太陽能輔助加熱技術在油田井組集輸中的應用探討

鐘萍，馬云虎，尚利琴，王會軍，劉春林

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川750006）

太陽能輔助加熱技術在油田井組集輸中的應用探討

鐘萍，馬云虎，尚利琴，王會軍，劉春林

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川750006）

受冬季氣溫低和原油品質的影響，長慶油田原油的黏度大，流動性差，在輸送過程中需要加熱與保溫。長慶油田具有豐富的太陽能資源，通過現場應用橇裝式原油太陽能輔助加熱裝置有效保證了原油外輸溫度，杜絕了油井結蠟造成管線運行不暢及凍堵現象的發生。太陽能實現了井組原油全年持續加熱，可直接節約電費支出63.5萬元，降低了化石能源使用造成的環境污染，成為拓展長慶油田新能源應用領域的重要舉措。

原油外輸；太陽能集熱；井組加熱；節能

長慶油田生產區域位于黃土高原，地形復雜，產出原油主要通過1 km～3 km長的單井管線匯集到各個增壓點站再集中外輸。原油黏度大，流動性差，由于受冬季氣溫低和原油品質的影響，原油中的蠟質、膠質物質在低溫下會發生凝固或凝結，使原油的黏度增大，流動性變差，造成單井輸油管線結蠟堵塞，不僅影響輸送效率；而且管線堵塞會使油井日回壓升高，抽油機負荷增大，嚴重影響原油產出并增加電機能耗。通常使用的解堵藥劑的添加和定期采用物理方法掃線的方法，不僅增加了材料和施工成本，而且增加了工作量。為了保證產區內原油的正常生產和輸送，在輸送過程中必須對原油進行加熱與保溫。

長期以來，油房莊油田采取燃燒套管氣、燒煤等方式，為井組原油加熱，提高輸送效率。受燃燒條件的影響，傳統加熱方式往往因為燃燒不充分而影響加熱效果，造成能源浪費和環境污染。井場冬季晝夜點燃的加熱爐也為安全生產帶來隱患。

1　太陽能集熱技術應用研究

1.1橇裝式原油太陽能輔助加熱系統簡介

1.1.1現場系統構成現場系統由撬裝裝置（內置換熱盤管保溫水箱、控制柜、循環泵組）、無機超導熱管集熱器陣列、連接管道三部分構成（見圖1）。

圖1　系統結構示意圖

圖2　裝置遠程拓撲結構示意圖

1.1.2遠傳控制系統遠傳控制系統由PLC控制柜、DTU（數據傳輸單元）、組態軟件、終端服務器構成。撬裝式太陽能原油加熱控制系統通過對裝置的異地遠程監控、實時數據采集實現了設備現場無人值守、數字化平臺對接和廠商實時維護，形成了適合油田野外環境和數字化要求的高集成、高穩定的自動化控制系統（見圖2）。

1.1.3系統功能系統通過對傳感器信號的采集完成對撬裝式集熱水箱，循環泵，集熱器等硬件設備的自動控制。該系統采用強制集熱循環方式將太陽能量以熱水方式保存至集熱水箱，實現對外輸原油的加熱。通過設置水箱溫度范圍，使原油溫度保持在一定溫度。

（1）加熱功能：系統全天候自動保持水箱溫度在設定范圍內，完成對原油的持續可控加溫。

（2）具有防凍功能和防過熱保護功能：保證系統在低溫環境中正常運行，防止系統過熱，增加系統壽命。

（3）保護功能：設備故障自動切換。當水泵、電加熱等主要設備和傳感器故障時完成自動切換和保護運行。

（4）報警功能：系統運行過程中對各個傳感器及設備運行狀態進行自檢，及時發出報警信息，報警類型包括傳感器故障報警、低溫報警、過熱報警、低水位報警、泵故障報警。報警信息通過控制柜聲光報警和觸摸屏頁面提示蜂蜜器報警，并以短信形式通知設備管理人員。關鍵設備發生故障后系統在發出報警信息的同時采用自動切換模式保障系統運行，特殊情況下維護人員可通過遠程對設備進行手動控制，保證系統異常得到及時處理。

（5）手動/自動切換：系統各功能除均備有手動控制方式，可以通過遠程方式、控制柜上旋轉開關或者觸摸屏上的手動/自動按鈕來控制系統運行狀態，手動狀態下可以通過旋轉開關或者按鈕來控制設備的啟動與停止。

1.2現場試驗

根據現場調研，2011年-2013年在采油三廠油坊莊作業區8個井場完成了8套橇裝式原油太陽能輔助加熱裝置的設計安裝。

現場安裝的8臺橇裝式原油太陽能輔助加熱裝置基本配置2 100 mm×60 mm無機超導集熱管576支，理論上單日冬季集熱能力為1 135 MJ，為確保系統在最不利天氣狀態下的日產熱能力，采用了12 kW×4組（3用1備）輔助電加熱。

經過夏季和冬季的連續測試，目前6臺設備運行正常，集熱和原油加熱效果達到設計要求，節能效果突出。現場測試研究表明使用撬裝式太陽能輔助原油加熱裝置對外輸原油進行全天候加溫，使冬季原油輸出溫度可保持在40℃以上，所需能源由太陽能集熱系統及輔助電加熱提供，系統達到高效配制，長效運行，而全年不間斷的加熱輸油減小了管線的結蠟可能性和后端增壓加溫輸油的能源消耗，相應提高原油產量，間接效益也較為明顯。

表1　太陽能集熱裝置安裝明細

2　效果評價

2.1理論計算

2.1.1監測標準加熱爐測試及計算方法依據SY/T 6381-2008《加熱爐熱工測定》，太陽能輔助電加熱裝置效率按以下公式計算：

式中：ηT－太陽能集熱器效率，%；ΔQy－太陽能輔助電加熱裝置有效輸出熱能；QT－太陽輻射熱能。

2.1.2節能計算節能計算執行SY/T 6422-2008《石油企業節能產品節能效果測定》，節能率計算方法按以下公式計算：

式中：ξL－應用節能產品節能率，%；B1-應用節能產品前的有效輸出熱量單耗；B2-應用節能產品后的有效輸出熱量單耗。

2.2測試結果

節能量計算詳見綜合計算表，表中數據計算條件如下：

（1）橇裝式原油太陽能輔助加熱裝置設置成自動模式下進行測試。

（2）測試期間白天平均風速為7 m/s，白天平均氣溫5℃，冬季太陽光照時間按8 h/d，夏季太陽光照時間按12 h/d計算。

（3）該裝置原油進出口溫度以遠傳數據采集為準，井場產液量及含水以現場統計數據為準。

表2　綜合數據計算表

表3　撬裝式原油太陽能輔助電加熱裝置

（4）冬季時間以5個月計算，夏季時間以7個月計算；1 kW·h電量以0.404 kg標煤計算。

將裝置設置成自動模式下，測試了現場6個正常運行中的橇裝式原油太陽能輔助加熱裝置，6臺裝置運行時出口原油平均溫度達到49.3℃，平均加熱效率38.1%，平均日節電量為450 kW·h，計算結果平均日節省標煤181.76 kg，年平均節省標煤66.34 t。其中清華陽光安裝的2臺裝置年平均節省標煤65.07 t，長慶油田油氣院安裝的4臺裝置年平均節省標煤66.98 t。

按照1 kW·h工業電費0.645元計算，6臺裝置日節約電費1 741元，相比原來的加熱方式，橇裝式原油太陽能輔助加熱裝置全年可直接節約電費支出63.5萬元。達到了很好的節能效果。

3　結論

（1）長慶油氣區太陽能資源豐富，且對清潔能源的需求緊迫，太陽能技術成熟度高，推廣應用該項技術是可行的。

（2）太陽能輔助加熱系統在低成本條件下實現了對井組外輸原油的全年持續加熱，設備運行穩定，實現了異地遠程監控、實時數據采集和現場無人執守，是適應油田野外環境應用的高集成、高穩定性系統。

（3）太陽能輔助加熱技術的應用是油田降低能源消耗、提高經濟效益的可行性舉措，該技術可進一步降低常規能源消耗，減少碳排放，為長慶油田低碳綠色發展開辟了一條新途徑。

（4）該加熱系統可有效防止油管結蠟，與傳統加藥和電加熱油管相比，成本低廉，操作簡單，具有廣闊的應用前景。

［1］范玉平.太陽能節能技術在油田的應用［J］.石油天然氣學報，2005，27（3）：568-569.

［2］賈慶仲.太陽能在石油輸送中的應用研究［J］.太陽能學報，2004，25（4）：483－487.

［3］楊會豐.太陽能集熱技術在油田井組集輸系統的現場試驗分析［J］.石油石化節能，2012，（2）：45-49.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.015

TE832.4

B

1673-5285（2015）06-0052-04

2015－04-07

鐘萍（1988－），2010年畢業于西南石油大學，油氣儲運專業，現為長慶油田采油三廠油房莊作業區技術室工程技術員，助理工程師。