沙力妮（大慶油田技術監(jiān)督中心）

國家發(fā)改委2016年發(fā)布了第44號令《固定資產投資項目節(jié)能審查辦法》，根據該辦法，年綜合能源消費量大于或等于1000t標準煤，或年電力消費量大于或等于500×104kWh的固定資產投資項目應按照相關節(jié)能標準、規(guī)范建設，進行節(jié)能審查，即建設單位需要編寫節(jié)能評估報告。未規(guī)定進行節(jié)能審查，或節(jié)能審查未獲通過，擅自開工建設或擅自投入生產、使用的固定資產投資項目，由節(jié)能審查機關責令停止建設或停止生產、使用，限期改造，不能改造或逾期不改造的生產性項目，由節(jié)能審查機關報請本級人民政府按照國務院規(guī)定的權限責令關閉，并依法追究有關責任人的責任。國家加強對節(jié)能評估工作的監(jiān)管和處罰力度，目的是為了從源頭節(jié)約能源，提高能源的綜合利用效率。

1 現(xiàn)狀

油氣田勘探生產業(yè)務即是產能大戶也是耗能大戶，對于油氣田的新建、改擴建項目進行節(jié)能評估，合理的采用節(jié)能設備、新進的節(jié)能工藝，能夠降低后期運行成本，也能節(jié)約能源。由于油氣田地層物性差別較大，耗能設備種類較多、繁雜，很難找到準確地選型方法以及能耗計算方法，不能準確地進行評價分析，通過對大量節(jié)能評估報告和現(xiàn)場研究分析，提出相關的選型和計算方法，以便提高節(jié)能評估的質量和效率。

2 節(jié)能評估的方法和程序

節(jié)能評估方法主要包括標準對照法、類比分析法、專家判斷法等，其中，標準對照法是指通過對照相關節(jié)能法律法規(guī)、政策、技術標準和規(guī)范，對項目的能源利用是否科學合理進行分析評估。類比分析法是指在缺乏相關標準規(guī)范的情況下，通過與處于同行業(yè)領先節(jié)能水平的既有工程進行對比，分析判斷所評估項目的能源利用是否科學合理。專家判斷法是指在沒有相關標準和類比工程的情況下，利用專家經驗、知識和技能，對項目能源利用是否科學合理進行分析判斷的方法。在實際評估工作開展過程中，可根據項目特點選擇適用的評估方法，可以采用一種評估方法也可綜合運用多種評估方法，節(jié)能評估程序框架圖見圖1。

3 主要耗能設備的選型分析

油氣田建設項目主要的耗能設備為機泵、壓縮機、變壓器等。文中主要對這幾種設備進行分析。

3.1 機泵的選型

油氣田主要的機泵機組為注水泵機組、摻水泵機組、熱洗泵機組、輸油泵機組等等，泵的軸功率可采用下式進行計算：

圖1 節(jié)能評估程序框架圖

式中：N為水泵軸功率，kW；ρ為介質的密度，kg/m3；Q為介質流量，m3/h；H為揚程，m；g為重力加速度，取9.81；η為效率，%。

配套電動機功率可采用下式進行計算：

式中：P為電動機功率，kW；ηt為傳動裝置效率，%，一般取值0.98；ηd為電動機效率，%；K為功率儲備系數，一般取值1.05。

根據公式（1）和公式（2）可以核算出電動機的選型是否合理。當對清水離心泵進行選擇時，可根據GB19762—2007《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》，計算其比轉速，根據圖1確定其基準值，分別計算其效率修正值、規(guī)定點效率值、能效限定值和節(jié)能評價值。注水泵進行選擇時建議選擇大于節(jié)能評價值的泵，不能選擇小于能效限定值的泵。其他離心泵的選型可根據GB/T13007—2011《離心泵效率》規(guī)定的值，選擇高效的離心泵。

針對油氣田注水泵的選型，依據SY/T6569—2010《油田注水系統(tǒng)經濟運行規(guī)范》的要求，對注水量偏小、注水壓力較高的油田，宜選用往復泵。結合GB/T9234—2018《機動往復泵》中規(guī)定，選擇高效的往復泵。

3.2 壓縮機的選型

油氣田的壓縮機主要是對天然氣進行壓縮，并進行集輸。壓縮機的軸功率計算可根據《干線輸氣管道實用工藝計算方法》進行計算。壓縮機的計算功率：

式中：N0為壓縮機軸功率，kW；G為質量流量，kg/s；H為多變能頭，即壓縮每千克氣體所消耗的功，(kg·m)/m；η為多變效率，取η0.79~0.83；q為體積流量，m3/d；p0為標準大氣壓，Pa；T為氣體在壓縮機入口處的溫度，K；R為氣體常數，kg·m/(kg·K)；Rˉ為通用氣體常數，取848kg?m/( )kg?K；μ為氣體分子量，kg/kmol；y1，y2……yn為天然氣各組分的體積百分數，%；μ1，μ2……μn為天然氣各組分的分子量；k為比熱比，輸氣管道條件下天然氣可取1.4~1.6；ε為壓比；Z為吸入條件下的天然氣壓縮性系數；p為壓縮機的吸入口壓力，MPa。

根據以上公式核算項目壓縮機功率選擇是否合理。根據項目的處理量以及工藝需求確定壓縮機的類型、根據項目附近的功能情況確定其驅動類型。

3.3 變壓器的選型

油氣田的變壓器主要用于配電線路，根據標準GB/T50350—2015《油田油氣集輸設計規(guī)范》節(jié)規(guī)定變壓器的負載不宜大于80%，采油井場變壓器的平均負荷率不宜低于30%，選擇變壓器的容量，根據GB20052—2020《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》中變壓器的能效限定值選擇變壓器的型號。

4 項目能耗計算

項目能耗量的計算是節(jié)能評估中最重要的部分，能耗量核算的準確性直接影響項目的各種指標分析、同類項目的對比性分析、地方雙控指標分析。項目綜合能耗的計算主要依據GB/T2589—2020《綜合能耗計算通則》。但是該標準并沒有詳細說明每種能源品種的具體消耗。

4.1 電氣設備電量計算

根據標準SY/T0033—2020《油氣田變配電設計規(guī)范》中規(guī)定，站場內生產裝置、機泵等用電設備用電負荷，應采用軸功率法計算，其計算公式見式（9）；機械采油、輔助設施等單元的用電設備用電負荷，宜按需要系數法計算，其計算公式見式（10），年消耗電量按式（11）。

式中：ps為機泵的軸功率功率，kW；η為電動機效率；Ks為綜合系數，可取1~1.1。

式中：Pc為單元中計算負荷有功功率之和，kW；Pr為單元中用電設備容量，kW；Pm為辦公樓、生活公寓等輔助設施單元計算有功功率之和，kW；Kc為按單元劃為的需要系數，輔助設施取0.5，抽油機井取0.2~0.35。

式中：Wy為年消耗電量，kWh；αav為年平均有功負荷系數，一般取0.7~0.75；Pc為計算的有功功率，kW；Tc為年實際工作小時數。

4.2 加熱爐耗氣量計算

加熱爐耗氣量的計算，可根據加熱爐的正平衡效率計算，其公式為：

式中：Njr為加熱爐有效功率，kW；B2為加熱爐燃料氣消耗量，m3/h；Qnet.var為標況下燃料氣收到基低位發(fā)熱量，kJ/m3。

5 現(xiàn)場實際應用

某氣田為了適應產能的需要，新建氣井300口，新建采氣管線433.59km、集氣支干線35.59km、注醇管線338.54km、采出水管線35.95km，新改擴建站場共10座，預計年產氣26.0×108m3。

其中新建集氣站，配備了2臺壓縮機組，排氣量為25.9×104～72×104m3/d，回注泵2臺，流量為35m3/h、揚程40m，新增變壓器1臺，型號為S11-160。加熱爐1臺，容量為400kW。

5.1 回注泵選型分析

根據式（1）、式（2），計算回注泵的電動機功率為5.7kW，該項目選擇的回注泵的電動機功率為7.5kW，故電動機功率選擇合理。

項目給出了電動機的功率，未給出具體的型號，依據國家《節(jié)能機電設備產品目錄》第四批，建議選擇7.5kW的YB3型電動機，電動機轉速為2900r/min，根據電動機選擇能效水平高于72.5%的泵。計算過程如下：根據流量35m3/h、揚程40m、轉速為2900r/min，計算出其比轉速為83.63；依據《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》（GB19762—2007），當設計流量為35m3/h，未修正效率為73%；依據《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》（GB19762—2007），比轉速為83.63時，效率修正值為2.5%；泵規(guī)定點效率值70.5%；能效限定值67.5%；節(jié)能評價值為72.5%。

5.2 壓縮機的選型分析

某新建集氣站，新增壓縮機2臺，型號為JGT壓縮機組，額定功率957kW，新增集氣量108.30×104m3/d，進站壓力1.30MPa，出站壓力2.77MPa。

根據式（3）~式（8），壓縮機的負荷率取0.8，計算出新建集氣站應配備壓縮機的功率為1670.58kW，項目配置功率為1914kW，故壓縮機功率選型合理。

該工程處理量、壓縮比以及國內外油氣田天然氣增壓應用現(xiàn)狀，增壓壓縮機一般可選用離心式壓縮機或往復式壓縮機，它們各有優(yōu)缺點，離心式和往復式壓縮機對比見表1。

由表1可以看出，往復式壓縮機對工況的變化適應力更強，更適合于氣體滾動開發(fā)對原料氣增壓的需求；往復式壓縮機單機功率較小，但效率更高。因此，該工程采用往復式壓縮機是合理的。

5.3 變壓器的選型分析

該項目選擇的變壓器型號為S11-160，改變壓器的空載損耗為0.27kW，負載損耗為2.2kW，根據GB20052—2020《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》中變壓器的能效限定值，該變壓器能效值大于3級限定值，建議更換變壓器的型號，更換為S13型變壓器，其損耗值小于S11型變壓器，符合相關的節(jié)能指標，變壓器不同型號的空載、負載對比見表2。

表1 離心式和往復式壓縮機對比

表2 變壓器不同型號的空載、負載對比

5.4 能耗計算分析

1）根據式（9），回注泵的用電負荷為7.13kW，負荷率為0.75，年運行時間為8000h，則回注泵的年用電量為42780kWh。

2）根據式（12），燃氣驅動壓縮機效率通常在22%~27%，取壓縮機效率取25%，燃料氣收到基低位發(fā)熱量為35544kJ/m3，經計算集氣站壓縮機的燃料氣消耗量為541.44m3/h，年工作時間按4000h計算，則新建集氣站的壓縮機年消耗氣量為216.58×104m3。

3）根據式（12），加熱爐的效率按85%計算，新建集氣站加熱爐的燃料氣消耗量為16.18m3/h；年工作時間按4000h計算，則年消耗氣量為6.48×104m3。

6 結語

文中給出了油氣田節(jié)能評估的方法和內容，明確主要耗能設備的選型方法和能效選擇依據，以便合理的選擇節(jié)能設備，以便提高項目建成后能源利用率，節(jié)約能源，降低運行成本；明確了消耗能源的計算方法，以便能夠準確的核算項目的新增能耗，為準確的計算項目的能效指標、地區(qū)的雙控制指標奠定基礎，提高節(jié)能報告的精度，更好地為節(jié)約能源打下基礎。