酒東油田冷凝水回收利用

張作鵬　侯　凡　劉　偉　鄭燁華（玉門油田公司酒東油田作業區）

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酒東油田冷凝水回收利用

張作鵬侯凡劉偉鄭燁華（玉門油田公司酒東油田作業區）

蒸汽在油田生產過程中常作為熱能傳導媒介，其潛熱即轉變為冷凝水后所含熱能往往隨冷凝水排放而被浪費。酒東油田通過對聯合站內蒸汽系統綜合調查分析，選用開放式回收方案，實現冷凝水再利用。回收改造實施后，聯合站內一套小型蒸汽鍋爐系統年節能量達186.8 t標煤，減少新鮮水消耗15 600 t/a，年節約成本支出73.85萬元，投資回收期僅為0.237年，達到了節能降耗的目的。

蒸汽冷凝水回收節能降耗

蒸汽作為一種重要的能量傳導媒介，在油田運行過程中可用于管線伴熱、換熱器換熱、廠房及公寓供熱等。蒸汽的能量由潛熱和顯熱組成，潛熱是指蒸汽從氣態變成液態冷凝水釋放的能量，顯熱是冷凝水因溫差熱傳遞出的能量，蒸汽做功或熱傳遞后釋放熱能，凝結為幾乎是同溫同壓下的飽和水，即冷凝水。飽和冷凝水在蒸汽壓力0.1～1.0 MPa之間占蒸汽熱能的15.6%～27.5%，且使用的蒸汽壓力、溫度越高，相應冷凝水所含熱能就越多，占蒸汽總熱量的比例也就越大［1］。蒸汽作為熱源利用，往往僅利用蒸汽的潛熱，而蒸汽的顯熱卻幾乎被全部丟棄，造成環境熱污染和能源浪費。隨著中石油節能節水工作的廣泛深入開展，許多油田開始對這部分寶貴的能源加以回收利用。

1　冷凝水回收

冷凝水回收是蒸汽熱力系統循環中的一個重要環節，是提高鍋爐熱效率、降低能耗的重要途徑之一。冷凝水回收利用的好壞直接影響蒸汽熱力系統總的能源利用效率［2］。主要體現在熱能價值、工藝平衡、減排提效、水平衡等。

冷凝水回收系統可分為開放式和封閉式兩種方式。開放式工作原理即冷凝水經回收主管將冷凝水引至開放式水箱，再通過加壓裝置將回收的冷凝水輸送至鍋爐內。其優點是投資成本低廉，對上游換熱設施影響小，系統較為穩定，適用于蒸汽量較小的冷凝水回收系統。但由于二次蒸汽的閃蒸會損失余壓資源；密閉式工作原理即回收主管將冷凝水引至密閉回收罐內，再經由回收加壓裝置直接將冷凝水輸送至鍋爐內使用。其優點是可以有效地防止熱能源的泄漏，提高冷凝水回收的利用率。缺點是設備及工藝要求較高，投資成本大。汽水兩相共存，容易發生汽阻、水擊等不安全問題，使實際輸送能力大大降低。當不同工藝的冷凝水都進入系統時，由于背壓不同，會發生低壓冷凝水回水不暢問題。輸送高溫冷凝水時，水泵葉輪易發生汽蝕，導致抽空、設備損壞等問題的出現［3］。

2　現場應用

一般來說密閉式冷凝水回收方式具有較大的優勢，蒸汽能量二次利用率較高，回收效益好。但是，結合油田聯合站本身的特點，該種回收方式并不適用于酒東油田，而開放式回收卻更為適合。具體原因如下：

1）聯合站脫水工藝中二級換熱器需要極為穩定的蒸汽供應，確保出口處溫度恒定在60℃，保證脫水效果。而冷凝水密閉回收會產生汽阻、水擊等問題，導致蒸汽供應不穩定，從而使換熱器出口溫度難以控制，降低產品合格率。

2）酒東油田蒸汽需求量相對較少，夏季采用2 t鍋爐，冬季使用4 t鍋爐，屬于小型蒸汽供應系統，適合投資成本小的開放式回收方式。

為確保聯合站的主要生產流程正常運行，同時考慮到回收系統的經濟適用性，最終采用開放式冷凝水回收方式。

2.1回收工藝流程

2.2.1疏水器的選擇利用

蒸汽疏水器是連接蒸汽和冷凝水的中間設備，它的作用是要連續及時地把蒸汽中的凝結水和空氣等其他不凝性氣體排到系統之外，同時還要阻止蒸汽的泄漏，直接影響加熱過程中蒸汽的耗量或加熱設備的使用效率。且關系到后續凝結水回收系統的工作，決定著整個蒸汽系統與凝結水回收系統的使用效果。為確保加熱效率以及可能出現的負荷波動，通過對比實驗，最終選擇機械式疏水器。酒東聯合站在各種換熱器及蒸汽伴熱換線末端安裝疏水器共計16個。

2.2.2回收流程

酒東油田冷凝水回收系統具體流程如圖1。設備有冷凝水罐、疏水器、冷凝水回收泵、智能軟化水裝置等。換熱器及伴熱管線返回的冷凝水經由疏水器分離后集中儲存至冷凝水罐，水罐體積60 m3，罐內冷凝水溫度95℃左右，一般情況，因回收的凝結水品質較好，冷凝水直接泵至軟化水罐與軟化水混合至60℃左右后供鍋爐使用（鍋爐供水溫度不宜過高），如此形成冷凝水循環回收利用，當檢驗水質發現冷凝水不達標時，備有一套應急管線流程，可將冷凝水泵至智能軟化水裝置進行處理，然后加以利用。

與此同時，酒東油田還將95℃冷凝水通過保溫管線引致采出水處理廠為管線伴熱及廠房供暖，增加了冷凝水的回收利用途徑，提高了能源利用率，解決了廠區保暖、管線凍堵和加藥裝置易結晶等問題。

2.2.3運行和維護

開放式冷凝水回收的關鍵是對回收水質的控制，鍋爐給水的水質在硬度、pH值、溶解氧三項指標有嚴格要求（10≤pH≤12、硬度≤0.03 mmol/l、溶解氧≤0.1 mg/l）。鍋爐中碳酸氫根、碳酸根受熱分解成CO2氣體進入蒸汽相，之后隨著蒸汽凝結溶解到冷凝水中形成碳酸，從而降低鍋爐水pH值。同時開放式回收使冷凝水有機會與空氣接觸，可能增加水中的溶解氧。該系統冷凝水回收過程中，要求每天對冷凝水及軟化水水質三項指標進行測量，當參數偏離指標值時，采取措施來控制水質。水質控制的核心設備是智能軟化水裝置，該裝置含鈉離子交換機和除溶解氧裝置，當冷凝水溶解氧、硬度指標不達標時，可通過更改流程進智能軟化水裝置，達標后進軟化水罐供給鍋爐，冷凝水是潔凈的蒸餾水，在硬度指標方面，一般都會在標準值以內。對于pH值的控制，該系統采用添加藥品的方法，所加藥品為磷酸三鈉。此外還要保證蒸汽使用及冷凝水回收系統的連續運行，且使用小開口冷凝水罐，使冷凝水回收罐處于正壓，杜絕罐內空氣的吸入，并做好冷凝水罐的保溫，使水中氧氣溶解度降低，由此可控制冷凝水水質。

3　經濟效益分析

酒東油田鍋爐蒸發量冬季為4 t/h（150天）、夏季為2 t/h（200天），每天運行24 h，鍋爐熱效率為80.25%，冷凝水回收率80%（閃蒸率20%），則冬季回收2.6 t/h，夏季為1.3 t/h。冷凝水回收溫度約95℃。

圖1　酒東油田冷凝水回收利用系統流程圖

1）節約燃料。冬季每天回收利用熱量2273× 104kJ；夏季每天回收利用熱量1032×104kJ（95℃時飽和冷凝水熱焓為398.48 kJ/kg，改造前供水溫度：冬季7℃，水焓為34.215 kJ/kg，夏季16℃，水焓為67.740 kJ/kg）；

2）折標煤。冬天0.997 t，夏天0.439 t（1 t標煤熱值29.308×106kJ/t），每年節能量237.35 t（標煤）；折天然氣量178 458.65 m3天然氣（天然氣折標系數1.330 kgce/m3，天然氣2元/m3），每年天然氣費用35.69萬元；

3）節約水費。每年節約軟化水量1.56×104t；節約清水使用量1.64×104t（鈉離子軟化水裝置效率95%）；清水3元/t，年節約水費4.93萬元。

4）其他節約費用。回收利用前需用6 m3/h軟水器1套，消耗環氧樹脂7 t/a，消耗工業鹽60 t/a，回收利用后需2 m3/h軟水器1套，消耗環氧樹脂2 t/a，消耗工業鹽20 t/a，減少了工業鹽和環氧樹脂的消耗。并且，因減少軟化水量而減少1套4 m3/h鈉離子軟水器建設投入20萬元，使用周期為15年，每年節約投入1.33萬元。綜合減少的設備維護費、電費、人工費每年節能費用73.85萬元，見表1。

表1　冷凝水回收系統投運前后年費用變化

酒東油田冷凝水回收系統的投用后較之投運前，每年可節約能源237.35 t（標煤），減少新鮮用水16 421 t，直接間接節約成本費用73.85萬元。

該項流程中負責冷凝水回收的主要設備有冷凝水回收罐、離心泵、保溫管線、閥門等，共計投資17.5萬元，投資回收年限為0.237年，即該系統投用3個月就可回收這部分投資費用。

4　結論

酒東油田所采用的冷凝水回收系統是一種因地制宜、行之有效的節能減排設施。該系統具有以下優點：

1）投資成本低，操作方便，運行穩定，維修簡單，故障率低，占地面積小。

2）可實現熱力系統接近完善的能源梯級作用。縮短了鍋爐運行時間，提高能源利用水平，節能降耗。同時，降低了煙塵排放量，減少熱污染，改善工作環境。

3）實現蒸汽穩定供應，避免管線汽阻、水擊等現象，能夠將溶解氧、pH值、硬度等參數控制在變準范圍，延長鍋爐等設備和管道的使用壽命。

該系統的投用不僅能帶來良好的節能效果和可觀的經濟效益，也可以產生良好的環境效益和社會效益，適合具有類似情況的單位推廣使用。

［1］湯鳳，尹顯錄，胡念武，等.蒸汽鍋爐冷凝水回收控制方法及效益分析［J］.工業鍋爐，2008（4）：32-35.

［2］章建華，王偉，金蘊智，等.蒸汽熱力系統冷凝水及乏汽回收實踐與分析［J］.節能，2011（7）：99-100.

［3］鄭淵蔚，倪三明，趙丹華.鍋爐冷凝水開閉式回收效益分析［J］.機電產品開發與創新，2013（3）：64-67.

北京石油開啟“質量月”活動

中石化北京石油公司2015年9月開啟多項“質量月”活動，加大宣傳力度，各加油站、油庫等一線窗口都懸掛了橫幅，提醒員工提高質量意識，歡迎顧客監督。同時該公司以各部門、各片區、加油站為單位開展全員培訓，一線員工重點培訓工作流程、質量抽檢規定及應急預案，機關員工重點培訓油品知識、質量管理制度及法律法規等內容，以明確各崗位的制度、流程和職責，普及質量知識，提高全員質量意識。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.021

2015-07-17）

張作鵬，工程師，2007年畢業于長江大學（石油工程專業），從事油田生產管理工作，E-mail：ymzzp@petrochina.com. cn，地址：甘肅省酒泉市肅州區油田檔案樓，735000。