注汽管網改輸過熱蒸汽自然補償能力驗算方法

西安石油大學石油工程學院

注汽管網改輸過熱蒸汽自然補償能力驗算方法

李 嬋

西安石油大學石油工程學院

某稠油開發區塊現有熱采注汽管網系統注入蒸汽為濕飽和蒸汽（11.5 MPa、321℃），設計溫度為321℃，熱補償采用自然補償和方形補償器補償，擬改注過熱蒸汽（9.8MPa、380℃±20℃）。按照《火力發電廠汽水管道應力計算技術規定（SDJ6—90）》、《火力發電廠汽水管道應力計算導則》對管線熱補償進行驗算。驗算結果表明，注汽溫度提高后，現有注汽管網補償器的補償能力、固定支架推力及熱采井口裝置均可滿足要求。由阻力和散熱計算可知，調整后的注汽管道可以滿足注汽井的注汽壓力要求，個別邊緣井口的蒸汽為濕飽和蒸汽，干度為90%左右。

注汽管網；自然補償能力；驗算公式；計算；方法

1 問題的提出

某稠油開發區塊已建有相對較為完善的熱采注汽管網系統，該系統由注汽干線、注汽支干線、熱采井單井注汽管線、方形補償器和閥件等構成。現有注汽管網系統注入蒸汽為濕飽和蒸汽（11.5MPa、321℃），設計溫度為321℃，熱補償采用自然補償和方形補償器補償。

擬改注過熱蒸汽（9.8MPa、380℃±20℃），由于蒸汽溫度升高，管道熱伸長量加大，補償器的補償量相應加大，需對現有注汽管網的方形補償器、自然補償的補償能力和固定支架的推力及井口的適應性進行校核。如果滿足要求，則不需對過熱蒸汽溫度或現有注汽管線進行調整；如果不能滿足要求，則需對現有注汽管網的補償器進行改造（改造工程量很大）或降低過熱蒸汽的溫度，以保證該注汽管網系統的安全運行。

在相同壓力下，過熱蒸汽和濕飽和蒸汽的比容不同，例如：9MPa、380℃的過熱蒸汽比容為0.028 37m3/kg，而9MPa、干度70%的飽和濕蒸汽的比容為0.014 77m3/kg。比容不同，相同平均壓力、管徑、壁厚、注汽量的注汽管線的比摩阻也不同。例如：9MPa、380℃的過熱蒸汽和9MPa、干度70%的飽和濕蒸汽在壓力9MPa、注汽量5 t/h、注汽管線 d=76 mm×7 mm的比摩阻分別為1.278、0.672 kPa/m，飽和濕蒸汽和過熱蒸汽具有基本相同的注汽鍋爐出口壓力和井口注汽壓力（過熱蒸汽的井口注汽壓力比濕蒸汽的注汽壓力高1 MPa左右），需對現有注汽管線改注過熱蒸汽時的注汽能力進行校核計算，檢查現有注汽管線是否滿足注汽井對注汽速度的要求，不能滿足要求時需采取相應的措施，如改擴建管線或增建新管線等，因此探討現有注汽管網自然補償能力的驗算公式與驗算方法，具有重要的作用。

2 自然補償能力的驗算方法

按照《火力發電廠汽水管道應力計算技術規定（SDJ6—90）》、《火力發電廠汽水管道應力計算導則》對管線熱補償進行驗算。

主要計算公式如下

當熱采注汽方式由11.5MPa、321℃的濕飽和蒸汽改注為9.8MPa、380℃±20℃過熱蒸汽時，現有注汽管網方形補償器補償能力及井口的適應性驗算分別見表1、表2。

表1 注汽管網方形補償器補償能力驗算1

表2 注汽管網方形補償器補償能力驗算2

3 結論及建議

（1）由注汽管網方形補償器補償能力驗算1可知，注汽溫度提高后，現有注汽管網補償器的補償能力、固定支架推力均可滿足要求。

（2）某稠油開發區塊現有熱采井口裝置的設計壓力為12MPa、設計溫度為≤425℃。

（3）由注汽管網方形補償器補償能力驗算2可知，當熱采注汽方式由濕飽和蒸汽改變為9.8 MPa、380℃±20℃過熱蒸汽時，現有熱采井口裝置可以滿足要求。

（4）利用濕飽和蒸汽的沿程阻力計算公式和散熱損失計算公式對該注汽管網輸送能力驗算表明，該稠油開發區塊新建燃煤過熱蒸汽注汽鍋爐附近有一條DN133mm的注汽聯絡線，可以把過熱蒸汽通過該管道送到該區塊燃油鍋爐出口的蒸汽集箱，再通過和蒸汽集箱相連的注汽干管把過熱蒸汽送至各個計量站或各個熱采油井。但通過計算得知，僅一條聯絡線無法滿足注汽要求，為此需新建兩條注汽干線：一條DN159mm注汽管線和DN133mm注汽管線連接，同時向多個注汽站供汽，并接通該區塊的注汽干線，大部分注汽井直接從現有的注汽管線供汽，不通過某注汽站，這樣就減少了注汽管線的長度，并保證了注汽壓力和注汽干度；另一條DN159mm注汽管線和DN133 mm聯絡線及另一條DN114mm注汽管線連接。

（5）通過調整后的注汽管線進行阻力和散熱計算得知，調整后的注汽管道可以滿足注汽井的注汽壓力要求，某稠油開發區塊零區、七區、三區的全部注汽井口的蒸汽處于過熱狀態，高淺三區的大部分井口的蒸汽為過熱狀態，高淺三區北部的個別邊緣井口的蒸汽為濕飽和蒸汽，干度為90%左右。

（6）現有注汽管網輸送能力的驗算，包括濕飽和蒸汽的沿程阻力計算和散熱損失計算。沿程阻力建議采用《稠油注汽系統設計規范（SY/T 0027—2007）》中的計算公式進行計算，這是應當值得關注的問題。

（0377）63837879、cherylle.miao@gmail.com

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.030

李嬋：2012年畢業于中國石油大學（華東）油氣儲運工程專業，西安石油大學石油天然氣工程專業在讀研究生，研究方向為儲運工程。