤)/t(液)28.5525.293.263-8牛心坨油田集輸系統(tǒng)年節(jié)約能量計算結(jié)果〔每年按360〕名稱名稱轉(zhuǎn)油站高二聯(lián)合站合計節(jié)約耗氣量m3×10-6/年1.890.132.02節(jié)約耗電量kW·h×10-6/年0.830.241.07節(jié)約能量MJ×10-7/年75.445.808.124.經(jīng)濟效益及社會效益評價分析301400×104/年的原油生產(chǎn)力量，但是由于各區(qū)塊產(chǎn)出力量和集輸處理力量的不匹配，造成局部資產(chǎn)閑置或超負荷生產(chǎn)運3站建設(shè)、改造工程投資。社會效益。存在問題應(yīng)進展優(yōu)化配置。能消耗用。因此對稠油集輸系統(tǒng)工藝參數(shù)應(yīng)進展優(yōu)選。結(jié)論及建議結(jié)論分析了牛心坨油田集輸系統(tǒng)工藝流程的特點，爭論建立了系統(tǒng)水力和熱力分析為進展系統(tǒng)的模擬運行奠定了根底。以能耗最小為目標爭論建立了系統(tǒng)運行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。該模型屬于非凸非凹非列二次規(guī)劃法進展了有效求解。C+