超稠油加熱系統優化設計

摘要：超稠油粘度大，使其在管道輸送時低粘，目前最經濟的辦法是對其進行加熱，降低其粘度便于輸送。因此對加熱系統進行優化設計，可以減少工程投資，降低超稠油的運行成本。

關鍵詞：超稠油加熱系統優化高效節能

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0073-01

1 引言

遼河油田具有豐富的超稠油資源，根據勘探開發研究院產量預測，超稠油年產100×104t/a以上可穩產10年以上，采收率21.3%;隨著超稠油勘探開發，地面處理的可靠性、可行性以及經濟性提出了更高的要求。

根據地質開發方案，杜813塊杜407井區，原油物性為超稠油。該區塊目前已完鉆的新井生產方式采用單井生產、汽車拉運外銷的方式。生產成本高，存在污染環境等不利因素。外銷超稠油基本作為燃料油，其商品價值沒有得到較好的利用。為提高超稠油的商品價值，并降低工程投資，在井區新建1套超稠油集中處理系統來處理該區塊的超稠油。超稠油的處理比稀油和普通稠油所需的溫度高，這樣超稠油加熱系統的優化設計成為擺在我們面前十分重要的課題。

2 技術思路及工藝方案

2.1 超稠油加熱系統現狀

超稠油50℃時的動力粘度為50000mPa.s～187000mPa.s，20℃時原油密度998kg/m3～1001.9kg/m3，粘度高、比重大，雖然國內沒有類似的油品，但最近幾年遼河油田，通過不斷科學摸索實踐，超稠油已經走上規模開發之路，在遼河油田杜84塊、杜32塊、冷家都建立了超稠油集中處理站。

為了保證杜813塊聯超稠油加熱系統設計的合理優化，設計期間對該區塊運行情況進行了調研，由于該區塊所屬采油廠為老油田，也開發近30年，主要為稀油、普通稠油，目前使用的加熱設備主要為水套爐。

2.2 技術思路

超稠油常溫下粘度非常大，一般情況加熱70～100℃時，粘度能降到普通稠油的粘度。杜407井區的油，經化驗分析及計算，需要加熱到90℃，利于輸送。

總體技術思路是，既要使處理后超稠油合格，又要節約能源，保證超稠油合理經濟的加熱溫度。即所選用的加熱設施負荷能滿足工藝要求，能將一定量的被加熱介質加熱至工藝要求的溫度。要求加熱設施高效節能，安全可靠，使用壽命長，造價低，便于操作和維修。

2.3 工藝方案

2.3.1 試驗結論

對超稠油物性進行化驗分析，對超稠油進行室內脫水試驗，杜813塊原油屬于超稠油，其20℃時相對密度為1.0114，50℃時的粘度為67450mPa.s;為降低原油粘度，采用摻稀加熱方式。室內試驗比選結論如下。

(1)最佳脫水的溫度為85～90℃。

(2)最佳沉降時間為不小于72h。

2.3.2 超稠油工藝方案

由于目前原油含水小于20％，考慮隨著生產規模擴大，后期含水增加，設計按含水50％考慮，采用一段加熱，兩段脫水的方法，進站原油通過加熱設施，油溫從55℃換熱到85～90℃，加入破乳劑混合后，進一段沉降罐沉降脫水。沉降后，原油合格后可裝車或外銷(預留)。

2.3.3 加熱系統優化

（1)加熱設施比選

從超稠油工藝方案看出，要提高脫水溫度，降低能耗，選用合適的加熱設施是關鍵。只有選用高效節能的加熱設備，提高換熱設備的熱效，才能保證超稠油加熱系統正常運行。

常用幾種形式加熱爐有水套加熱爐、管式加熱爐、導熱油加熱爐。

水套加熱爐:水套加熱爐是用熱水與被加熱介質換熱的加熱設備，由于水溫的局限性，適合于稀油、普通稠油等被加熱介質不需要升很高的溫度。水在常壓狀態下加熱到90℃就與被加熱介質換熱，在原油換熱一般情況加熱至50～60℃。加熱溫度低不能滿足超稠油處理所需的溫度。

管式加熱爐:管式加熱爐是一種直接受熱式加熱設備，管式加熱爐的傳熱方式以輻射傳熱為主，能夠將被加熱介質加熱到較高的溫度。但是最大的缺點是爐管很容易結焦，結焦是管壁溫度急劇上升，加劇爐管腐蝕和高溫氧化，引起爐管鼓包、破裂，造成事故，不利于安全生產。

導熱油加熱爐是近幾年新型設備，一般導熱油加熱系統可在常壓液相下加熱至200～240℃左右，再利用換熱器，將高溫導熱油與被加熱介質換熱，完全能將原油換熱至90℃。導熱油爐熱效率高，經濟性好。相比較，具有特穩定性好，少揮發，長期高溫情況下也不易結焦等突出優點。

因此本次超稠油處理加熱系統采用導熱油爐加熱，高效換熱器對超稠油進行換熱。

（2)選用傳熱系數高的換熱設備

通過對比，選用高效的波紋管式換熱器，與傳統管殼式換熱器相比具有以下優點。

①傳熱效率高。采用小口徑波紋管做為換熱管，使流體在管內外充分擾動，大大提高了傳熱系數。是傳統管式換熱器的2～3倍。

②使用壽命長，不易結垢。由于管內外流體的充分擾動，使波紋管具有水垢無法形成的“自潔作用”。經運行實踐表明，管內外壁光滑無垢，同時也排除了腐蝕現象及堵塞現象。運行安全可靠，使用壽命長。

③結構緊湊、占地面積小。由于有很高的傳熱系數，在同樣的工況條件下，本產品設備體積小，占地面積少，節省了工程投資。

④節能。由于傳熱效率高，同時因傳熱元件口徑大，波行呈流線狀，壓力損失小。

⑤維修方便。由于該產品不污、不堵、不腐蝕、不結垢，不必年年維修。如需維修，工作量也很小。

3)加熱流程

導熱油加熱系統→換熱器→導熱油循環再利用。

原油→┙┗→原油加熱至85～90℃→沉降管沉降脫水。

選用熱效率高的導熱油加熱爐，采用高效換熱器對超稠油進行換熱，即滿足新建超稠油脫水溫度，又保證安全生產。

3 應用效果

3.1 應用效果

該項目投產一次成功，對已經投入使用導熱油加熱系統和波紋管式換熱器進行了測試，從測試結果來看，超稠油脫水后各項指標達到了要求。

3.2 經濟效益

投入使用后，和普通加熱設施比，由熱效65%提高到80％計算，每年可節省燃氣63×104m3，折合人民幣120萬元。

4 結語

超稠油加熱系統優化設計工作，進一步提高了超稠油集中處理的安全性、可靠性和經濟性，為使用單位降低生產成本，還提高超稠油的商品價值。

參考文獻

[1]油氣集輸設計規范[M].北京:中國計劃出版社，2005.

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