趙守明，李清方，王照亮

(1.勝利油田勝利勘察設計研究院有限公司，山東 東營 257026;2.中國石油大學(華東)儲運與建筑工程學院，山東 青島 266555)

近十多年來，“三環(huán)節(jié)”方法已經(jīng)成功地運用于多家煉油、石化、造紙等企業(yè)的系統(tǒng)能量優(yōu)化設計和改造，達到了降低工藝裝置能耗的良好效果，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，得到有關專家的一致肯定，在石油化工領域內(nèi)達到了世界先進水平［1－5］。為了提高孤東二號聯(lián)的用能效率，需要找到該系統(tǒng)的用能薄弱環(huán)節(jié)，按照三環(huán)節(jié)的分析步驟分析孤東二號聯(lián)用能情況，首先結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)，依據(jù)能流和物流平衡繪制能流圖，在能流圖的基礎上，分析計算出反映各環(huán)節(jié)用能效率和水平的各項指標，最后對過程的細節(jié)進行深入的分節(jié)剖析(深入到各個單元操作過程、各個設備)，充實能流圖上的數(shù)據(jù)和指標的內(nèi)容，指出了孤東二號聯(lián)用能系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)并提出節(jié)能工作方向。

1 孤東二號聯(lián)能流圖

圖1為孤東二號聯(lián)的能流分布圖，從圖中可以得知聯(lián)合站的能流分布以及各設備的熱損失［6］。在圖1的基礎上，得到了聯(lián)合站詳細的三環(huán)節(jié)物理結(jié)構(gòu)模型［7－8］，如圖2 所示。

圖1 孤東二號聯(lián)能流圖(單位:kW)

圖2 孤東二號聯(lián)三環(huán)節(jié)模型(單位:kW)

以能流分布圖為基礎，計算孤東二號聯(lián)各環(huán)節(jié)的評價指標，即能量轉(zhuǎn)化效率、單位質(zhì)量工藝總用能和能量回收利用率，并分別計算加熱爐平均轉(zhuǎn)化效率和泵的平均轉(zhuǎn)化效率［9－10］，計算結(jié)果見表1。

表1 孤東二號聯(lián)三環(huán)節(jié)法評價指標計算結(jié)果

2 孤東二號聯(lián)三環(huán)節(jié)法能流分析

2.1 能量轉(zhuǎn)化與傳輸環(huán)節(jié)用能分析

在能量轉(zhuǎn)化和傳輸環(huán)節(jié)中，主要轉(zhuǎn)化和傳輸設備是加熱爐和機泵，能量損失主要包括機泵損失和加熱爐熱損失兩部分，因此決定該環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化效率的主要是加熱爐熱效率和泵機組效率，這是提高該環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化效率的關鍵。從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，孤東二號聯(lián)合站加熱爐的平均轉(zhuǎn)換效率為69%，泵機組平均效率為46.5%。檢測期間聯(lián)合站共運行6臺加熱爐，這6臺加熱爐運行中的各參數(shù)指標見表2所示。

從表2可以看出，運行的加熱爐普遍存在排煙溫度超標，過?？諝庀禂?shù)偏大的情況。此外，不完全燃燒熱損失也是導致加熱爐運行效率低下的一個原因，3號脫水爐和2號外輸爐的化學不完全燃燒熱損失比較突出，其熱損失分別達到了15.8%和15.9%。

表2 孤東二號聯(lián)加熱爐運行工況效率測試數(shù)據(jù)

2.2 工藝用能環(huán)節(jié)用能分析

聯(lián)合站的工藝環(huán)節(jié)實際上就是原油的脫水過程，反應該環(huán)節(jié)能量利用水平的主要指標之一是工藝總用能。在該環(huán)節(jié)中，工藝總用能包括三部分:能量轉(zhuǎn)化、傳輸設備的輸入能，井排來液帶入能以及污水、污油的回摻能。能量輸出也包括三部分，進入回收系統(tǒng)的污水、污油待回收能，合格原油、天然氣輸出能以及該環(huán)節(jié)設備的散熱量。影響該環(huán)節(jié)指標大小的主要因素有能量轉(zhuǎn)化、傳輸設備的輸入能和污水、污油回摻能。能量轉(zhuǎn)化、傳輸設備的輸入由兩部分組成，一部分是加熱爐提供的工藝總用熱能，一部分是泵機組提供的工藝總用動力能。工藝總用熱能小部分通過設備、管線散失到環(huán)境中，其余用在原油脫水加熱環(huán)節(jié)和原油穩(wěn)定外輸環(huán)節(jié)上。

2.2.1 設備、管線的散熱

在該環(huán)節(jié)的散熱損失主要來自分水器、沉降罐、電脫水器、凈化油罐等，孤東二號聯(lián)擁有一次沉降罐2座、二次沉降罐2座、凈化油罐2座、電脫水器6座。目前，孤東二號聯(lián)原油進站溫度為47℃，經(jīng)一次加熱爐加熱到71℃后進油氣分離器，出口溫度為70℃;隨后進入穩(wěn)定塔進行高溫穩(wěn)定，出口溫度為67℃;之后進入沉降罐沉降，一次沉降罐出口溫度為65℃;二次沉降罐出口溫度下降到62℃;經(jīng)二次沉降脫水后的油水混合物進入二次加熱爐加熱，溫度升至83℃后進電脫水器，脫水器出口溫度為81℃;電脫水之后進入穩(wěn)定塔再次穩(wěn)定，溫度由81℃降到了77℃，最后進入凈化油罐，進出口溫降4℃。從上面各設備的進出口溫降可以看出設備的散熱損失相當大，嚴重影響到該站的熱能利用率，圖3為孤東二號聯(lián)各設備的散熱損失分布情況。

從圖3可以看出，各設備的散熱情況。污水罐的散熱損失很大，這是由于污水流量大的緣故，但是由于污水罐的散熱損失大小不影響原油處理過程，不影響加熱爐的燃料消耗，因此在這里不予考慮。穩(wěn)定塔的散熱損失較大，占總散熱損失的19%，這主要是因為穩(wěn)定塔的穩(wěn)定溫度很高，而穩(wěn)定塔沒有進行任何形式的保溫措施，使進出口溫降達到了3℃以上，溫度越高，散熱損失越大;沉降罐和凈化油罐的散熱損失占總散熱損失的16%和6%，主要原因是原油在罐內(nèi)滯留時間過長，且保溫不好，導致散熱損失增大;分離器的散熱損失占總散熱損失的13%，其中包括油水兩相分離器和油氣分離器兩部分，雖然散熱損失也很大，但是進出口溫降很小，最大只有1℃，造成散熱損失大的原因就是被處理的原油流量很大;電脫水器的散熱損失占總散熱損失的6%，損失熱量也很大。主要原因在于原油站內(nèi)含水控制過高，使電脫水器進口含水過高，無法建立有效電場，電脫水器無法運行，只能通過加長沉降時間和提升油溫進行脫水，造成散熱損失很大。

圖3 設備散熱損失分布情況

2.2.2 原油脫水加熱環(huán)節(jié)

在孤東聯(lián)合站能耗計算中發(fā)現(xiàn)，原油加熱過程中存在以下情況:即存在對高含水原油加熱的現(xiàn)象，這是造成燃料單耗偏大，工藝總用能偏大的主要原因，各聯(lián)合站被加熱原油含水率情況見表3。

表3 被加熱原油含水率情況

油田現(xiàn)有設備主要是針對開發(fā)初中期的特點而設計配套的，進入開發(fā)后期后，采出液的乳化特性、介質(zhì)特性都有較大變化，致使原油集輸方式、設備結(jié)構(gòu)不能完全適應這一變化的需要。以原油脫水工藝中的分離器為例:孤東二號聯(lián)目前使用兩相分離器，而隨著油田的開發(fā)，原油含水逐年上升，原來的兩相分離器達不到預期的脫水效果，導致原油含水居高不下，位于該分離器后的加熱爐出現(xiàn)加熱高含水原油的現(xiàn)象。

2.2.3 原油穩(wěn)定外輸環(huán)節(jié)

原油穩(wěn)定是為了減少原油在運輸、儲存過程的揮發(fā)損耗，常常在原油脫水之后，再采取一定的方法，脫出原油中C1～C4等輕組分，東二聯(lián)采用負壓閃蒸方式對原油進行穩(wěn)定，根據(jù)《油氣集輸設計規(guī)范》GB50350的要求，東二聯(lián)原油負壓閃蒸在0.06～0.08 MPa(絕對壓力)，55～65℃的條件下即可進行。而目前東二聯(lián)的負壓閃蒸溫度81℃，明顯高出規(guī)范要求，使工藝總用能增大。由于穩(wěn)定溫度偏高，也使得原油外輸溫度偏高。根據(jù)《集輸系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50350的標準要求，一般要求末站溫度高于凝固點油溫3～5℃即可，東二聯(lián)原油的外輸溫度達到了73℃，雖然保障了安全平穩(wěn)的輸油，但是輸油溫度遠高于最低輸送溫度要求，使沿線散熱量加劇，而管線末端原油溫度提高卻不大，造成了熱能浪費。

2.3 能量回收環(huán)節(jié)用能分析

能量回收環(huán)節(jié)的待回收能主要是油田污水，還有少部分的回摻油。隨著孤東油田進入高含水期，采出液含水量越來越高，相應的采油污水量也就越來越大。目前，東二號聯(lián)日產(chǎn)含油污水已經(jīng)超過3萬方，而且溫度較高，一般在45～65℃之間。由于油田污水水溫高、流量大，因此攜帶了大量的可資利用的熱能。作為初步估算，如果將孤東二號聯(lián)合站含油污水降低到環(huán)境基本上可以接受的35℃，取含油污水平均溫度為50℃，那么，它每天可以提供的熱能約為20.22 MJ，大概相當于燃燒5.5萬方天然氣或22臺1 000 kW的原油加熱爐所產(chǎn)生的熱量。但是，在孤東二號聯(lián)合站中，回收利用率為0，污水沒有回收，余熱全部浪費。污水的直接排放，不僅會造成油等污染物污染，而且由于其溫度遠遠高于環(huán)境溫度，還會對環(huán)境造成嚴重的熱污染，直接影響油田所在地的生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)論

(1)能量轉(zhuǎn)換與傳輸環(huán)節(jié)存在的問題有:加熱爐運行中普遍存在過?？諝庀禂?shù)、排煙溫度超標和排煙熱損失大的問題，導致運行效率偏低。

(2)能量利用環(huán)節(jié)主要存在問題有:出現(xiàn)了對高含水原油加熱的現(xiàn)象，這是東二聯(lián)用能環(huán)節(jié)最大的薄弱環(huán)節(jié)，也是提高用能效率的主要潛力所在;原油外輸溫度也偏高，造成沿線散熱量加劇;設備散熱損失嚴重。

(3)能量回收環(huán)節(jié)存在的問題:大量污水直接排放，余熱資源沒有回收，不僅造成了能源的浪費，還污染了環(huán)境。

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