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摘要：原油集输系统是油田节能降耗的重点。经现场调研，在充分了解海五联合站原油集输系统现状、存在问题的基础上，利用能量“三环节”方法对该站集输系统的耗能进行了分析，通过对管线和机泵的参数分析，改造工艺流程，调整泵的扬程和排量来降低能耗，达到节能降耗的目的。
关键词：能量“三环节” 节能降耗 效率 改造
1 海五联合站工艺流程简介
胜利埕岛油田海五联合站工艺流程复杂，所涉及到的设备比较多，是联合站处理重质原油的一种典型工艺流程。工艺流程图如下：
埕岛油田东部CB30、CB306、CB32A、ZH10区块的油气管输上岸后的，进入海五联合站先由断塞流捕集器、热化学脱水器进行油气分离，从断塞流捕集器分离出的大量天然气由外输压缩机增压、三甘醇脱水装置脱水，然后外输，而分离出的油进行闪蒸稳定，得出的稳定气经过负压稳压机与脱水器得出的天然气一并被冷凝回收，形成的轻质油进入轻质油储罐待装车运输，稳定后的原油由塔底泵外输。
2 能量系统“三环节”划分
2.1 能量转换环节
海五联合站所需的能量除一部分由回收循环提供以外，大部分需由外界补充供入。把外界的能量通过转换或传输，按照有效供入能所要求的形式、数量、品位提供给体系和工艺物流的设备和工段，都属于这个环节的任务。在联合站中，所谓的能量转化与传输无非是将燃料化学能转化为热能，将电能转化为输送油气需要的动能或压力能，其中燃料化学能到热能的转化由加热炉来实现；将电能转化为动能或压力能由泵机组和压缩机组来实现。
2.2 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（如脱水、稳定等），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。
2.3 能量回收环节
能量回收环节通常由大量换热过程构成，相应的设备则是各种换热器、蒸汽发生器、冷却器等。在联合站中，回收的能量主要为污水和回掺油，回收循环能用于体系内部，构成工艺总用能的一部分。
3 “三环节”方法在海五联合站的应用
利用“三环节”分析海五联合站能耗问题，对各装置的能量平衡进行计算，进而可绘制联合站能流分布图，如图2所示。以能流分布图为基础，具体分析装置的用能情况并提出合理用能的对策。
3.1 能量转化与传输环节
在能量转化和传输环节中，主要转化和传输设备是加热炉和机泵，转化效率为72.39%，有27.61%的能量损失。能量损失主要包括机泵损失、加热炉热损失两部分。
造成泵系统耗电量大的主要原因是：泵的铭牌效率低；泵的实际排量远低于其额定排量，造成严重的“大马拉小车”现象，运行效率低；实际运行中，主要靠改变泵出口阀门的开启度来来实现排量的变化，存在节流损耗大、泵管不匹配、压差大、管网效率低及电机功率因数低等现象。加热炉的运行效率低的主要原因：一是加热炉铭牌热效率低；二是运行中操作不善，过剩空气系数较大，有的竟高达3.5以上，致使排烟温度较高，排烟损失大。
因此，提高加热炉热效率和泵机组效率是提高该环节转化效率的关键。
3.2 工艺用能环节
联合站的工艺环节实际上就是原油的脱水过程，能量利用效率为96.6%。在该环节中，能量的输入包括三部分：能量转化、传输设备的输入能、井排来液带入能、污水、污油的回掺能；能量输出也包括三部分，进入回收系统的污水、污油待回收能很大，合格原油、天然气输出能，影响该环节过程效率的主要因素是处理设备的散热，因此根据工艺要求对设备进行保温和减少物料的停留时间是提高该环节效率的有效措施。
3.3 能量回收环节
回收系统得到的热量由两部分组成：污水的热量和回掺油的热量。由于污水流量比较大，含有的热量也较多，但是由于没有有效回收白白损失掉了；回掺油的热量很少，在本站也没有回收利用。污水处理的能量尽管很大，但是由于污水的温度较低，加上污水的品质较差，该部分能量回收有困难。虽然原油回掺可以提高回收环节的效率，但由于回掺油的热量很少，且回掺原油的循环处理会导致热能和电能的消耗，要求回掺原油的量越少越好。
4 联合站输油系统节能降耗途径探讨
4.1 输油系统能耗分析
海五联合站主要能耗是电能及热能（用于必需的加热）。
（1）影响输油系统动力利用率的主要因素：
①输油设备效率，因为所配电机的效率一般都比较高，所以主要取决于输油泵效率；
②输油泵至输油管线起点的压力损失，因为：
（1）
式中：△H—泵出口至管线起点之间的压力损失，主要是阀门节流及其它不必要的压力损失，m。
③输油泵至输油管线起点之间的流量损失，因为：
（2）
式中：△Q—泵出口至管线起点之间流量损失，主要是不必要的回流损失和漏失，m3/h。
（2）影响输油系统热能利用率的主要因素有：
①加热设备的效率；
②系统不必要的热损失；
③热能在多方面的充分循环利用。
4.2 联合站节能技术探讨
（1）节省电能
为了平稳输油，对外输量的调节是靠调节泵出口阀门的开启程度来控制的，这样节流损耗大。泵管不匹配，压差较大，管网的运行效率低，从而导致一部分电能消耗在克服节流部件的阻力上，损失功率可达到15%～20%。
为了解决这个问题，采取变频调速技术来改变电机频率，调节外输泵的转数，即调节其流量的的大小，进而取代靠单流阀和泵出口阀门的开启程度来调节流量的功能，降低电能消耗。变速调节基本原理如下：①泵入口压力（Ps）：当Ps较小时，降低电机转速；当Ps较大时，提高电机转速。②泵出口压力（Pd）：当Pd较大时，降低电机转速；当Pd较小时，提高电机转速。③管道流量（q）：当q较大时，降低电机转速；当q较小时，提高电机转速。这样做可以使泵始终保持在高效区工作。据有关资料介绍，利用变频调速装置，功率因数可提高到0.95以上，平均节电率达58%，系统运行效率可大大提高。
海五联合站原有3台JS90-240型外输泵，单台扬程240 m，由于外输干压已到2.7 Mpa，外输泵输油能力严重不足，单台外输排量降至12 m3/h，而进站排量40 m3/h，严重制约生产，将两台外输泵串联使用，提高扬程。具体流程为：稳定塔、储油罐来油接到1#外输泵进口，1#外输泵出口与3#外输泵进口相连接。通过观察外输泵串联后，排量由12 m3/h提高到65 m3/h，工艺流程上即保留了并联流程，又实现了串联流程，在没有增加设备设施的情况下，实现了设备的有效升级，解决了生产矛盾。
（2）节省气量
目前，海五联合站有热煤炉两台，运行几年以来在热媒炉加热盘管外表面和板箱式烟气预热器内表面积灰较多，由于灰垢越厚，排烟温度越高，热煤炉的热效率就低，一般1mm厚的烟垢可使排烟温度升高40-50℃。因此，努力减少灰垢，降低排烟温度是提高热媒炉热效率的关键途径。在实际生产中，为了保证热媒炉安全稳定运行和燃料的充分燃烧，不得不提高过剩空气系数，但这样又会引起排烟温度上升，造成排烟热损失增大，为调节过剩空气系数，安装空气调节器，根据烟气中氧含量的大小随时调节进风挡板，控制过剩空气系数，使燃料充分燃烧。另一方面，为提高炉膛内部热交换效果，严格控制加热炉原油进量，使原油稳定经过炉管，均匀受热。
作者简介：鲜恩云，男，1979年8月出生，集输工技师，从事油气集输工作。
关键词：能量“三环节” 节能降耗 效率 改造
1 海五联合站工艺流程简介
胜利埕岛油田海五联合站工艺流程复杂，所涉及到的设备比较多，是联合站处理重质原油的一种典型工艺流程。工艺流程图如下：
埕岛油田东部CB30、CB306、CB32A、ZH10区块的油气管输上岸后的，进入海五联合站先由断塞流捕集器、热化学脱水器进行油气分离，从断塞流捕集器分离出的大量天然气由外输压缩机增压、三甘醇脱水装置脱水，然后外输，而分离出的油进行闪蒸稳定，得出的稳定气经过负压稳压机与脱水器得出的天然气一并被冷凝回收，形成的轻质油进入轻质油储罐待装车运输，稳定后的原油由塔底泵外输。
2 能量系统“三环节”划分
2.1 能量转换环节
海五联合站所需的能量除一部分由回收循环提供以外，大部分需由外界补充供入。把外界的能量通过转换或传输，按照有效供入能所要求的形式、数量、品位提供给体系和工艺物流的设备和工段，都属于这个环节的任务。在联合站中，所谓的能量转化与传输无非是将燃料化学能转化为热能，将电能转化为输送油气需要的动能或压力能，其中燃料化学能到热能的转化由加热炉来实现；将电能转化为动能或压力能由泵机组和压缩机组来实现。
2.2 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（如脱水、稳定等），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。
2.3 能量回收环节
能量回收环节通常由大量换热过程构成，相应的设备则是各种换热器、蒸汽发生器、冷却器等。在联合站中，回收的能量主要为污水和回掺油，回收循环能用于体系内部，构成工艺总用能的一部分。
3 “三环节”方法在海五联合站的应用
利用“三环节”分析海五联合站能耗问题，对各装置的能量平衡进行计算，进而可绘制联合站能流分布图，如图2所示。以能流分布图为基础，具体分析装置的用能情况并提出合理用能的对策。
3.1 能量转化与传输环节
在能量转化和传输环节中，主要转化和传输设备是加热炉和机泵，转化效率为72.39%，有27.61%的能量损失。能量损失主要包括机泵损失、加热炉热损失两部分。
造成泵系统耗电量大的主要原因是：泵的铭牌效率低；泵的实际排量远低于其额定排量，造成严重的“大马拉小车”现象，运行效率低；实际运行中，主要靠改变泵出口阀门的开启度来来实现排量的变化，存在节流损耗大、泵管不匹配、压差大、管网效率低及电机功率因数低等现象。加热炉的运行效率低的主要原因：一是加热炉铭牌热效率低；二是运行中操作不善，过剩空气系数较大，有的竟高达3.5以上，致使排烟温度较高，排烟损失大。
因此，提高加热炉热效率和泵机组效率是提高该环节转化效率的关键。
3.2 工艺用能环节
联合站的工艺环节实际上就是原油的脱水过程，能量利用效率为96.6%。在该环节中，能量的输入包括三部分：能量转化、传输设备的输入能、井排来液带入能、污水、污油的回掺能；能量输出也包括三部分，进入回收系统的污水、污油待回收能很大，合格原油、天然气输出能，影响该环节过程效率的主要因素是处理设备的散热，因此根据工艺要求对设备进行保温和减少物料的停留时间是提高该环节效率的有效措施。
3.3 能量回收环节
回收系统得到的热量由两部分组成：污水的热量和回掺油的热量。由于污水流量比较大，含有的热量也较多，但是由于没有有效回收白白损失掉了；回掺油的热量很少，在本站也没有回收利用。污水处理的能量尽管很大，但是由于污水的温度较低，加上污水的品质较差，该部分能量回收有困难。虽然原油回掺可以提高回收环节的效率，但由于回掺油的热量很少，且回掺原油的循环处理会导致热能和电能的消耗，要求回掺原油的量越少越好。
4 联合站输油系统节能降耗途径探讨
4.1 输油系统能耗分析
海五联合站主要能耗是电能及热能（用于必需的加热）。
（1）影响输油系统动力利用率的主要因素：
①输油设备效率，因为所配电机的效率一般都比较高，所以主要取决于输油泵效率；
②输油泵至输油管线起点的压力损失，因为：
（1）
式中：△H—泵出口至管线起点之间的压力损失，主要是阀门节流及其它不必要的压力损失，m。
③输油泵至输油管线起点之间的流量损失，因为：
（2）
式中：△Q—泵出口至管线起点之间流量损失，主要是不必要的回流损失和漏失，m3/h。
（2）影响输油系统热能利用率的主要因素有：
①加热设备的效率；
②系统不必要的热损失；
③热能在多方面的充分循环利用。
4.2 联合站节能技术探讨
（1）节省电能
为了平稳输油，对外输量的调节是靠调节泵出口阀门的开启程度来控制的，这样节流损耗大。泵管不匹配，压差较大，管网的运行效率低，从而导致一部分电能消耗在克服节流部件的阻力上，损失功率可达到15%～20%。
为了解决这个问题，采取变频调速技术来改变电机频率，调节外输泵的转数，即调节其流量的的大小，进而取代靠单流阀和泵出口阀门的开启程度来调节流量的功能，降低电能消耗。变速调节基本原理如下：①泵入口压力（Ps）：当Ps较小时，降低电机转速；当Ps较大时，提高电机转速。②泵出口压力（Pd）：当Pd较大时，降低电机转速；当Pd较小时，提高电机转速。③管道流量（q）：当q较大时，降低电机转速；当q较小时，提高电机转速。这样做可以使泵始终保持在高效区工作。据有关资料介绍，利用变频调速装置，功率因数可提高到0.95以上，平均节电率达58%，系统运行效率可大大提高。
海五联合站原有3台JS90-240型外输泵，单台扬程240 m，由于外输干压已到2.7 Mpa，外输泵输油能力严重不足，单台外输排量降至12 m3/h，而进站排量40 m3/h，严重制约生产，将两台外输泵串联使用，提高扬程。具体流程为：稳定塔、储油罐来油接到1#外输泵进口，1#外输泵出口与3#外输泵进口相连接。通过观察外输泵串联后，排量由12 m3/h提高到65 m3/h，工艺流程上即保留了并联流程，又实现了串联流程，在没有增加设备设施的情况下，实现了设备的有效升级，解决了生产矛盾。
（2）节省气量
目前，海五联合站有热煤炉两台，运行几年以来在热媒炉加热盘管外表面和板箱式烟气预热器内表面积灰较多，由于灰垢越厚，排烟温度越高，热煤炉的热效率就低，一般1mm厚的烟垢可使排烟温度升高40-50℃。因此，努力减少灰垢，降低排烟温度是提高热媒炉热效率的关键途径。在实际生产中，为了保证热媒炉安全稳定运行和燃料的充分燃烧，不得不提高过剩空气系数，但这样又会引起排烟温度上升，造成排烟热损失增大，为调节过剩空气系数，安装空气调节器，根据烟气中氧含量的大小随时调节进风挡板，控制过剩空气系数，使燃料充分燃烧。另一方面，为提高炉膛内部热交换效果，严格控制加热炉原油进量，使原油稳定经过炉管，均匀受热。
作者简介：鲜恩云，男，1979年8月出生，集输工技师，从事油气集输工作。