油气集输系统节能降耗技术2.ppt
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油气集输系统节能降耗技术,中国石油大学(华东)李玉星,目录,矿场油气集输系统概述油田生产对集输系统的要求油气集输流程设计的总趋势地面油气处理技术的回顾地面工程系统的技术发展趋势与国外的差距油气集输系统性能评价指标油气集输系统性能评价方法耗能设备评价的方法节能降耗新技术(低温集输)集输系统节能模式与配套技术,矿场油气集输系统概述,1、油田生产对集输系统的要求,1).满足油田开发和开采的要求采输协调集输工作者应根据油田开发设计和采油工艺确定集输系统的规模、工艺流程和总体布局使油田开发、开采和集输系统互相协调、生产平稳,促进油田的开发和开采。
集输系统应考虑油田生产的特点油田生产的特点是连续的、又是不均衡的。
1、油田生产对集输系统的要求,2).集输系统能够反映油田开发和开采的动态油气在地层内运动的情况只能通过集输系统管网和设备测量所得的参数来反映。
油田开发和开采的变化,反映到地面集输系统中就是:
油、气、水产量、出砂量、气油比、温度、压力等参数的变化。
1、油田生产对集输系统的要求,3).节约能源、防止污染、保护环境节约能源主要体现在以下几个方面:
a.充分利用自喷井、抽油井的能量,减少转油环节,在有条件的油田提高第一级的分离压力,减少动力消耗;b.流程密闭,降低损耗;c.充分收集和利用油气资源,生产稳定原油、干气、液化石油气、天然汽油等产品,减少油田生产的自耗气量;d.采用先进高效的处理设备,如高效分水设备、高效泵等。
e.集输系统应该具有消除三废污染、保护环境的工程措施。
1、油田生产对集输系统的要求,4).集输系统应安全可靠,并有一定的灵活性一方面,设备应尽可能简单、安全可靠、不需要经常性的维修;另一方面,一旦发生异常情况,要有一定的调整能力。
1、油田生产对集输系统的要求,5).与辅助系统协调一致集输系统还有一些配套的辅助系统,如供排水、供电、供热、道路、通讯等,一起构成油田地面总系统,互相联系、互相制约,应该统筹规划、协调一致,使油田地面系统总体最优。
海上油气田生产辅助设施有别于陆上油田,考虑到海上设施远离陆地,海上运输的困难,需要设置相应生产辅助系统。
2、油气集输流程设计的总趋势,简化井口简化计量站尽量采用二级布站流程密闭完善联合站、减少占地、方便管理,3、地面油气处理技术的回顾,近50年来,我国油气田开发中的地面技术有了长足的进步取得了很大的发展,有些获得了重大的突破。
整装大油田小断块油田稠油超稠油油田低渗透油田,沙漠油田滩海油田海上油田气田,3、地面油气处理技术的回顾,每一时期的重大发展都伴随着新工艺新技术的突破和应用地面集输中的系统优化与区域性系统优化技术多相流工艺计算的逐渐成熟与大规模应用先进工艺计算软件的应用:
PIPEPHASE、PIPEFLOW、OLGA等以及国产化的软件。
优化方法在管径选择、集输方案优化、加密井等方面大大规模应用,3、地面油气处理技术的回顾,油气处理中分离设备的高效化改进和多样化高效两相、三相分离器多功能高效重力式分离设备旋流分离式紧凑式分离设备:
油水预分、污水处理、固液分离、气液分离、天然气脱水等仰角式分离器旋转分离透平分离器基于电场、磁场、超声波方式的油水处理技术,3、地面油气处理技术的回顾,集输与处理中高效药剂的开发与应用稠油集输中的乳化剂以及降粘剂油水分离中的高效破乳剂污水处理的絮凝剂高效优质多功能处理剂的研制复配及筛选药剂的效果越来越好,用量越来越少,费用逐渐降低,3、地面油气处理技术的回顾,油田地面生产的环保与废弃物处理技术油田污水处理技术:
回注水的达标与回注污泥净化技术污泥清洗和回收利用污泥的微生物处理污泥的焚烧污泥的分馏裂解回收天然气的回收技术:
压缩天然气技术吸附天然气技术液化天然气技术,3、地面油气处理技术的回顾,多相混输技术的发展与应用混输工艺计算多相增压设备的应用多相混输计量技术多相混输管路清管技术段塞流特性以及立管段塞的抑制段塞流捕集器混输管路的腐蚀与防腐技术,3、地面油气处理技术的回顾,地面集输系统节能降耗技术的发展五大系统效率的提高集输系统综合节能技术集输系统的评价与优化技术集输系统的模拟仿真与用能分析技术高效加热设备的应用高效节能电机、变频技术的应用余热回收与利用技术热能综合利用技术,4、地面工程系统的技术发展趋势,低成本开发是油气集输处理科技发展的方向和艰巨任务原油常温集输技术最大限度地简化油气集输工艺流程技术较低温度的原油脱水工艺技术简化原油处理流程的技术天然气常温集输工艺技术开发和推广应用节省投资节能降耗具有综合效益的联合装置,4、地面工程系统的技术发展趋势,低成本开发是油气集输处理科技发展的方向和艰巨任务系统节能降耗技术充分利用边缘零散井和不能进系统的天然气节能增效降低成本开发和推广应用真空加热炉、相变加热炉和其他适用于油气田生产应用的高效加热炉和高效燃烧器大力开发、推广应用油气田规划优化软件,4、地面工程系统的技术发展趋势,老油气田地面工程改造通过优化改造方案,充分挖掘已有系统的潜力,解决系统及区域低效运行问题,提高效率、降低运行费用节能降耗技术研究:
高含水低温集油工艺、老井网加密、高效分离设备等技术的推广应用。
面对环保的日趋重要,要加强环保工作的研究力度:
污水污泥处理技术的推广与利用,4、地面工程系统的技术发展趋势,全面推动天然气地面工程技术的发展和应用发展高压天然气集输脱水等处理加工工艺技术开发应用高酸性天然气净化技术,开发系列天然气脱硫技术零散天然气的回收储存与运输,4、地面工程系统的技术发展趋势,特殊油田、特殊地域、特殊方式开发的油田依赖于各专项技术的发展低渗透油田量油技术、环状集油流程、永磁电机直流电机等节电技术高含水油田的常温集输技术、高效游离水脱出技术稠油油田的集输、脱水与输送技术油田集输模式的优选,4、地面工程系统的技术发展趋势,特殊油田、特殊地域、特殊方式开发的油田依赖于各专项技术的发展稠油集输、脱水技术滩海油田沙漠油田要研究利用油气混输技术、不分离计量技术、短流程处理技术、高度自动化技术凝析油气田要研究高压集气、循环注气技术利用、三相不分离计量技术、高效简化凝液回收技术,4、地面工程系统的技术发展趋势,加强安全生产与先进管理有关的技术研究腐蚀与防腐技术安全评价与完整性管理泄漏监测与控制技术数字化油田先进管理与测试手段:
交接计量、液位检测、含水率测试等,5与国外技术的差距分析,同国外相比,无论从生产指标上,还是技术设备本身,都存在着很大差距我国油气操作成本是4.15美元/桶,而国外公司是3.0美元/桶左右。
我国的原油生产能耗是2349.5MJ/吨油,国内先进水平为945MJ/吨油,国外公司是523MJ/吨油。
国外的同样处理量的设备体积小、结果紧凑,许多设备需要国产化、引进。
集输系统存在的问题及与国外的差距在于:
我国游离水脱出设备脱出水含油指标普遍较高;国外的游离水脱除装置在内部结构上较为完善,流程简化程度高。
目前油田的许多油站是对原大罐沉降工艺进行适应性改造,随着油量、液量发生变化,某些站内流程不尽合理,存在节能的潜力。
在稠油集输工艺上,掺水输送含水率一般比较高,使系统的效率降低,在集输、处理的运行参数上、流程简化上仍存在一定的优化空间。
目前,国内外油田集输系统在高效节能设备和配套工艺技术的研究方面取得重要进展,但在集输系统的整体优化,以及低温高效破乳剂、水净化剂、降粘剂的开发研制等方面存在一定的不足,特别是针对稠油集输处理的高效化学药剂的研制方面进展不大,制约了高含水原油不加热分离技术的发展。
在输油泵应用方面,各油田采取改型换泵、调整管网等措施使输油泵效率有所提高。
输油泵效平均为64.9%,典型工程为大庆油田的69.88%。
东河塘油田水平与国外水平相当,泵效达71%75%。
用于稠油输送的泵一般选用稠油泵、螺杆泵,也有离心泵。
泵效平均值仅为53.24%,典型值为乐安油田的60.7%。
国内外在输油泵效率方同差距不大,稠油泵在可靠性和防震方面都有待进一步改进。
通过分析地面工程技术现状,找出节能降耗的空间,有针对性的采取相应措施,在加大科技投入,开发应用新技术,加强管理的同时,做好科学决策,调整油田内部燃油燃气价格,才能达到降低油田的工程投资和运行成本的目的。
6油气集输系统性能评价指标,原油处理单耗考核指标项:
集输吨油耗油量(kg/t)、集输吨油耗电量(kWh/t)、集输吨油药剂耗量(kg/t)、吨油处理费(元/吨)、吨液处理费(元/吨)等。
以上指标基本上反映了集输系统生产的各个环节,但各个考核指标的关联性比较大,单独考虑往往达不到管理上整体优化的目的。
采用吨油处理费(元/吨)和吨液处理费作为考核指标,而集输吨油耗油量(kg/t)、集输吨油耗电量(kWh/t)、集输吨油药剂耗量(kg/t)仅仅作为考核过程中的统计值,这样有利于发挥生产单位能动性,促使其筛选高效低温破乳剂,并优化相关的生产参数,从而降低生产能耗和运行成本。
燃油与药剂消耗指标之间的关联性吨油处理燃料消耗的主要是由两方面的因素确定的,一是原油处理所需要的工艺负荷,二是加热(锅)炉的运行效率。
对于特定的油品性质,原油处理所需要的工艺热负荷是药剂用量和药剂性质决定的:
首先药剂的用量和性质直接影响加热系统进口被加热原油的流量和比热,其次影响被处理原油的处理温度;同样,原油的处理温度也会影响破乳剂的用量和破乳效率,因此原油生产过程中,需要在保证原油处理质量的前提下,根据特定油品性质、破乳剂的高效破乳温度区间,来优化加药量和脱水温度。
单耗指标的计算,热能利用率质进、出联合站具有的热能的差值与联合站供给介质热能的比值,以百分数表示电能利用率介质进出联合站具有的压力能的差值之和与该站供给介质电能的比值,以百分数表示。
能源效率,加热(锅)炉加热(锅)炉运行效率是影响燃料消耗量的一个重要指标,在工艺负荷一定的情况下,燃料消耗量与其成反比关系。
由于加热(锅)炉效率的测试具有暂时性,而加热(锅)炉运行的实际效率与操作过程息息相关,不同的人或者相同的人不同的时间操作同一台加热(锅)炉,其热效率差别很大,因此加热(锅)炉的测试效率并不能真实地反映加热(锅)炉的运行水平,加热(锅)炉的高效运行关键在于管理,通过试验和理论分析,在沿用加热(锅)炉运行效率作为考核指标的同时,增加排烟温度和氧含量作为考核指标,这样便于促进加热炉的生产管理和高效运行。
加热(锅)炉运行效率的测试方法主要有两种,一种是正平衡的方法,一种是反平衡的方法。
正平衡的方法锅炉效率即有效利用热能占燃料带入锅炉的百分数。
加热(锅)炉的正平衡测试,需要测出燃料量B、燃料应用基发热量、被加热介质的流量(油气水)、进出口温差、比热。
反平衡测试通过测出加热(锅)炉的各项热损失,然后按照公式计算出加热(锅)炉的热效率。
由于联合站加热(锅)炉的进出口一般不设流量计,无法准确的计量实际流量,不具备采用正平衡测试的条件,一般采用非平衡测试。
反平衡测试的关键参数是空气过剩系数(排烟氧含量)和排烟温度,其中空气过剩系数是通过调节风门来控制的,能够反映出该站的管理水平和司炉工的技术水平;排烟温度主要受加热(锅)炉的结构和热负荷影响,通过适当的管理也能够在一定的范围内控制。
站效原油和进、出站的当量能量的差值与该站供给当量能量的比值的百分数。
输油泵机组效率从总电能消耗的角度来看,动力系统的损失包含泵出口的节流损失和泵效两部分,采用泵效作为考核指标并不全面,它不能全面反映动力系统的损耗和动力控制系统及工艺的先进性,因此,推荐采用输油泵机组效率作为考核指标,它更为全面。
输油管道能耗输管线的能耗包括动能消耗和热能消耗,这二者是相互关联的。
提高输油温度,可以降低原油粘度,从而降低沿程的阻力和动力消耗,但同时增大了沿程温降和燃料消耗;相反适当的降低输油温度,可以降低沿程温降和燃料消耗,但同时增大了沿程的阻力和动力消耗。
外输管道单耗定义为(外输吨油耗电当量系数(标煤)+外输吨油管线能耗(外输管线首端温度-外输管线末端温度)比热,标煤)/里程。
7油气集输系统性能评价方法,油田集输系统的节能以前主要是针对单个设备的节能,不能对整个系统的用能情况进行分析,找不到整体用能的薄弱环节三环节方法、ep分析法、夹点法对集输系统用能的合理性分析,系统用能分析方法,三环节法,夹点分析法,e-p节点分析法,模型化分析法,从总体上分析集输系统的整体能流分布情况和工艺用能的合理性,分析能流的分级利用和用热装备的优化配置与运行参数优化问题,深层次分析各个节点和工序的节点指标和节点用能合理性,解决系统过程节能涉及到的工艺流程选择、生产配料、工序配合和燃料与动力分配等问题,三环节方法,三环节理论是从集输系统的整体用能出发,沿着能量平衡分析的三个层次逐渐深入,能够既得到对过程用能的总体和宏观结构的评价,又联系着每个设备。
三个环节之间存在着密切的相互联结和制约关系。
集输系统“三环节”的划分:
能量转换环节:
把外界的能量通过加热炉、机泵等设备转换或传输,按照有效供能所要求的形式、数量、品位提供给体系和工艺物流的设备和工段,都属于能量的转换环节。
能量利用环节:
每个联合站都有一个到几个核心的单元工艺过程,如原油加热、供暖、稳定、脱水等并对应着相应的设备,这些工段或设备单元构成了联合站能量系统的“三环节”模型的能量利用环节。
能量回收环节:
回收系统得到的热量有两部分组成:
污水的热量和回惨油或水的热量。
ep分析法,ep分析法对集输系统的各个用能环节,从微观角度揭示了用能合理性,尤其对现阶段的油田开发,原油含水高达90%以上,集输过程中更多的能量转化到水中,其评价指标工序折合比和工序能耗更加直观地体现了这一点。
影响集输吨油综合能耗的直接因素有2大类,即各工序的折合比pi和各工序的工序能耗ei。
为了降低集输吨油综合能耗,一要降低各工序的折合比,二要降低各工序的工序能耗。
将整个集输系统划分为i个环节,以每个环节的合格产品为统计数字Pi,环节工序耗能为ei,最终统计出每个环节的能耗,直接找出造成集输系统能耗过高的主要原因,集中精力为主要耗能环节进行科研攻关,降低集输综合能耗。
折合比为统计期内第i道工序合格油品产量与统计期内集输油量的比值。
夹点分析,夹点技术是热力学第二定律的发展,强调在区别能量品质的基础上,对系统有效能量如何进行合理利用,实现系统的节能降耗。
联合站是集输过程中的主要耗能环节,存在着巨大的能量浪费,采用夹点法对其分析,回收余热并循环利用,提高回收利用率,从而为联合站的节能提供参考方向。
油田的能耗主要包括两大方面:
电耗和热耗。
而在采油、注水等工艺中电耗占的比重较大,而在油气集输系统中,热耗占据很大比重,并且在油气集输系统中存在着大量的不可逆热损失(高品质的燃料能转化为油气处理与集输中低品位的热能),另外还有大量的余热散失,影响了集输系统的用能效率,尤其是影响了集输系统中的热能利用率。
模型化分析法,模型化方法就是用数学模型的方法来描述所要研究的问题。
国内外采用模型化方法对企业系统进行节能研究的模型主要有投入产出模型、优化模型、平衡模型和神经网络模型等.投入产出模型在系统节能工作中引入投入产出方法,目的是建立企业内部各生产工序所消耗的能源和非能源(投入)与这些工序生产的产品(产出)之间的相互关系。
这些关系在一定程度上反映了企业生产规模和技术水平。
优化模型优化模型是利用线性规划中的优化方法而建立的模型。
分动态优化模型和静态优化模型、线性和非线性优化模型等。
由于大规模动态优化模型和非线性优化模型的求解较复杂,甚至对有的问题难以求解,因而目前所建立的模型大都是静态线性优化模型。
主要耗能设备用能合理性分析,加热炉将实际运行的加热炉热效率与监测指标进行对比,判断加热炉运行状况是否合理。
并初步判断造成加热炉热效率低的主要原因。
并计算运行工况下加热炉效率衰减系数。
泵将实际运行的泵效率转化为机组效率与监测指标进行对比,判断泵运行状况是否偏离设计工况。
并初步判断造成泵机组效率低的原因。
并计算运行工况下泵机组效率衰减系数。
分离及罐设备将分离设备分为立式和卧式,采用不同保温材料时,分别计算分离设备的传热系数,并通过分离设备的几何尺寸,计算不同工况下单台设备的散热量,分离设备的散热总量,以及在处理时间间隔内,设备处理吨液的热能损耗,并将计算结果与实际运行工况下的计算结果进行对比,稳定设备稳定设备主要是指稳定塔,稳定塔多为立式设备,因此计算稳定设备表面的传热系数,进而计算稳定塔的散热,以及处理吨液能量损耗,并将计算结果与实际运行工况下的计算结果进行对比(依据进出口参数)。
管线管线的评价以管道总传热系数为评价指标,并依此计算出某管段(两节点之间)的散热量,还可以根据运行工况计算出某管段输送吨液散热量。
电脱水器电脱水器一般为卧式设备,计算其传热系数,并以此计算设备散热量,再计算处理吨液损耗。
同时记录电脱水器处理吨液耗电,并以此为指标进行横向纵向对比。
集输系统整体用能分析评价软件设计,软件框架设计,数理统计,理论分析,实验研究,参数反演,建立评价方法及评价标准数据库,建立集输系统模型,处理能力处理质量处理能耗,结构模型能流模型物流模型优化模型,建立集输系统仿真模拟系统,模拟生产过程,动态分析集输系统运行参数、能耗分布、资源利用与系统配置等,确定生产和能耗的薄弱环节,对运行参数和资源配置进行动态优化,集输系统用热点及负荷优化配置,软件框架设计,数学模型,黑油、天然气热物性计算,混输、单相管线水力热力计算,集输管网计算模块,各种设备评价与仿真模块,站库的效能评价模块,数据库,物流数据库,各类设备数据库,各种站场数据库,管线/网数据库,井口参数数据库,处理工艺库,采用多层次结构化设计,将繁化简、将密化疏,可实现PFD图形的图层设置具有隐藏、添加、删除图层功能图层的排列顺序可以改变将鼠标放于窗口上方的各按钮处得到的提示信息即为该图层管理功能,(三)油田集输系统整体用能优化与仿真系统开发,软件实现的分层设计,软件实现的分层设计,(三)油田集输系统整体用能优化与仿真系统开发,集输系统操作层,(三)油田集输系统整体用能优化与仿真系统开发,站库系统操作层,软件实现的分层设计,(三)油田集输系统整体用能优化与仿真系统开发,集输系统操作层,(三)油田集输系统整体用能优化与仿真系统开发,接转站操作层,(三)油田集输系统整体用能优化与仿真系统开发,计量站操作层,建立了丰富的设备库和图形库,方便了软件的使用和维护管理。
设备库与图形库建设,软件采用PFD图形化、积木式、开放式设计,便于集输系统的建设和系统重构。
开放式的系统设计,采用功能模块化设计,便于软件的完善与升级。
系统功能的模块化设计,与各类软件之间建立了数据接口Word文件Excel文件图形输出bmp、jpg、wmf等类型的图片输出,并可输出dxf图形,实现与AutoCAD软件的接口AutoCAD文件Access数据库文件等,通用的多样化数据接口设计,(三)油田集输系统整体用能优化与仿真系统开发,(三)油田集输系统整体用能优化与仿真系统开发,采用智能化导入式设计,从电子表格、数据库导入井位、站库以及管线,方便了画图输入。
通用的多样化数据接口设计,油田集输系统整体用能优化与仿真系统的开发能够快捷有效地进行用能的分析评价和系统优化,为过程节能提供了优化评价平台;为了实现系统诊断和节能技术集成配套应用的有机结合,从工艺节能、药剂节能、装备节能和管理节能等方面,探索了油田集输系统的节能方法和节能模式。
1)、集输系统节能模式,8集输系统节能模式与配套技术,通过多年技术攻关和集成应用,形成了以“不加热输送、密闭处理、不加热高效分水、低温脱水”为核心的高效集输节能模式。
工艺节能,药剂节能,装备节能,管理节能,集输系统节能模式,
(1)工艺节能,(四)集输系统节能模式与配套技术,
(2)药剂节能,特点:
1)药剂成本低、加剂量少,费用少2)性能好、效能高,降低后续处理成本和能耗3)简化处理工艺,减少燃料、电能消耗,采用低温破乳剂、预分水剂等药剂节能模式,联合站减少原油处理过程中热能和电能消耗20以上,节能效果十分显著。
(四)集输系统节能模式与配套技术,(3)装备节能,(四)集输系统节能模式与配套技术,(4)管理节能,确保设备和生产系统高效优化运行,降低生产能耗,实现过程节能。
(四)集输系统节能模式与配套技术,谢谢,
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