榆林地区油田伴生气分布式发电相关研究_刘恒.pdf

榆林地区油田伴生气分布式发电相关研究*刘 恒,贾 嵘,梁 岩(西安理工大学电气工程学院,陕西 西安7 1 0 0 5 4)摘 要:通过调研与统计榆林地区油田伴生气的产气能力与气体含量,对小型伴生气燃气发电机进行选型,设计一套针对榆林地区的油田伴生气智能环保分布式发电设计方案,实现自给自足,减少公共电网电能使用量,节约电费开支,并带来部分收益。此外,设计一套集成监控平台方案,构建集成监控“云服务”平台,实现在机房对机组进行管理维护的远距离监控。关键词:伴生气;智能环保;集成监控;管理维护中图分类号:TM 6 1 9 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 0 6R e s e a r c ho nD i s t r i b u t e dG e n e r a t i o no fA s s o c i a t e dG a s i nY u l i nA r e a*L I U H e n g,J I AR o n g,L I AN GY a n(S c h o o l o fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,X i a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,X i a n7 1 0 0 5 4,C h i n a)A b s t r a c t:T h r o u g ht h e i n v e s t i g a t i o na n ds t a t i s t i c so n t h eg a sp r o d u c t i o nc a p a c i t ya n dg a s c o n t e n t o f o i l f i e l da s s o c i a t e dg a si nY u l i na r e a,t h e s m a l l a s s o c i a t e dg a s g e n e r a t o r i s s e l e c t i o n.T h ed e s i g ns c h e m e o f i n t e l l i g e n t a n de n v i r o n m e n t a l l y f r i e n d l yd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o no fo i l f i e l da s s o c i a t e dg a s i nY u l i na r e a i sd e s i g n e d,w h i c ha c h i e v e ss e l f-s u f f i c i e n c y,r e d u c e s t h eu s eo f e l e c t r i c e n e r g y i n t h ep u b l i c p o w e r g r i d,s a v e s e l e c t r i c i t y c o s t s,a n db r i n g s s o m eb e n e f i t s.I na d d i t i o n,a s e t o f i n t e g r a t e dm o n i t o r i n gp l a t f o r ms c h e m e i sd e s i g n e d,a n da n i n t e g r a t e dm o n i t o r i n g c l o u ds e r v i c e p l a t f o r mi sb u i l t t o r e a l i z e l o n g-d i s-t a n c em o n i t o r i n go f t h em a n a g e m e n t a n dm a i n t e n a n c eo f t h eu n i t i nt h ec o m p u t e r r o o m.K e yw o r d s:a s s o c i a t e dg a s;i n t e l l i g e n t e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n;i n t e g r a t e dm o n i t o r i n g;m a n a g e m e n t a n dm a i n t e n a n c e基金项目:榆林市科技局榆林市2 0 1 9年科技计划项目(编号2 0 1 9-1 4 7)收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 70引言油田伴生气是一种蕴含可燃成分的气体,能够当成天然气使用,因此利用天然气分布式能源技术综合利用油田伴生气是一种有益的尝试1。在油田的生产过程中伴有天然气的采出,这些天然气若放空则会白白释放2。考虑到国家战略的要求,油田伴生气不失为一个有效的替代能源,如果能将其大规模利用,不仅可以缓解当地供电压力,而且可以形成自发自用的孤岛油田站运行模式,降低不可再生能源的消耗,节能减排,保护环境。1油田伴生气利用现状及相关调研1.1油田伴生气综合利用现状油田伴生气作为一种高效能源近年来受到广泛关注,各国相继开展伴生气回收工程,向多能源有效利用转型。我国从“十二五”开始鼓励发展天然气分布式能源,包括技术、装备和试点应用项目等1。“十四五”规划以来,因地制宜推广天然气分布式能源成为新的发展趋势。2 0 2 1年,榆林地区生产原煤5.5亿吨、原油1 0 9 4.7万吨、天然气2 1 4.2亿立方米,发电1 4 4 8.1亿千瓦时;转化煤炭1.4亿吨,加工原油4 0 5.8万吨,消耗天然气4 6.2亿立方米;向外供应集输煤炭4.1亿吨、油6 8 8.9万吨、天然气1 6 8亿立方米、电7 2 3亿千瓦时。2 0 2 1年,榆林地区煤制油、甲醇、聚氯乙烯分别为8 0、2 6 8、1 4 2万吨,分别占全国的9%、5%、5%。延长志丹金辉海子塔伴生气站已经实现油田伴生气一站式收集、处理、加工,将伴生气加工成混烃和L N G,部分干气用于发电,实现自发自用,降低能耗,每年可回收伴生气5 0 0万立方米,减少二氧化碳排放9 8 0 0吨。近来,在国家“双碳”目标要求下,陕西地区坚持“节能减排、低碳延长”发展之路,积极推进油田伴生气回收利用。目前,国外的研究已经精细到提升伴生气的回收效率、提高伴生气中各类烷烃的分离回收效率以及降低工艺能耗,这些研究的深入优化值得国内从业人员学习借鉴3。国内的研究稍显迟缓,当前可着眼于从传统伴生气回收技术向数字化转型发展,实现机器替代工作,提高回收利用率和产业经济效益,加快节能减排步伐,向多区域联合调度、多能互补的方向发展。1.2存在的问题(1)伴生气开采需要稳定的气源,榆林区域用户可采71新能源系统与设备 电工技术 取多气源、环路供气方案,利用多源供气系统来提高不同气源对该地区供气的灵活性、效率和可靠性。(2)榆林地区伴生气资源总量很大,但其利用率有待提高,需要对伴生气生产的全过程进行研究和优化,综合考虑生产实际,因地制宜采取各种技术革新措施,争取提高伴生气的回收率4。(3)由于当前油田位置差异,各区域伴生气采集也较为分散,发展水平不高,因此需要统一的部门进行整合管理调度,提高回收利用效率,加快数字化转型,提高榆林地区发电量,缓解供电压力,为“西电东送”工程提供一定的帮助。(4)榆林地区发电机组设备和系统相对老旧,需要采用先进的发电机组来提高效率,减少不良气体的排放。济柴海外销售公司即将交付给尼日尔油田开发项目的国产最大功率燃气发电机组,是利用伴生气发电自发自用的,这是一种新的突破。(5)气价过高,用户基数就会大幅度下降,而气价过低,收益则会减少甚至为负。特别是在当前形势下,各行业都应制定一个合理的天然气价格,以实现买卖双方利益的最大化。1.3油田伴生气的回收伴生气的组成成分繁多,有二氧化碳、硫化物质以及各种烃类物质,若排放进空气,会造成周边空气污染,甚至引起爆炸。这些气体进入高空,会破坏大气层,造成难以弥补的伤害。为此,对开采原油期间产生的大量油田伴生气进行回收至关重要。伴生气回收基本工艺过程均为原油稳定-原料气的预分离-原料气压缩-脱水-冷剂制冷-产品分馏5。某伴生气回收处理装置和处理方法如图1所示。伴生气中含有H2S,回收装置中含有导热油和丙烷等物料,在回收过程中存在火灾、爆 炸 以 及H2S中 毒 的 风 险,因此需要制定相关政策,配备一定的救生设施,以保证伴生气顺利开采。图1伴生气回收处理装置和方法常用的定压式套管气回收装置结构如图2、图3所示6。1.4相关调研结果经调研,当前该地区若能进行大面积回收混烃、分离混烃、稳定轻烃等工作,则会取得可观的经济效益,加快能源转型,但还存在伴生气总量大、利用率低等问题。新 图2普通定压式套管气回收装置结构 图3防冻定压式套管气回收装置结构时期内,国家能源结构调整战略的实施和推进将加快燃气的应用普及速率,再加上其组分呈现规律性,这给油田伴生气更多的利用市场空间,进一步夯实了油田伴生气后期监管责任。2分布式伴生气发电系统方案设计伴生气分布式能源的关键在于正确的设计原则。同时受伴生气产量和用热量的限制,即在冷热负荷为主的情况下,项目需采取“以热定电”的策略,按照站内用热量确定伴生气在发电机组和加热炉的分配比例,未来或可形成自发自用的孤岛分布式运行模式,实现自给自足,多余电力并网运行,提高发电效率。设备的选择需要考虑其负荷率和对燃料的适用性。油田伴生气由于轻烃含量较高,成分复杂,各组分燃烧特性各不相同,因此难以满足内燃机缸内稳定燃烧的要求。为了解决上述问题,应尽量减少不稳定燃烧对发电机的影响,将伴生气进行预处理,分离轻烃,再将处理后的伴生气用于发电机发电,或者选用对复杂成分不敏感的发电设备,保证可靠稳定的伴生气燃烧。2.1设计方法小型燃气发电设备可以有效利用少量伴生气7。针对油田溢出的“压力不稳、成分复杂”的废气进行发电,利用分布式、流动式伴生气发电机组,将油田排空的伴生气变废为宝发电,供给油田使用。项目对环保可以减少大气污染、对油田企业可以降本增效、对当地百姓可以产业扶贫。小型分布式油田伴生气发电机组在燃气动力、燃气安全、并网发电控制等方面进行创新,具有技术成熟、操作方便、设备运行稳定、维护成本低、使用寿命长等特点,具体表现为以下几点。(1)在燃气动力方面,装置具有负压输气功能,免去燃气增压系统,能直接适应油田伴生气源苛刻的输出特性,同时输出功率能跟随井口伴生气源彻底利用产生的功率,简化小型伴生气动力设备的结构。(2)在燃气安全方面,结构简单的装置大幅度简化了燃气安全系统,免去了结构复杂的燃气安全防爆设施,降低了燃气安全成本,燃气安全效果一步到位,保证了燃气81电工技术 新能源系统与设备 绝对不会泄漏。(3)在发电并网方面,装置符合分布式电源接入电网的技术规定,并网系统结构简化,造价成本大幅度降低。(4)在智能远程控制方面,装置利用G P R S技术对柴油发电机组实现远程控制管理,在机房对机组进行管理维护,降低人工运维成本。基于强大的云平台智能发电管理系统,用手机或P C电脑远程监测发电机组的运行数据。2.2相关技术说明机组安装流程为:生产加工油田专用天然气发动机-生产发电机组-组装成小型分布式伴生气转换装置发电机-井场安装-油井伴生气气管进入发动机-发电机组发电-并网柜记录指挥数据-接网电供电。当油区区域电网发电机组出现故障时,电网自动给抽油机动力供电,保证抽油机作业正常,不影响抽油生产;当并网发电机组正常后,并网发电自动取代电网,实现抽油动力源的无缝切换。在安全问题上,需要预留消防通道;对厂房进行降噪处理,保障附近居民生活;为控制燃料含硫量,在原伴生气处理工艺后增加脱硫和脱水流程,如图4所示1。图4伴生气脱硫和脱水流程2.3轻烃回收轻烃回收作为化工产品的经