聯合站集輸系統能耗計算方法研究及應用

張鵬翥（東北石油大學石油工程學院）

聯合站集輸系統能耗計算方法研究及應用

張鵬翥（東北石油大學石油工程學院）

油氣集輸系統分為集油、脫水、穩定和儲運等環節，油氣集輸能耗一般占原油生產總能耗的30%～40%，所消耗的熱能和電能是油田節能的重點對象。通過對北十七聯合站集輸系統能耗研究，建立了集輸系統能耗“黑箱—灰箱”數學模型，對集輸系統的能量平衡進行分析，發現系統中的轉油站熱能利用率和電能利用率都不高，是用能的薄弱環節，系統能耗計算方法為實現集輸系統“優質、低耗”改造提供了理論依據。

集輸系統 黑箱模型 灰箱模型 系統效率 節能降耗

我國東部老油田經過幾十年的開發，地面各生產系統的負荷率普遍下降，運行效率降低，系統能耗升高。研究油氣集輸系統能量分布狀況，優化和利用現有集輸系統，將為油田節能降耗提供科學的依據。油氣集輸能耗一般占原油生產總能耗的30%～40%，所消耗的熱能和電能是油田節能的重點對象。聯合站、轉油站及管網是集輸系統能耗的三個重要部分，找出各部分能耗在集輸系統總能耗中所占比例將對節能改造具有重要的指導意義[1]。

1 數學模型

對于原油樹狀雙管摻水集輸系統，其能量平衡關系遵守熱力學第一定律，依據熱力學能量平衡分析法，建立集輸系統能耗水平評價的“黑箱—灰箱”數學模型[2-3]。

1.1 聯合站黑箱分析模型

不考慮聯合站站內能耗交換，利用進出口能量變化，根據能量平衡方程分析聯合站系統能耗，由黑箱模型（圖1）得：

供給能量：Esup=Ef+Ee

有效能量：Eef=Eo+Ew-Eow

系統能損：E1=Esup-Eef

能量利用率：ηe=Eef/Esup

式中：

Eo——外輸原油帶出能，kJ/h；

Ew——污水帶出能，kJ/h；

Ef——聯合站供給燃料能，kJ/h；

Ee——聯合站供給電能，kJ/h；

E1——聯合站總能損，kJ/h。

圖1 聯合站黑箱分析模型

1.2 轉油站能量分析模型

由于轉油站的燃料供給能、消耗電能以及循環水出入口的溫度已知，所以采用灰箱分析模型（圖2）得：

供給能量：Esup=Ef1+Ege1有效能量：Eef=Esup-E1

系統能損：E1=E11+E12+E13

能量利用率：ηe=Eef/Esup

式中：

Ef1——加熱爐供給燃料能，kJ/h；

Ege1——泵供給電能，kJ/h；

E11、E12、E13——設備能損值，kJ/h。

1.3 管道能量分析模型

管道能量分析采用黑箱模型，其中供給能量為輸入能量，有效能量為輸出能量，總損失能量為管路損能[4-5]。

圖2 轉油站灰箱分析模型

1.4 集輸系統各部分效率計算

系統效率計算：

站效計算方法：

管效計算方法：

式中：

ηz——站效，%；

ηg——i站管道管效，%；

Bi——i站耗氣（油）量，m3（或kg）/h；

wi——i站耗電量，kWh/h；

R——電能折算系數，kJ/kWh；

QyDWi——燃料基底位發熱值，kJ/m3(或kg)；

Qsa——介質從該站帶出的能量，kJ/h；

Qsb——介質帶入該站的能量，kJ/h；

Qsb?——該站供給介質的能量，kJ/h；

Gi——站流量，t/h；

Ci——介質比熱容，kJ/(kg?oC)；

pi——管路壓強，MPa；

ρi——液體密度，t/m3；

ti——溫度，oC。

2 測試區塊參數

測試地點選擇在北十七聯合站，目前該站處理三座轉油站來液，本次測試包括其中兩座油站內的5個計量間及每個計量間的所有井。

2.1 井口和計量間參數

◇油井參數：單井日產液量、單井日產油量、綜合含水率、油壓、套壓、油管溫度和摻水溫度；

◇計量間參數：原油物性（20℃密度、比熱）、回油溫度、回油壓力、匯管溫度、匯管壓力和總摻水量。

2.2 轉油站參數

測試選用北十七聯合站兩處具有代表性的轉油站（1#站、2#站），根據轉油站進出口參數，應考慮的轉油站參數包括：外輸參數、摻水參數、供暖參數及自耗參數。

◇外輸參數：計量間方向進站溫度、壓力，出站方向液量、溫度，加熱爐進口溫度，轉油站進、出口壓力，外輸管末端壓力，輸送液含水率，輸送液比熱；

◇摻水參數：摻水泵進口壓力、摻水出口匯管壓力、摻水出口溫度、總摻水量及摻水介質比熱；

◇自耗參數：站內消耗熱能、站內消耗電能。

2.3 聯合站參數

◇外輸參數：轉油站方向來液溫度、壓力、轉油站方向進站液量、轉油站方向進站液含水率、一段液量、一段含水率、二段液量、二段含水率、外輸出口油量、外輸出口液量、外輸出口溫度、外輸管末端壓力、外輸液含水率、外輸液比熱；

◇供暖參數：供暖泵進口熱水量、壓力、供暖泵出口壓力、溫度、各站油管線、氣管線、熱水暖匯管溫度、供暖介質比熱；

◇自耗參數：站內消耗熱能、站內消耗電能；

◇設計參數：轉油站數量、計量間數量、輸油管線長度、管線內外徑、起點高程、末點高程、保溫層材料、保溫層厚度以及保溫層導熱系數。

3 系統效率及能耗計算分析

由現場測試數據，根據集輸系統效率及能耗計算公式，計算北十七聯地區井口管網、轉油站、聯合站等各部分效率及能耗。

測試區塊1#轉油站2011年6月到2012年1月平均站效為56.9%，站內所有計量間到1#轉油站平均管效為86.4%；2#轉油站2011年6月到2012年1月平均站效為60.7%，站內計量間到2#轉油站的平均管效為90.5%。其它計算結果見表1。

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.005.002

張鵬翥，東北石油大學石油工程學院（油氣儲運專業），E-mail：dqlhw@aliyun.com，地址：黑龍江省大慶市高新技術開發區發展路199號，163318。