熱電聯(lián)供技術(shù)在華北油田某聯(lián)合站系統(tǒng)應(yīng)用的可行性

楊金惠 姚海斌 侯新偉 梁昌晶 周亮

（1.河北華北石油路橋工程有限公司；2.中國石油華北油田公司供水供電服務(wù)中心；3.中國石油華北油田公司港華設(shè)計院；4.北京時代博誠能源科技有限公司）

熱電聯(lián)供技術(shù)在華北油田某聯(lián)合站系統(tǒng)應(yīng)用的可行性

楊金惠1姚海斌2侯新偉2梁昌晶3周亮4

（1.河北華北石油路橋工程有限公司；2.中國石油華北油田公司供水供電服務(wù)中心；3.中國石油華北油田公司港華設(shè)計院；4.北京時代博誠能源科技有限公司）

加熱爐做為油田主要的用能設(shè)備之一，其能耗一直居高不下，而且燃油加熱爐的排放一直無法達(dá)到國家環(huán)保要求。針對這些問題，對華北油田某聯(lián)合站采用熱電聯(lián)供技術(shù)進行加熱爐燃油替代，技術(shù)應(yīng)用后站內(nèi)伴生氣可全部回收利用，滿足站內(nèi)全部用電及用熱需求，年節(jié)約費用100萬元，解決了伴生氣放空造成的浪費和環(huán)境污染問題，社會和經(jīng)濟效益顯著，成熟后可在各油田推廣使用。

加熱爐；熱電聯(lián)供；負(fù)荷分析

熱電聯(lián)供技術(shù)主要是利用站內(nèi)伴生氣通過發(fā)電機做功將熱能轉(zhuǎn)變成高品位的電能[1]，同時對發(fā)電余熱進行回收滿足站內(nèi)用熱需求，可減少原油消耗、增加原油產(chǎn)量，實現(xiàn)能源梯級利用，提升一次能源利用率[2-3]。

1 用能情況

該聯(lián)合站主要是將油田開采出來的原油和天然氣進行收集、儲存、輸送和初步處理加工，負(fù)責(zé)將油井采出的石油氣、液混合物經(jīng)過管道輸至油氣處理站進行氣液分離和脫水處理等一系列復(fù)雜的工藝過程。

1）用電情況。聯(lián)合站主要用電設(shè)備包括110kW注水泵2臺，132kW熱水循環(huán)泵2臺（一用一備），注水系統(tǒng)用電功率100kW，抽油井用電功率50kW，其余用電設(shè)備用電功率較小。聯(lián)合站用電主要來源于油田水電廠，用電電價0.769元/kWh，上網(wǎng)電價0.709元/kWh。

2）用熱情況。聯(lián)合站用熱主要包括采暖及工藝用熱，站內(nèi)有3MW燃?xì)忮仩t2臺，一用一備，鍋爐長期處于低負(fù)荷運行。加熱爐主要為管線伴熱、冬季采暖、站內(nèi)維溫及換熱器提供熱量。

3）伴生氣情況。聯(lián)合站夏季伴生氣產(chǎn)量3500m3/d，自用氣量1200m3/d，排空量2300m3/d。冬季天然氣產(chǎn)量2500m3/d，自用氣量1680m3/d，排空量820m3/d。熱電聯(lián)供主要是利用這部分排空伴生氣量，解決伴生氣放空造成的浪費和環(huán)境污染。

4）用冷情況。站區(qū)辦公室采用各房間分體式電制冷空調(diào)制冷，制冷負(fù)荷較小，不考慮冷負(fù)荷要求。

2 設(shè)計原則

熱電聯(lián)供系統(tǒng)由高度智能化的控制系統(tǒng)集中控制，實現(xiàn)發(fā)電機組和余熱利用設(shè)備的連鎖運行，不同的熱電負(fù)荷情況下按不同的運行策略運行，可實現(xiàn)無人值守[4]。經(jīng)過對聯(lián)合站各項數(shù)據(jù)的認(rèn)真研究，設(shè)計遵循如下原則：

根據(jù)熱電聯(lián)供設(shè)計規(guī)范以及國家相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進行設(shè)計；以確保能源供應(yīng)工藝科學(xué)、運行可靠、節(jié)能經(jīng)濟為設(shè)計目標(biāo)；結(jié)合建設(shè)項目在建筑、負(fù)荷、能源供應(yīng)等方面的設(shè)計資料，有針對性的制定熱電聯(lián)供系統(tǒng)方案；在滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，積極采用節(jié)能、節(jié)水和低排放技術(shù)。

3 技術(shù)方案

主要解決天然氣排空問題，增加發(fā)電機組不會影響聯(lián)合站工藝系統(tǒng)，分布式能源系統(tǒng)不考慮備用機組。分布式能源系統(tǒng)采用并網(wǎng)方式運行，滿足聯(lián)合站部分電力負(fù)荷，其余不足部分由原系統(tǒng)提供。余熱利用設(shè)備主要包括煙氣換熱器、缸套水換熱器等換熱設(shè)備[5]。系統(tǒng)利用排空天然氣發(fā)電，余熱滿足廠區(qū)采暖及工藝用熱。根據(jù)生產(chǎn)情況，該聯(lián)合站用電負(fù)荷較大，伴生氣可全部或部分在熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電站內(nèi)消化。

表1 發(fā)電機組參數(shù)

設(shè)計說明：伴生氣燃燒熱值按照55MJ/m3，發(fā)電熱值按照40MJ/m3；發(fā)電機組效率按照35%，發(fā)電機組余熱利用效率按照45%計算。

站內(nèi)伴生氣夏季產(chǎn)量145m3/h，自用50m3/h，原自用熱負(fù)荷為610kW。若伴生氣全部用于發(fā)電，發(fā)電功率為560kW，發(fā)電余熱為720kW，發(fā)電余熱大于原自用熱負(fù)荷，發(fā)電余熱可滿足系統(tǒng)用熱需求；站內(nèi)伴生氣冬季產(chǎn)量104m3/h，自用70m3/h，原自用熱負(fù)荷為850kW。若伴生氣全部用于發(fā)電，發(fā)電功率為400kW，發(fā)電余熱量為510kW，發(fā)電余熱小于原自用熱負(fù)荷，所以冬季伴生氣若全部用于發(fā)電，發(fā)電余熱不滿足系統(tǒng)用熱需求。由于伴生氣燃燒熱值較高，冬季考慮利用部分伴生氣發(fā)電，剩余伴生氣用于原鍋爐系統(tǒng)。根據(jù)原系統(tǒng)自用熱負(fù)荷可反推系統(tǒng)自用氣為45m3/h，用于發(fā)電耗氣量為59m3/h。發(fā)電功率為230kW，發(fā)電余熱量300kW。部分伴生氣燃燒熱負(fù)荷為550kW。

根據(jù)計算結(jié)果確定系統(tǒng)發(fā)電機組配置，考慮2臺500kW發(fā)電機組，分兩期建設(shè)，一期建設(shè)1臺，聯(lián)合站內(nèi)伴生氣量增加后再建設(shè)1臺。發(fā)電機組參數(shù)見表1。

4 經(jīng)濟效益分析

夏季天然氣充足時2臺機組同時運行4000h，冬季天然氣量少時1臺機組運行4000h。全年發(fā)電量316×104kWh。聯(lián)合站用電電價0.769元/kWh，全年節(jié)省電費243萬元。電力上網(wǎng)費用0.06元/kWh，上網(wǎng)支出19萬元。全年發(fā)電收益224萬元。分布式能源系統(tǒng)運行后可減少原燃?xì)忮仩t運行人員4人，增加系統(tǒng)效益40萬元，運行總收益264萬元。

系統(tǒng)運行后自耗電5萬元，系統(tǒng)備件及潤滑油消耗費20萬元，燃?xì)馓幚碣M5萬元，維護人員工資30萬元，發(fā)電機組大修費6萬元，設(shè)備折舊費34萬元。運行總支出100萬元。項目總投資575萬元，投資回收期3.5年。

5 結(jié)論與建議

1）能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級利用，具有節(jié)能環(huán)保、靈活經(jīng)濟等特點，是油氣行業(yè)節(jié)能減排的有效手段，可以在油氣開采、油氣集輸以及在油氣轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)推廣應(yīng)用[6]。

2）系統(tǒng)運行后，年節(jié)省市電292×104kWh，年節(jié)省標(biāo)煤1000t，減少CO2排放2500t，減少SO2排放75t，減少NOx物排放38t。年節(jié)約費用100萬元，3.5年可收回成本。

3）能夠促進油氣行業(yè)的節(jié)能減排，改善油氣產(chǎn)區(qū)的自然環(huán)境和油田職工的生活條件，提高油田供能安全，增強油氣企業(yè)對缺少社會配套條件地區(qū)的適應(yīng)性。

4）由于伴生氣中往往會含有不等量水、硫和重?zé)N組分，所以對伴生氣在直燃或者發(fā)電之前進行脫水、脫硫和脫碳的預(yù)處理就顯得尤為重要，也是下一步需要完善和改進的地方。

[1]武傳燕，李曉慶，徐穎，等.稠油油田熱電聯(lián)供技術(shù)的探索[J].油氣田地面工程，2009，28（12）：8-10.

[2]楊干，翟曉強，鄭春元，等.國內(nèi)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].化工學(xué)報，2015，66（S2）：1-9.

[3]萬力利.熱采稠油區(qū)塊熱電聯(lián)供技術(shù)研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2013.

[4]徐寶珠.淺析油氣田加熱爐能效現(xiàn)狀與提效對策[J].化工管理，2015，9（11）：165-166.

[5]許彥博.輸油管道加熱爐技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].油氣儲運，2009，28（12）：1-3.

[6]孟嵐，趙雪峰，韋振光，等.油田加熱爐的應(yīng)用現(xiàn)狀與提效技術(shù)方向[J].石油石化節(jié)能，2015，28（12）：33-35.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.005

楊金惠，工程師，2008年畢業(yè)于河北工程大學(xué)（工程管理專業(yè)），從事油氣田地面建設(shè)工作，E-mail：lq_yjh@petrochina.com.cn，地址：河北省任丘市華北油田公司路橋工程有限公司，062552。

2017-05-03

（編輯賈洪來）