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勝利油田樁西聯(lián)合站油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

文檔作者：朱學(xué)娟1，代曉東1，馬騰祥2，劉祥偉1，張連斌1，李少欽1，馬圣倫1 文檔來(lái)源： 1.中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 2.中石化勝利油田分公司樁西聯(lián)合站		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月16日
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石油石化節(jié)能
2018 年第9 期總第432 期
56
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引言
石油和天然氣是國(guó)家最重要的礦產(chǎn)資源和戰(zhàn)略能
源，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位無(wú)可替代。但隨著原油儲(chǔ)
量減少，原油綜合含水率不斷提高，導(dǎo)致采出液及污水
處理量急劇增加，油氣集輸系統(tǒng)的能源消耗量已處于整
個(gè)油田生產(chǎn)環(huán)節(jié)的首位。另一方面，油氣集輸系統(tǒng)設(shè)備
老舊、運(yùn)行效率低、處理工藝落后導(dǎo)致其能源浪費(fèi)量巨
大，而由于生產(chǎn)需要和成本制約，又無(wú)法及時(shí)進(jìn)行大規(guī)
模的設(shè)備更新，所以，對(duì)現(xiàn)有的油氣集輸系統(tǒng)能耗及效
率進(jìn)行調(diào)查研究，分析節(jié)能潛力并提出有效節(jié)能降耗措
施，具有重大意義[1-3]。
勝利油田樁西聯(lián)合站油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能潛力分析
朱學(xué)娟1，代曉東1，馬騰祥2，劉祥偉1，張連斌1，李少欽1，馬圣倫1
（1.中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院，山東 東營(yíng) 257061；2.中石化勝利油田分公司樁西聯(lián)合站，山東 東營(yíng) 257001）
摘 要：通過(guò)對(duì)勝利油田樁西聯(lián)合站進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，把握原油處理和污水處理的主要工藝流程、設(shè)備性能
及效率、供能設(shè)施及燃料消耗、來(lái)液及外排流體性質(zhì)。通過(guò)能量結(jié)構(gòu)分析尋找關(guān)鍵耗能環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的用能薄弱
環(huán)節(jié)，確定出系統(tǒng)最大的節(jié)能潛力在于減少罐體熱量散失和污水?dāng)y帶的能量損失。針對(duì)樁西聯(lián)合站的實(shí)際生產(chǎn)
狀況，提出在不影響生產(chǎn)的前提下利用巖棉對(duì)罐體進(jìn)行保溫減少熱量散失的節(jié)能措施，經(jīng)計(jì)算保溫后罐體的熱
量散失僅為原來(lái)的1/3。針對(duì)油田污水直接回注地層大量熱能浪費(fèi)的問(wèn)題，論證了利用吸收式熱泵技術(shù)進(jìn)行污
水余熱回收的可行性，回收的能量可以用于站內(nèi)生活用能，也可以直接用于集輸系統(tǒng)供熱，若用熱泵代替加熱
爐供熱，則可減少將近1/2 的天然氣消耗量，并且極大地降低了加熱爐的煙氣排放，對(duì)減輕大氣污染具有積極
作用。
關(guān)鍵詞：樁西聯(lián)合站 ；油氣集輸系統(tǒng)；節(jié)能；余熱回收
中圖分類號(hào)：TE 86 ；TE 0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7948（2018）09-0056-03
doi ：10.3969/j.issn.1004/7948.2018.09.017
作者簡(jiǎn)介：朱學(xué)娟，碩士，講師，研究方向?yàn)槭涂碧介_(kāi)發(fā)。
收稿日期：2018-07-17
1 樁西聯(lián)合站油氣集輸系統(tǒng)能量消耗分析
樁西聯(lián)合站是勝利油田樁西采油廠唯一的一座大型
聯(lián)合站，于1992 年10 月建成投產(chǎn)，占地面積65124m2，
隸屬于中國(guó)石化勝利油田樁西采油廠集輸大隊(duì)，主要負(fù)
責(zé)樁西采油廠的原油處理與外輸、原油穩(wěn)定、污水處理
與外輸?shù)热蝿?wù)，是一座集油、氣、水綜合處理的大型聯(lián)
合站。年設(shè)計(jì)外輸能力250 萬(wàn)t，脫水能力150 萬(wàn)t，原
油穩(wěn)定能力120 萬(wàn)t，日污水處理能力2 萬(wàn)m3。
樁西聯(lián)合站液處理量15000m3/d， 來(lái)液含水量
75%~85%，溫度45~55℃ ；原油產(chǎn)量3000t/d，原油密度
0.899×103kg/m3 ；污水量13000m3/d，污水溫度40℃。
集輸系統(tǒng)的原油處理系統(tǒng)消耗大量的電能和天然氣
燃料，而污水處理系統(tǒng)主要消耗電能。能量消耗的主要
設(shè)備為加熱爐與動(dòng)力設(shè)備，加熱爐的燃料為天然氣[4]。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
石油石化節(jié)能
2018 年第9 期總第432 期
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圖1 可以看出，集輸系統(tǒng)的能量損失主要包括直接散熱
損失、設(shè)備效率損失和污水余熱。
圖1 樁西聯(lián)合站能量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型
2.2 節(jié)能潛力分析
在系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、能量利用環(huán)節(jié)和能量回收
環(huán)節(jié)都存在節(jié)能潛力。如能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)提高加熱爐和機(jī)
泵效率、減少排煙損失、減少不完全燃燒等。樁西聯(lián)合
站經(jīng)過(guò)多次工藝流程改造，實(shí)現(xiàn)了原油系統(tǒng)密閉運(yùn)行流
程和污水系統(tǒng)“三段沉降、三級(jí)過(guò)濾”的精細(xì)處理工藝，
其工藝、技術(shù)都較先進(jìn)，加熱爐效率（83%）和泵機(jī)組
效率（70% 以上）較高，都達(dá)到了五星級(jí)聯(lián)合站，甚至
國(guó)際水平。所以，依靠提高設(shè)備效率節(jié)能的潛力不大。
表4 運(yùn)行效率行業(yè)評(píng)價(jià)指標(biāo)
按照水的比熱公式計(jì)算出每年從污水中流失的熱
量：
w
w
w w w w
Q m C t t C P P
ρ
0
( 0)
-
= ? ? - + ? （ 1）
式中：
w
w
w w w w
Q m C t t C P P
ρ
0
( 0)
-
= —? ?每年-排出+ 的污? 水質(zhì)量（kg）；
w
w
w w w w
Q m C t t C P P
ρ
0
( 0)
-
= ? ? 、- + ?
w
w
w w w w
Q m C t t C P P
ρ
0
( -
= ? ? - —+ ?
分別為污水溫度、環(huán)境溫度（℃）；
w
w
w w w w
Q m C t t C P P
ρ
0
( 0)
-
= ? —? -污水+ 比熱? 容[J/
(kg·℃ )]，根據(jù)污水中溶解物質(zhì)類型和含量計(jì)算得比
熱為4.02×103J/(kg·℃ ) ； w
w
w w w w
Q m C t t C P P
ρ
0
( 0)
-
= ? ? - + ?
—污水密度，污水中
的溶解物質(zhì)對(duì)密度影響不大，按1000kg/m3 來(lái)算；
w
w
w w w w
Q m C t t C P P
ρ
0
( 0)
-
= ? ? - + ? 、
w
w
w w w w
Q m C t t C P P
ρ
0
( 0)
-
= ? ? - + ? —分別為污水壓力和大氣壓力（MPa）。
樁西聯(lián)合站每天污水排出量13000m3/d，污水回注
溫度40℃，污水壓力0.1MPa，環(huán)境平均溫度15℃，標(biāo)
準(zhǔn)大氣壓0.1MPa，將污水的體積和溫度帶入公式，得
搜集最近5 個(gè)月（2017 年12 月~2018 年4 月）樁西聯(lián)合
站實(shí)際能量消耗，根據(jù)表1 和表2 可知，原油處理系統(tǒng)
月平均耗電量為301103kWh，日平均耗電量9923kWh，
污水處理系統(tǒng)月平均耗電量為291314kWh，日平均耗電
量9726kWh，天然氣消耗量如表3 所示。根據(jù)燃料消耗
和添加的各種化學(xué)藥劑用量，可以計(jì)算聯(lián)合站平均噸油
處理費(fèi)3.7640 元/t，噸液處理費(fèi)0.4244 元/t。
表1 樁西聯(lián)合站集輸系統(tǒng)月度耗電量（kWh）
表2 樁西聯(lián)合站集輸系統(tǒng)日平均耗電量（kWh）
表3 樁西聯(lián)合站集輸系統(tǒng)天然氣消耗量（m3）
2 節(jié)能潛力分析
2.1 能量結(jié)構(gòu)分析
油氣集輸系統(tǒng)中的能量分為能量轉(zhuǎn)換、能量利用和
能量回收共3 個(gè)環(huán)節(jié)[5]。能量轉(zhuǎn)換是把外界的能量通過(guò)
轉(zhuǎn)換或傳輸提供給集輸系統(tǒng)的各工藝流程，主要包括加
熱爐將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，泵機(jī)組和壓縮機(jī)組將電
能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；能量利用是原油輸送、處理、脫水、穩(wěn)
定等能量的利用環(huán)節(jié)；能量回收通常由大量換熱過(guò)程構(gòu)
成，相應(yīng)的設(shè)備則是各種換熱器、蒸汽發(fā)生器、冷卻器
等。在聯(lián)合站中，回收的能量主要為污水的余熱和高溫
外輸原油的可利用能[6-7]。但是樁西聯(lián)合站僅有2 臺(tái)換
熱泵回收高溫外輸原油中的小部分熱量，卻沒(méi)有設(shè)備用
來(lái)回收污水中的熱量。
損失能指在轉(zhuǎn)化和傳輸過(guò)程中直接損失、逸入環(huán)境
中，沒(méi)有進(jìn)入利用環(huán)節(jié)的能量，有效供能指供入能量經(jīng)
過(guò)轉(zhuǎn)換傳輸后實(shí)際進(jìn)入工藝?yán)铆h(huán)節(jié)的總和，即供入總
能中被有效轉(zhuǎn)換的部分。有效供入能除工藝總用能（即
實(shí)際進(jìn)入工藝處理環(huán)節(jié)的能量）外，還包括各種設(shè)備的
散熱損失、外輸原油攜帶的能量和污水帶出的能量。從
日期2018 年1 月2018 年2 月2018 年3 月
2018 年4 月
（22 天）
月度消耗251327 225003 232412 134570
日平均
消耗
8107 8036 7497 6117
指標(biāo)名稱國(guó)際水平
國(guó)內(nèi)先進(jìn)
水平
五星級(jí)聯(lián)合站評(píng)價(jià)
指標(biāo)
加熱爐平均運(yùn)行效率92% 92% 78%
鍋爐平均運(yùn)行效率90% 90%
≥ 4t 78%
<4t 75%
泵機(jī)組平均運(yùn)行效率70% 65.4% 52%
日期
2017 年
12 月
2018 年
1 月
2018 年
2 月
2018 年
3 月
月平均
污水系統(tǒng)325590 314480 268352 256835 291314
原油系統(tǒng)296940 307620 262140 337710 301103
月總耗電622530 622100 530492 594545 592417
日期
2017 年
12 月
2018 年
1 月
2018 年
2 月
2018 年
3 月
2018 年
4 月
日平均
污水
系統(tǒng)
10503 10145 9584 8285 10115 9726
原油
系統(tǒng)
9579 9923 9362 10894 9855 9923
日平均
總耗電
20082 20068 18946 19179 19970 19649
供入能E P
直接損失能量E W
設(shè)備散熱損失E UD
污水帶出能和回收
設(shè)備散熱損失E J
原油輸出能E Y
有效供能E U
工藝總用能E N
回收循環(huán)能E R
分離器，沉降罐，穩(wěn)定
塔電脫水器，凈化罐等
待回收能E O
換熱器
加熱爐，泵
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
石油石化節(jié)能
2018 年第9 期總第432 期
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頂不做保溫處理。對(duì)于不保溫的頂和底，其傳熱系數(shù)一
般看作常數(shù)，所以傳熱系數(shù)的改變主要是罐壁傳熱的改
變，罐壁的傳熱系數(shù)計(jì)算如下：
b
K b b &#x1F;
=
&#x1D;
（ 5）
式中：
b
K b b &#x1F;
=
&#x1D; —保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，固定的材料其
系數(shù)不變； b
K b b &#x1F;
=
&#x1D;
—保溫層厚度（m）。
散熱量計(jì)算公式：
Q=K·ΔT·F×3600×24×365 （ 6）
式中：Q —油罐通過(guò)罐壁散失的熱量（kJ/a）；
ΔT—散熱溫差（℃），即罐內(nèi)流體的溫度與罐外環(huán)境
溫度之差，環(huán)境溫度不同季節(jié)會(huì)有差別，按平均15℃來(lái)
計(jì)算；K—油罐傳熱系數(shù)[W/(m2·℃ )] ；F—油罐的
罐壁散熱面積（m2），各個(gè)儲(chǔ)油設(shè)備的罐壁面積和罐內(nèi)
流體溫度如表5 所示。
表5 聯(lián)合站儲(chǔ)油罐壁面積及罐內(nèi)流體溫度
以凈化油罐為例將其參數(shù)及保溫前后罐壁的傳
熱系數(shù)帶入散熱量計(jì)算公式，可以算出保溫前散熱
量738.5MJ/h， 保溫后散熱量245.9MJ/h， 即一次保溫
后可減少散熱量66.7%， 每天減少熱量散失(738.5-
245.9)×24=11822.3MJ，折合天然氣約283m3（天然氣
熱值取平均值4.18×107J），將所有擬保溫設(shè)備參數(shù)進(jìn)
行計(jì)算統(tǒng)計(jì)，那么每天至少節(jié)約天然氣2265m3，折合
原油2265kg，按照原油價(jià)格3500 元/t，則每年節(jié)約燃
油費(fèi)用為289 萬(wàn)元。而巖棉施工和材料總費(fèi)用約150 萬(wàn)
元，所以巖棉保溫的節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
3.2 污水余熱回收
熱泵技術(shù)在目前各個(gè)行業(yè)的余熱回收中已廣泛應(yīng)用，
由于油田污水腐蝕性強(qiáng)，為延長(zhǎng)熱泵機(jī)組的使用年限，
必須在污水源熱泵機(jī)組前端增加污水與清水換熱器[8-10]。
目前市場(chǎng)上熱泵的供熱系數(shù)可達(dá)到1.7，即：
= 1.7
+
=
z
x l
Q
COP Q Q （ 7）
式中：Q z—工作流體在吸收器內(nèi)吸收的熱量
（J）；Q l—工作流體在冷凝器內(nèi)吸收的熱量（J）；
Q Z—再生器消耗的熱量（J），對(duì)于直燃型吸收式熱泵
Q Z=G z×Q r ；G z—再生器效率，一般可達(dá)92% 以上；
Q r—供給熱泵的天然氣總發(fā)熱量（J）。
每年隨污水流失的熱量：Q =4.02×103×4.745×109×
(40-15)=4.769×1014J。
外排原油中攜帶的熱量計(jì)算：
yy
yy yy yy yy
p p
Q G C t t G
ρ
( ) 0 0
-
= ? ? - + ? （ 2）
Cyy = 1 (0.403+ 0.00081×t)×4.1868 &#x1C;
（ 3）
式中：G yy—處理原油量（kg/h）；C yy—沉降處
理后原油的比熱[J/(kg·℃ )] ；t—沉降處理后原油的
溫度（℃）；t 0—標(biāo)準(zhǔn)溫度（取0℃）；P—沉降處理
后原油的壓力（kPa）；ρyy—沉降處理后原油的密度
（kg/m3）；P 0—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。按流量3000t/d，原油密
度0.899×103kg/m3，t =70 ℃，P =2.0MPa 來(lái)計(jì)算， 得出
每小時(shí)原油攜帶的熱量為Q yy=2.8×104kJ，則每年外排
原油攜帶的熱量為2.45×108kJ。（原油攜帶熱量計(jì)算時(shí)
取t 0=0℃，而污水余熱計(jì)算中取t 0=15℃，是因?yàn)樵椭?
攜帶的熱量不容易回收，原油攜帶熱量?jī)H供參考，而污
水余熱計(jì)算的是大于環(huán)境溫度可以回收的熱量，所以取
t 0 為環(huán)境平均溫度而不是標(biāo)準(zhǔn)溫度。）
通過(guò)計(jì)算可知外排原油和污水?dāng)y帶的熱量巨大，而
原油直接進(jìn)入輸油管道輸送，且輸送過(guò)程中也需要一定
溫度，所以從原油中回收熱量可行性較小。而系統(tǒng)排出
的污水直接回注地層，污水溫度過(guò)高不僅造成極大的資
源浪費(fèi)，還對(duì)地層造成傷害，且目前各種熱泵技術(shù)已非
常成熟，所以將污水中的熱量進(jìn)行回收并直接運(yùn)用至集
輸系統(tǒng)的加熱環(huán)節(jié)非常可行。
3 節(jié)能降耗措施
從原油在各罐體的進(jìn)出口溫降可以看出設(shè)備的散熱
損失過(guò)大，嚴(yán)重影響熱能利用率。所以從減少散熱損失
角度出發(fā)，具有很大的節(jié)能潛力。
3.1 巖棉保溫減少熱量散失
減少熱量散失最直接有效的方法是對(duì)設(shè)備進(jìn)行保
溫，目前常用的技術(shù)利用太陽(yáng)能熱二極管技術(shù)和巖棉材
料進(jìn)行保溫，根據(jù)經(jīng)濟(jì)成本、施工方法和聯(lián)合站的設(shè)備
及生產(chǎn)情況選擇利用巖棉材料。保溫的本質(zhì)就是降低設(shè)
備的傳熱系數(shù)，可計(jì)算地上油罐傳熱系數(shù)K ：
a b c
a a b b c c
F F F
K K F K F K F
+ +
+ +
= （ 4）
式中：K a—罐頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)[W/(m2·℃ )] ；F a—
罐頂面積+0.1倍的罐壁面積（m2）；K b—罐壁的傳熱系
數(shù)[W/(m2·℃ )] ；F b—罐壁面積的90%（m2）；K c—
罐底的傳熱系數(shù)[W/(m2·℃ )] ；F c—罐底面積（m2）。
立式拱頂儲(chǔ)油罐的保溫主要是對(duì)罐壁的保溫, 對(duì)罐
設(shè)備名稱直徑（m）
高度
(m）
罐壁面積
（m2）
個(gè)數(shù)
罐內(nèi)流體溫
度（℃）
電脫水器3.00 14.60 137.60 5 60
二級(jí)分水器3.00 16.00 150.80 1 62
緩沖罐3.00 17.60 165.88 1 45
一級(jí)分水器4.00 22.11 277.84 3 45
凈化油罐22.13 13.00 903.80 4 75
污水沉降罐21.88 13.30 914.22 2 45
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2018 年第9 期總第432 期
59
節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用
樁西聯(lián)合站加熱爐、鍋爐的運(yùn)行效率為83%，提供
等量熱能時(shí)，加熱爐的燃料消耗量與熱泵的燃料消耗量
差即為節(jié)能效益，天然氣熱值為107cal/m3，即：
用加熱爐供熱，提供1萬(wàn)kcal熱量需要消耗的天然氣為：
1/0.83=1.2m3
用吸收式熱泵供熱，提供等量熱量，需要消耗天然
氣為：1/(1.7×0.92)=0.64m3，則節(jié)能效率：（1.20-0.64）
/1.20=46.7%
由此可見(jiàn)，與傳統(tǒng)的加熱爐供熱相比，利用吸收式
熱泵供熱可以獲得 46.7% 的節(jié)能效益，即可節(jié)約將近一
半的天然氣消耗量，節(jié)能效益十分明顯。
4 結(jié)語(yǔ)
“十二五”以來(lái)，國(guó)家加大和深化了節(jié)能減排的力度，
相繼出臺(tái)了一系列推進(jìn)節(jié)能減排的法規(guī)和制度，并對(duì)重
點(diǎn)耗能企業(yè)提出了相關(guān)的強(qiáng)制性規(guī)定，同時(shí)也對(duì)油氣、
石化等重點(diǎn)行業(yè)實(shí)行“產(chǎn)品能耗限額”并要求限期達(dá)標(biāo)。
油氣集輸系統(tǒng)是油田地面工程建設(shè)的主體部分，其工程
投資一般占地面工程總投資的50% 左右，能耗約占油氣
田生產(chǎn)能耗的35%，所以對(duì)集輸系統(tǒng)進(jìn)行用能分析評(píng)價(jià)
及節(jié)能潛力研究意義重大。
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工業(yè)余熱氨水吸收式制冷系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
栗鵬飛
（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460）
摘 要：由于我國(guó)節(jié)能減排政策的引導(dǎo)，工業(yè)余熱氨水吸收式制冷系統(tǒng)以其節(jié)能減排、制冷效果好等優(yōu)點(diǎn)
越來(lái)越引起人們的關(guān)注。工業(yè)余熱氨水吸收式制冷系統(tǒng)的研究主要集中在新型工質(zhì)對(duì)的尋求、強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)、
優(yōu)化制冷循環(huán)系統(tǒng)的研究等方面，特別是吸收器的吸收強(qiáng)化及活性劑的研究，成為工業(yè)余熱氨水吸收式制冷系
統(tǒng)的研究熱點(diǎn)，通過(guò)對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)分析，并指出今后的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：工業(yè)余熱；氨水吸收式制冷系統(tǒng)；研究現(xiàn)狀；發(fā)展
中圖分類號(hào)：TK 01+8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7948（2018）09-0059-05
doi ：10.3969/j.issn.1004/7948.2018.09.018
Research status and development trend of industrial waste heat ammonia water absorption
refrigeration system
LI Peng-fei
Abstract ：As a result of China's energy-saving
emission reduction policy guidance, Industrial waste heat
ammonia absorption refrigeration system had been paid
more and more attention due to its advantages of energy
saving, emission reduction and excellent refrigerating
作者簡(jiǎn)介：栗鵬飛，碩士，助教，研究方向?yàn)楣I(yè)余熱制冷空調(diào)的
優(yōu)化及仿真。
基金項(xiàng)目：陜西省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：15JS018、
14JS020）；陜西省科技廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2014SZS16-P04、
2014SZS16-Z01）

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