新型注汽鍋爐一體化儲供油系統研究與應用

馬強 曾巖（.遼河油田公司質量節能管理部；.遼河油田公司淺海石油開發公司）

油田的稠油先期開采主要是由油田專用濕蒸汽發生器來產生高溫（356℃）高壓（17MPa）濕蒸汽，對各稠油井采用吞吐注汽來進行油氣采收。由于油井位置分布分散，廣泛采用活動拖車式濕蒸汽發生器，1口井注汽后，需要整體搬遷至另一井場，以滿足不同位置油井的注汽。

遼河油田不同的采油區塊井場面積情況也有所不同，冷家油田的井場面積比遼河油田單井井場平均面積小，井場面積非常有限。由于濕蒸汽發生器附屬設備數量多、占地面積大，單井注汽時，現場搬遷擺放場地緊張，操作難度大。研制占地面積小，便于靈活搬遷的濕蒸汽發生器附屬設備是一個新的課題。

1 活動注汽鍋爐配套儲供油系統應用情況分析

由于井場平臺的面積有限，就要有效地利用井場來進行各項作業。濕蒸汽發生器附屬設備多，占井場地面積大，更需要占地面積小的設備設施。在國家提倡節能減排的方針下，也更需要節能、安全的設備設施。

1.1 分體式儲供油系統

1）現有燃油熱泵組有2個活動卸油臺（9m×3m）、1個儲油箱（3.3m×4.6m）、1個預熱箱（3.3m×4.6m）、1間油泵房（3.3m×8m），井場擺放占地面積達到83m2。在搬遷的過程中由于井場場地面積大小不一，燃油熱泵組組件較大，且零散、占地面積多，在吊裝擺放時十分困難。

2）每次搬遷都要用活動的螺茨泵將油箱內底油抽出，為避免燃料油流出造成現場污染，要對油箱及連接管線進行封堵。由于勞動量大，工藝流程安裝復雜，每次搬遷僅燃油熱泵組組件就需要15t卡車3臺。搬家車輛的數量較多，也增加了搬運費用和搬運時間。

3）燃油熱泵組各部件之間工藝管線連接每次搬家時，都要將各部件組裝拆卸并再次安裝才能使用。搬遷時配電系統中的各電動機、油箱中的電加熱器、溫度控制器等電器線路都要進行拆卸和重新安裝。外接電纜線較多，現場接線散亂，拆裝工作量大，用電也不安全。

4）在冬季生產中，由于燃油熱泵組組件多，拆卸前要對各組件間的油路系統管線用蒸汽或空氣進行掃線，安裝后要對管線進行預熱投運，防止燃料油冷卻凝結，這個過程既費時、費力，又不安全。

啟爐投運時如果燃油不符合爐前燃燒的油溫要求，就要對燃料油進行循環加熱，循環時間越長，耗能越大。

在預熱過程中，燃油要從儲油箱、預熱箱、油泵房至鍋爐房逐級加熱，當加熱油溫達不到燃燒要求時，再經回油流程返回預熱箱循環加熱（圖1）。

式中：

m——油箱油量；

T——預熱時間；

C——油比熱，取值0.453；

P——加熱電功率，kW；

Δt——加熱溫差，℃；

η——換熱效率。

圖1 現用燃油熱泵組燃油加熱流程

已知預熱油箱油量為15.18t，加熱溫差Δt為10℃，24kW靜態加熱器換熱效率為64%，可得預熱時間為5.7h。

燃油加熱溫度提升慢，加熱時間長，致使耗電量大，啟爐投運時間長，影響注汽投產。

1.2 原有外置卸油泵式一體化儲供油系統

1）整裝橇座式的一體化儲供油系統是改進后的儲供油設備。它是由儲油箱、卸油箱、卸油泵、供油泵房及供油泵等設備組成。由于該整體橇座能夠集中卸油、儲油、供油及加熱為一體，故稱為一體化供油系統[1]。

2）該系統優勢為占地面積小，搬遷方便靈活，現場擺放及工藝連接方便快捷，是原分體式供油系統的替代設備。

3）外置卸油泵式一體化儲供油系統不足之處是：冬季外置的卸油泵啟動非常困難，由于處于低溫狀態，卸油泵及工藝管路內存留的燃料油極易凝結，從而需要加熱、掃線等各種方法來啟動卸油泵，極大地增加工作量、縮短卸油泵的使用壽命；該系統必須與鍋爐燃油流程連接后才能運行使用，不能獨立自成系統，影響靈活運用；受卸油口限制，在工作現場極大限制了卸油車輛的卸油通道。

現場運行表明，以上分體式和外置卸油泵式兩種儲供油設備都有不足之處，遇到油井同平臺作業的情況下，都嚴重制約著現場安全。為達到安全規范，占地面積控制在20～30m2內，減少連接的工藝管路、電纜。要快速進入熱備狀態就必須要設計出新的儲供油設備。

2 新型一體化儲供油系統研究方案

將現有的燃油熱泵組件中的卸油臺、卸油箱、儲油箱、油泵房，以及供電設施整合為一體，形成多功能一體化儲供油系統。當拉油車卸油時可直接將燃料油卸入內置卸油箱內，省去了以往卸油過程中必須將油車開至卸油臺上向卸油箱卸油再轉入儲油箱中的過程[2]（圖2）。

圖2 新式儲供油系統整體方案

這種方法大大節約了儲供油系統的現場占地面積，搬家時減少吊裝車輛和吊裝時間，使搬家現場的工藝連接和電器連接工作量大大減少。這種一體化儲供油系統每臺活動注汽鍋爐配置一套，即可投入使用。

一體化儲供油系統可按油車放油口的離地高度確定卸油口高度，這樣就可以省去卸油臺裝置。

表1 一體化儲供油系統設計方案

另外，根據活動注汽鍋爐最大排量（單位時間內鍋爐的蒸發量）所需的耗油量來確定卸油箱和儲油箱的容量，再根據供、卸油泵泵組工藝，電加熱器及配電控制系統所占的面積來確定一體化儲供油系統的外形尺寸，既能滿足搬運的車輛要求又能滿足正常的生產運行。

根據確定的可行性方案，設計出新型一體化儲供油系統（表1）。

2.1 結構一體化

新式儲供油系統設計是將儲油區、泵組區、配電控制區3個功能區有序緊縮在同一泵房內；又根據鍋爐耗油量設定儲油箱有效容積為20m3，并將卸油箱設計為嵌入儲油箱內（圖3）；這樣的設計減少了卸油工藝管路，而且儲油箱包裹卸油箱，使儲油箱內的油溫直接與卸油箱油溫進行熱傳導，不用在卸油箱內安裝電加熱器也可進行保溫，減少熱損失。

圖3 嵌入式卸油箱設計

2.2 工藝改進

1）新型一體化儲供油系統去掉了卸油臺，卸油口采用90°雙面轉角設計，經多次與拉油罐車的試驗調整，確定卸油口的離地高度為900mm，這樣使拉油罐車在任何注汽現場都能直接卸油，不需其他附件配合。

2）卸油泵移至室內安裝，省去啟動前的火烤、電加熱、蒸汽加熱等不安全措施，提高安全系數，降低用電能耗。

3）在電加熱器出口至卸油泵出口連接內循環工藝，通過閥組可以靈活方便切換流程，達到循環加熱和正常供油的目的。

4）回油連接端口雙向預留，這樣新式一體儲供油設備在現場擺放位置不受連接限制，節省連接管材，減少連接工作量。

5）在儲油箱上安裝防爆式浮球液位計，使儲油箱內液位能夠一目了然，操作人員可以隨時觀察，對油箱內液位及時監控，防止卸油過程中冒罐，造成卸油污染。同時，根據液位計刻度變化可計算出鍋爐的耗油量及燃油單耗。

新型一體化儲供油系統工藝流程見圖4。

圖4 新型一體化儲供油系統工藝流程設計

2.3 優化供配電系統

燃油熱泵組只經1根主電纜即可連到配電間，減少搬家現場中電纜拆卸數量，實現集中供電。

供油泵采用變頻控制，降低耗電。通過供油出口安裝智能壓力變送器和控制柜安裝PID智能壓力控制器，可在壓力控制器上根據鍋爐用油壓力情況靈活設定，實現變頻器的壓力自動調節，達到本地控制目的。同時，在控制柜上安裝冗余切換開關和外接端子，使鍋爐控制盤燃油壓力通過PID自動調節，實現鍋爐供油壓力遠傳控制，使本體控制、介入控制一體化，達到冗余設計的目的，使供油的變頻調節更加方便靈活。

表2 新型一體化儲供油系統改進方案對照

通過以上3項實施應用，新燃油一體化裝置不僅在外觀上有所變化，而且實用功能也得到了進一步的改善（表2）。

3 應用效果

3.1 效果評定

在新型一體化儲供油設備設計制做完畢后，首先對卸油情況進行投運測試。

1）卸油車在不同注汽現場卸油，因為采用了90°卸油口，拓展了卸油車在現場停擺角度，經多次測試，效果十分理想。

2）現場去掉了卸油臺，卸油口高度適中，在不同注汽現場拉油罐車都能卸油，并且卸油效果較好，達到了設計要求。

3）新型一體化設備摒棄了原來的燃油泵組的積木式組合方式，所有組件都設計制做在了一個彩板房內，占地僅為26.4m2，相比原燃油泵組83m2占地面積大大減少，這樣搬家時只需一輛卡車就可以輕松吊裝，達到了預期效果。

4）由于卸油箱與儲油箱為嵌入式結構，并且一體化燃油泵組的儲油箱與供、卸油泵相間設計，這樣一來，油箱內燃油自帶溫度與供、卸油泵組件間可自行熱傳導，無須再對卸油過程進行掃線和預熱，既節能又省時省力。

電加熱器出口內循環工藝可迅速提升油箱內的油溫，達到快速啟爐的目的。通過預熱時間公式計算出一體化儲供油系統在與原燃油熱泵組在相同儲油量和加熱溫差下，預熱時間由5.7h降至了3.7h。根據公式（1）計算如下：

原燃油熱泵組采用靜態電加熱器，加熱效率為0.64（根據熱功計算），計算可得預熱時間為5.7h；一體化儲供油系統采用節能型流態電加熱器，加熱效率為0.96（根據熱功計算），計算可得預熱時間為3.7h。

實際計算表明，一體化儲供油系統的各項指標達到了活動前設定的目標值，并取得較好效果。

3.2 效益分析

原燃油泵組搬一次家需15t卡車3輛才能吊裝搬走，現一體化燃油泵組只1個彩板房，1輛卡車輕松吊裝，省去了2輛卡車的費用，其中運輸費1600元，吊裝費800元，人工費240元。以活動爐全年注汽搬遷20井次，計算全年可省52800元，注汽作業區6臺活動注汽爐全年節約316800元。

制做成本：原積木式燃油熱泵組制做成本為29萬元左右，而新型一體化儲供油系統的制做成本僅為19萬元左右，如果全部采用新型一體化儲供油系統，冷家油田注汽作業區共6臺活動注汽鍋爐，可節約成本為60余萬元。

由于采用了節能型流態電加熱器和內循環加熱工藝，在同等條件下，使油箱內溫度上升10℃就可節電48kWh。每臺鍋爐全年按300天注汽計算，啟爐每天卸油一次，注汽作業區共6臺活動注汽鍋爐，計算可節電86400kWh，折合費用69120元。僅搬遷費與電費全年共計節約可達38.592萬元。

因減少了搬家吊裝車次，縮短了搬家和安裝時間，減小了管線連接時間、電器連接時間和注汽站員工投運該系統時間，大大降低了人員的勞動強度，使注汽鍋爐能夠及時啟爐注汽，提高注汽時率，增加注汽效益。

4 結論

通過應用新型一體化儲供油系統，有效降低了井場占地面積，減少了搬遷工作量，縮短了搬遷后啟爐熱備時間，提高了工作效率，降低了耗電量，該工藝改進技術具有很好的推廣應用價值。

[1]韓安榮.通用變頻器及其應用（第二版）[M].北京:機械工業出版社,2000:8-10.

[2]曲明義,許寶燕.油田注汽鍋爐技術問答[M].北京:石油工業出版社,1994:21-25.