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增壓站停運界限研究

2022-09-29 06:15:04張石磊大慶油田有限責任公司第八采油廠
石油石化節(jié)能 2022年9期
關鍵詞:輸量外輸耗電量

張石磊(大慶油田有限責任公司第八采油廠)

1 某三增壓站建設背景及存在問題

1.1 某三增壓站建設背景

某一聯(lián)外輸管道設計能力為410 m3/h,實際外輸量410 m3/h,開發(fā)預測最高輸量386×104t/a(510 m3/h)。為滿足外圍油田不斷提升的生產能力[1],考慮南垣油氣處理廠在檢修期間的外輸油越站輸送能力,2008年在距某一聯(lián)西側9 km處建設某三增壓站,建成后,設計能力416×104t/a、設計最高輸量可達570 m3/h。

某一聯(lián)來油進1 000 m3緩沖罐,再增壓外輸至某一聯(lián)計量點。增壓站建設增壓泵4臺,1 000 m3旁緩沖罐1座,運行外輸泵2臺,某一聯(lián)外輸系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 某一聯(lián)外輸系統(tǒng)流程Fig.1 Flow chart of a combined export system

1.2 某三增壓站存在問題

隨著外圍油田的產量下行,2020年最高峰輸量平均值450 m3/h。根據(jù)開發(fā)5 a預測某一聯(lián)最高輸量325×104t/a,實際輸量及預測輸量均未達到建站時的預測量[2]。建設增壓站前后輸量對比見表1。

表1 建設增壓站前后輸量對比Tab.1 Comparison of transmission volume before and after the construction of booster station

某一聯(lián)至增壓站管段,在最大輸量狀態(tài)下壓降為1.6 MPa左右,外輸泵揚程600 m,通過出口閥門控制出站壓力,壓損較大為3.2 MPa左右,造成巨大的能量浪費,且對閥門閘板沖擊大。

核算某一聯(lián)及增壓站外輸系統(tǒng)機組效率[3]:某一聯(lián)機組實際效率為48.2%,低于SY/T 34165—2017《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測》規(guī)范中大于或等于54%的要求。輸油泵及增壓泵長期處于非高效區(qū)工作,造成閥門節(jié)流等無用功增加,除了造成能量的浪費,同時多余的無用功也轉換為噪聲及震動和熱量損失掉,這些能量長期存在也對設備本身造成損害。

某三增壓站機組實際效率為48.4%,低于SY/T 34165—2017《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測》規(guī)范中大于或等于54%的要求。

某三增壓站年耗電798×104kWh,僅電力運行成本542萬元/a;目前站內職工11人,實行5班倒管理制度,用人成本110萬元/a,不符合效益開發(fā)的需求。

2 停運某三增壓站技術界限研究

針對某一聯(lián)外輸系統(tǒng)存在的問題,考慮外輸量一直未達到建某三增壓站時的預測值,且未來外輸量呈遞減趨勢,對停運某三增壓站開展技術論證[4-5]。

論證思路:首先論證目前能否停運,然后計算停運的臨界輸量,并與預測量對照,確定可停運的時間點。

2.1 實際管道內徑計算

隨著管道運行時間的增長,原油中析出的蠟質沉積減少了管道截面,增大輸送水力能耗,降低了運行能力。需根據(jù)目前管道的運行情況對外輸管道的實際內徑進行計算,確定實際輸送能力。

某一聯(lián)外輸管線全長38.1 km,一共分三個管段,三個管段投產年限分別不同,外輸管道設計參數(shù)見表2。

表2 外輸管道設計參數(shù)Tab.2 Design parameters of export pipeline

采集外輸系統(tǒng)實際運行時各站點進、出口的溫度、壓力等參數(shù),利用達西-魏斯巴哈公式、蘇霍夫公式[6-7],校核水力摩阻,及冬夏季周圍土壤溫場,由于三段管路高程不同,考慮起末點高程差(絕對粗糙度按照0.125 mm考慮),反復校核擬合出外輸管道實際運行內徑。外輸管道實際管徑推算見表3。

表3 外輸管道實際管徑推算Tab.3 Calculation of actual pipe diameter of export pipeline

2.2 停運增壓站技術界限模擬計算

通過對外輸管道的校核計算,根據(jù)實際管徑計算不同輸量下兩端起末點,壓力溫度需求。按照輸量500 m3/h,含水2‰,外輸密度0.860 7 kg/m3計算,停運增壓站后的正常流程、越站流程的壓力與溫度進行計算數(shù)據(jù)見表4。

表4 停運增壓站壓力、溫度計算數(shù)據(jù)Tab.4 Hydraulic and thermal calculation data of decommissioned booster station

若停運某三增壓站,某一聯(lián)外輸出站油溫最低需要48℃,出站揚程需要620 m。某一聯(lián)出站油溫可達到55℃,出站溫度滿足停運增壓站熱力條件。管件及管道設計承壓為6.3 MPa,管道及管件設計承壓均可以滿足要求,但外輸泵揚程600 m,不滿足停運增壓站的需求。因此以500 m3/h最大輸量計算,外輸系統(tǒng)并未達到停運某三增壓站的條件。按照已知邊界參數(shù)計算停運某3增壓站臨界輸量[8],采用泵的最高揚程600 m,末點0.3 MPa進站,模擬出停運某三增壓站的臨界輸量為443 m3/h。

2020年8月22 日,停運某三增壓站進行試運行,運行時流量455 m3/h,某一聯(lián)起點壓力5.0 MPa,末點壓力0.53 MPa,驗證了模擬計算中粗糙度為1.5 mm,管徑為308 mm的邊界條件,反向模擬某一聯(lián)外輸管道,當某一聯(lián)外輸壓力達到6.0 MPa時,越站時外輸油量為505 m3/h,能夠滿足某一聯(lián)的實際外輸需求。根據(jù)以上計算結果可列出增壓站停運的合理技術參數(shù)界限見表5。

表5 增壓站停運的合理技術參數(shù)界限Tab.5 Reasonable technical parameters for shutdown of booster station

3 技改思路及實施效果

3.1 技改思路

為了減少能耗保證某一聯(lián)外輸系統(tǒng)的平穩(wěn)運行,技改思路如下:一是不停運某三增壓站,對兩座站輸油泵進行調參(減兩級運行),減少泵管壓差,實現(xiàn)節(jié)能降耗;二是停運某三增壓站,在某一聯(lián)外輸泵前端新建喂液泵,提高外輸壓力、保證外輸能力滿足生產需求[9]。

思路一:減少外輸泵泵管壓差。對某一聯(lián)外輸泵進行改造,調整揚程,使其與沿程摩阻損失相匹配。待2023年輸量為289×104t/a時,停運某三增壓站。

將某一聯(lián)外輸泵葉輪切割系數(shù)為25%,葉輪直徑變?yōu)?60 mm,保證流量不變的情況下,總揚程為270~300 m。泵效下降15%,采用原配套電動機存在“大馬拉小車”現(xiàn)象,電動機效率影響不大?;蚋鶕?jù)泵的結構形式,將2、3級葉輪去掉,保留1、4級,泵參數(shù)變更為排量160 m3/h,揚程300 m,但由于葉輪去掉以后,只能采用軸套補充葉輪位置,泵體流道擴大,造成能量損失,泵效率下降10%。

若選用減級方式進行改造,對減少兩級葉輪前后進行能耗計算。根據(jù)現(xiàn)場情況,目前某一聯(lián)外輸泵日耗電量為2.79×104kWh,換算成每臺泵每小時消耗功率為389 kW。去掉兩個葉輪,在泵流量不變的情況下進出口壓差由5.0 MPa變?yōu)?.5 MPa,泵效按下降10%計算,則改造后每臺泵每小時消耗功率為225 kW。某一聯(lián)年耗電量節(jié)省413.3×104kWh。某三增壓站增壓泵日耗電量為2.4×104kWh,同步核算其全年耗電量減少58.8×104kWh。

思路二:新建流量250 m3/h,場程135 m喂液泵3臺,運2備1,電動機功率185 kW,同時更新某一聯(lián)新外輸泵房5#泵1臺(流量160 m3/h,揚程600 m),改造后可滿足某一聯(lián)外輸系統(tǒng)運行,喂液泵理論耗電量年增加324×104kWh,預測某一聯(lián)主外輸泵耗電量日增加1 500 kWh,年耗電量增加53×104kWh,核算其全年耗電量減少470×104kWh。

根據(jù)以上兩種技改思路對比可知:思路一具有不改變流程,改造工程量少,投資低的優(yōu)點,其缺點是不能實現(xiàn)減員減崗,不能消除某三增壓站的管理安全引患[10]。思路二是優(yōu)點是新建泵的配套設備可利舊,降低了投資成本,還可集中監(jiān)控管理,減少人工成本,缺點是新建泵運行期較短,只有2~3 a。通過綜合能耗對比優(yōu)選思路二進行技術改造。

3.2 實施效果

根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù),外輸系統(tǒng)改造前后能耗數(shù)據(jù)及效率對比情況見表6,某三增壓站實際耗電平均為24 200 kWh/d,停運后年耗電減少847×104kWh。

表6 外輸系統(tǒng)改造前后能耗數(shù)據(jù)及效率對比情況Tab.6 Energy consumption data and efficiency of a combined export system after transformation

與停運某三增壓站節(jié)約耗電量綜合考慮,全年某一聯(lián)外輸系統(tǒng)節(jié)約用電470×104kWh,節(jié)約耗電成本286萬元,停運某三增壓泵,新建喂液泵后,輸油單耗由6.08 kWh/t降至3.5 kWh/t。

4 結論

通過對某一聯(lián)外輸系統(tǒng)機泵、管道參數(shù)的計算,模擬出某一聯(lián)外輸系統(tǒng)合理的運行邊界參數(shù),合理優(yōu)化管泵匹配,取得以以下結論:

1)隨著外圍油田的減產,地面系統(tǒng)負荷逐步降低,造成部分設備處于停運或備運狀態(tài),根據(jù)預測情況,計算摸索合理運行界限,指導生產實際,有助于節(jié)能降耗工作的開展。

2)通過某一聯(lián)站內增加喂液泵改造,實現(xiàn)了輸量400 m3/h到550 m3/h的平穩(wěn)切換,既滿足輸量波峰期的輸送要求,又實現(xiàn)了波谷期的節(jié)能需要。

3)通過優(yōu)化,投產1 a后增加兩臺喂液泵的情況下,輸油單耗由6.08 kWh/t降至3.50 kWh/t。停運后年降低耗電成本約286萬元;在保證某一聯(lián)外輸系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行的情況下,實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

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