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联合站能耗测试分析 及节能技术研究 高聚同 著 内容提要 本书通过建立能量评价模型，采用能量分析法和 分析法，对整个联合站工艺流程及主要设备进行用能分析，旨在通过联合站设备及系统能耗测试、分析找到系统的用能薄弱环节，为整个系统节能降耗提供改进方向及措施，从而达到节能的目的。本书可供从事油田开发的技术人员及大专院校师生学习参考。图书在版编目（CIP）数据 联合站能耗测试分析及节能技术研究/高聚同著 天津：天津科学技术出版社，2012.12 ISBN 978-7-5308-7559-9 .联.高.集中处理站节能研 究.TE86 中国版本图书馆CIP 数据核字（2012）第 282840 号 责任编辑：王 彤 责任印制：王 莹 出版人：蔡 颢 天津市西康路 35 号 邮编300051 电话（022）23332372（编辑室）23332393（发行部）网址： 新华书店经销 东营石大博雅印务有限公司印刷 开本 7871092 1/16 印张 7.75 字数 150 000 2012 年 12 月第 1 版第 1 次印刷 定价：58.00 元 1 前 言 油田联合站是原油生产的一个关键环节。整个系统进行的是一个复杂的生产循环过程，需要消耗大量的能源，尤其在油田的中后生产期，原油含水量增加的情况下，如何解决好联合站集输处理问题，使油田保持较低的能耗和运行成本，实现联合站系统的节能降耗是当务之急。本书通过建立能量评价模型，采用能量分析法和 分析法，对整个联合站工艺流程及主要设备进行用能分析，旨在通过联合站设备及系统能耗测试、分析找到系统的用能薄弱环节，为整个系统节能降耗提供改进方向及措施，从而达到节能的目的。本书的编写力求从生产实际出发，强化理论与实践结合，各章内容相对独立又组成一个整体。第一章介绍了联合站的工艺流程及设备，对联合站的节能技术现状进行了概括；第二章讲述了联合站的能量评价理论基础，包括能量平衡分析和 平衡分析基本原理，同时总结了联合站能耗评价的指标体系和评价过程；第三章将能量评价理论应用到现场中，详细阐述了用能评价方法的具体实现；第四章阐述了工艺环节、泵系统、加热炉系统、余热利用等方面，概括了联合站的节能技术。其中在第三章第五节以胜利油田孤东一号联合站为例，对联合站系统及设备用能开展测试、评价、分析，得到系统的能流图和 流图，清楚地表达了联合站系统的能耗组成和用能薄弱环节，可供广大油田职工进行系统能量评价分析作参考。在本书编写过程中，中国石油大学（华东）林日亿副教授等给予了很多帮助及许多宝贵的意见，编者对各位老师为本书付出的心 2血表示深深的谢意。由于编写时间仓促，编者水平有限，书中难免有疏漏、错误及不足之处，恳请广大读者不吝赐教。编 者 目 录 1目 录 第 1 章 联合站节能概况.1 1.1 联合站节能技术现状.1 1.2 联合站工艺流程及设备.3 1.2.1 联合站概述.3 1.2.2 主要设备.4 1.2.3 工艺流程.6 1.3 联合站油气处理系统的用能特点.8 第 2 章 联合站能量评价理论基础.10 2.1 能量平衡分析基本原理.10 2.1.1 能量平衡方程.10 2.1.2 能量平衡分析的方法及步骤.11 2.2 平衡分析基本原理.12 2.2.1 平衡方程.12 2.2.3 分析准则.15 2.2.3 分析模型.17 2.3 联合站能耗评价的指标体系与步骤.18 2.3.1 联合站的单位能源消耗量.18 2.3.2 联合站的能量利用效率.20 2.3.3 能量转换和传输设备的用能指标.24 2.3.4 影响联合站能耗指标的因素.25 2.3.5 联合站用能评价的指标体系.26 2.3.6 联合站能耗评价的步骤.28 第 3 章 联合站能量评价技术.29 联合站能耗测试分析及节能技术研究 23.1 能耗节点及其划分.29 3.2 现场测试及数据采集.30 3.3 能量平衡分析及能流图.33 3.3.1 联合站单设备能量平衡分析.34 3.3.2 联合站整体的能量平衡分析及能流图.49 3.4 平衡分析及 流图.53 3.4.1 系统主要设备的 分析.53 3.4.2 联合站整体的 平衡分析及 流图.60 3.4.3 对联合站实施 平衡的步骤.61 3.4.4 联合站整体能量平衡 流图.62 3.5 实例分析.62 3.5.1 孤东一号联合站设备节点的能量平衡.62 3.5.2 孤东一号联合站的效能和能流分布图.65 3.5.3 孤东一号联合站工艺环节的用能分析.68 3.5.4 孤东一号联合站能量转换与传输环节的用能分析.72 第 4 章 联合站节能技术.78 4.1 工艺环节节能技术.78 4.1.1 降低脱水原油的加热温度.78 4.1.2 降低加热原油的含水率.85 4.1.3 加强工艺设备的保温工作.89 4.2 加热炉系统的节能技术.90 4.3 泵系统的节能技术.95 4.4 联合站夹点分析技术.99 4.4.1 夹点技术理论.99 4.4.2 夹点技术应用.106 4.5 余热回收利用技术.111 4.6 其他形式的节能.112 参考文献.115 第 1 章 联合站节能概况 1第 1 章 联合站节能概况 解决好联合站集输处理问题，使油田保持较低的能耗和运行成本，实现联合站系统的节能降耗，提高油田的整体经济效益，是各油田当务之急。在此对联合站系统的节能降耗作如下分析。1.1 联合站节能技术现状 油田联合站是原油生产的一个关键环节，它的主要作用是接收各转油站来油，对油、气、水进行分离、净化、加热，将处理后合格的原油、净化污水、净化天然气向下一级油库输送1。整个系统进行的是一个复杂的生产循环过程，需要消耗大量的能源，是油田的耗能大户。尤其在油田的中后生产期，原油含水量增加的情况下，如何解决好联合站集输处理问题，使油田保持较低的能耗和运行成本，实现联合站系统的节能降耗是当务之急。一般说来，脱水转油系统的能耗主要是电能、燃料以及各种药剂的消耗。因而，现在节能降耗工作都是从节省电能、节省气量以及节省加药剂量等这几个方面入手，主要采取的方法如下2。（1）使用变频装置 电费是成本的一个大头，联合站大型动力设备多，能耗高，是节能的潜力点。变频装置的使用在降低电量方面取得了明显效果，顺利实现了”马”与“车”的匹配，避免了“大马拉小车”现象，实现了流程平稳3。（2）引进自动加药装置 自动加药装置利用专用的微机加药软件，根据液量及原油含水联合站能耗测试分析及节能技术研究 2率等参数的变化随时对药量进行调整，可第一时间在含水率和来液量发生变化时改变加药量，避免来液量降低或含水降低时药量的浪费及液量大或含水率高时药量不足对生产带来的不良影响，提高药剂的使用效率，保证生产运行质量。（3）对游离水脱除器等分离设备功能的提高和结构优化 游离水脱除器投产一定时间后，其处理效率会变得很低，不能再满足生产的需要。高效游离水脱除器改造投产后，其出油含水会大大减少，减少了破乳剂和除油剂的使用量，还会降低燃油消耗量。（4）破乳剂的研究与应用 国内外各石油公司在脱水工艺方面，注重研制并应用高效脱水破乳剂，依靠破乳剂来降低热耗。例如，在保证破乳效果、脱水水质和不产生中间乳化层的情况下，应用常温或低温破乳剂，可以打破破乳温度的限制，有效地解决高含水原油加热这一难题。（5）原油改性处理 对“三高”原油进行改性处理，可以降低原油黏度、结蜡点和凝固点，改善原油的低温流动特性，从而降低原油加热温度，减少燃料消耗。（6）采用新的污水处理工艺 采用新的污水处理工艺，诸如污水就地处理、就地回注，合理调整污水输送管网的布局，避免或减少污水在各个站点间来回“调运”等措施，减少电能消耗。（7）优化生产运行 加强参数调节既是运行生产的根本保障，也是节约成本的有效措施，既能降低药剂费、电费，还能减少燃气的消耗。对加热炉，现在一般通过增加吹灰和热回收装置，加强监测和控制，合理调节风机配风，从而降低排烟温度和过剩空气系数，达到提高加热炉效率的目的。对泵机组，主要是进行适当的工况调节：在输送介质量较小时，可以将大流量泵用小流量泵替换。对于多泵并联输油系统，工况调节应在满足管线输油量要求和泵流量允许的条件下，尽量减第 1 章 联合站节能概况 3少运行泵台数，增大单泵的运行流量。（8）余热回收 利用热泵技术吸收联合站丰沛的低品质污水余热，将高品质热量供给原油及其他工艺流程，实现污水余热的回收利用，既能提高系统的能量利用率，又可以减少环境热污染。（9）加强成本管理 油气集输系统是一个非常复杂的物流处理系统，涉及到能量的转换与利用，物流的收集、计量、净化、分离与输送等。在这样的系统中，能量种类的配置、能源消耗量的多少，除了与工艺流程、系统设备有关外，还取决于管理因素。因此，抓好管理仍然是油气集输节能的有效措施与手段。1.2 联合站工艺流程及设备 1.2.1 联合站概述 联合站是对各计量站或转油站来液进行集中处理的地方，其主要包括油气水分离、原油处理（脱水）、原油稳定、轻油回收、天然气净化以及采出水处理和回注等工艺流程和措施。站内主要包括原油处理系统、转油系统、原油稳定系统、污水处理系统、注水系统以及天然气处理系统等。它是高温、高压、易爆的场所，是油田的一级要害场所。从油田目前的情况来看，联合站大致要完成以下的主要功能。1）接收油井、分井计量站或接收站输送来的油（液）和气。2）对油（液）和气进行分离、净化。3）对原油进行稳定，回收油田气体中的凝液等。4）将符合标准的原油、油田气、轻烃，经计量后分别输送到矿场油库和用户。5）含水原油中脱除的含油污水送至污水处理装置，处理后回注联合站能耗测试分析及节能技术研究 4油层。联合站工艺流程复杂、操作烦琐、占地面积大、能耗多、效率低。目前国内一些油田，逐步采用全封闭集输流程采用高效、多功能设备、自动计量和控制技术，达到了节能降耗，提高了油田集输技术水平，降低了油气开发成本。1.2.2 主要设备（1）三相分离器 油气水混合来液进三相分离器即进行初步气液分离。伴生气通过一级分离、二级捕雾器处理后，进入气处理系统。同时，油水混合物进入预分离室，流体经过整流、消泡、聚集等处理单元后，进入沉降室开始分离，形成油水层。通过调节水室导水管的高度，形成稳定的油水界面。沉降室内上部的油溢流进油室，底部的水通过导水管流入水室，通过机械式浮子液位调节阀或导波雷达液位计控制电动阀控制出油阀、出水阀排出合格的油和水，且可调节液面高度。（2）电脱水器 它是通过直流或交流电所形成的电场强度（两者的混合）使原油进一步脱水，使其达到含水在0.5%以下的合格净化油的电器设备。一般可以分为立式、卧式两种。结构原理：原油从进油管进入预降室，沉降泥沙及部分游离水，在预降室左右两侧进入进油槽，然后以进油槽上的布油孔进入油水界面下部的水相空间，进行水洗脱除残余游离水。利用水的浮力使水洗后的油流方向垂直于电极面，并且自下而上地经过油水界面的上部电场空间，在高压电场的作用下水颗粒发生碰撞，聚结合并，水靠油水密度差分离沉降到脱水器底部，进入集水室，经排水放出。脱水后的净化油汇于脱水器顶部集油管，经出油管排出。（3）加热炉 加热设备将燃料燃烧或电流所产生的热量传给被加热介质使其温度升高。在油气集输系统中，它被用来将原油、天然气及其产物第 1 章 联合站节能概况 5加热至工艺所要求的温度，以便进行输送、沉降、分离和粗加工等。一般可以分为水套加热炉和真空相变加热炉，水套加热炉根据燃烧方式的不同又有微正压燃烧水套加热炉和负正压燃烧水套加热炉 之分。（4）除油罐 目前出水系统采用的除油设备是除油罐，按其功能可分为：自然除油罐、斜管除油罐和粗粒化除油罐。1）自然除油罐是依靠油水的密度差进行油水分离，从而达到除油的目的。2）斜管除油罐是在自然除油罐中装入了波纹斜管，使除油罐的分离面积成倍增加，每块斜管都相当于一个小的分离设备，这就使相同处理量下的除油效率大为提高。另外，由于斜管之间的距离很小，使油珠浮升的距离大大缩短，相应缩短了沉降时间，有利于提高除油效率。3）粗粒化除油罐是在斜管除油罐的基础上