低碳科技引领我国油气田绿色发展

油气田在开发、生产过程中需要的热量大多由加热炉和锅炉提供,其能耗约占油气田总能耗的50%左右。随着节能减排形势的日趋严峻,提高加热炉和锅炉效率,减少燃料消耗,已成为油田实现持续、绿色发展的重要挑战。

近日,中国石油天然气集团公司(以下简称:中国石油)科技管理部在北京组织召开《油气田加热炉及热力系统提效技术研究与应用》验收会,基于课题技术成果编制的《油气田加热炉整体提效实施方案》实施后,在占勘探开发板块总能耗50%左右的加热炉和锅炉领域,中国石油实现年节能量30万吨标准煤以上,经济效益超过3亿元。

　　加热炉是油田耗能大户

提到加热炉,油田一线员工对它再熟悉不过,特别是“三北”地区油田和全国的稠油油田,加热炉更是应用普遍的重要热工设备。数量多、年头久、作用大,奠定了其油田幕后功臣的地位,但很少有人知道,加热炉单项能耗就占到中国石油旗下油气田能耗总量的1/4,是不折不扣的耗能大户。

“原油采出地面后,由于温度、环境的变化容易凝固。为保证原油流动,在油井井口、转油站、联合站、外输等环节设置加热炉成为原油开采工艺的重要环节。”中国石油勘探与生产分公司副总经理赵邦六介绍道。

据统计,2012年中国石油油气田在用加热炉数量已达2万台,其中仅井口炉就达9400余台,但这些加热炉热效率普遍低于80%,远低于炼化企业和国外同类加热炉指标。

例如在主要生产稠油的辽河油田,加热炉更是生产中必不可少的重要装置。仅这个油田的加热炉总数就超过1万台,且多为小型井口炉,分布零散。由于使用年限长,大多数油田的加热炉不同程度地存在设备老化、炉内腐蚀结垢等问题,严重影响了换热效率及安全运行。特别是一些设备自动化水平低、空气系数高、排烟热损失大。

　　加热炉提效迫在眉睫

加热炉的运行状况和换热效率的高低,不仅直接影响原油生产成本中能耗费用的份额,还关系到原油集输生产的安全,影响着油田的生产效率和经济效益。

2012年,中国石油将加热炉提效工作提上重要日程,在各油气田成立了加热炉提效工作领导小组,并安排部署节能节水专项、老油田改造、设备更新、隐患治理和其他五类提效资金渠道,共计10亿元用于实施加热炉提效工程,一场节能专项大改造行动就此展开。

“2013年,中国石油将‘油气田加热炉及热力系统提效科研专项’纳入低碳重大科技专项作为重点任务进行攻关。”中国石油科技管理部副总经理钟太贤介绍,从2013年开始,由中国石油规划总院牵头,联合大庆油田、辽河油田、冀东油田、大港油田等组成的课题组,围绕新型高效加热炉研制、热力系统用热负荷优化、加热炉提效配套技术应用和加热炉监测评价技术4个方面开展攻关研究,课题研制新产品6项,申报专利12件,形成技术秘密3项,编制计算机软件著作权登记3项,发布标准8项,发表论文25篇。

“课题的创新成果为中国石油油气田加热炉提效、节能降耗、安全生产提供了决策参考和借鉴作用,有力支撑中国石油油气田节能目标的实现。”钟太贤在发言中表示。

　　提效改造成果丰硕

“创新形成了加热炉燃烧场数值模拟、壳程长效换热防淤积、小功率冷凝式等7项关键技术;创新研制了四种新型高效加热炉,首次研发注汽锅炉热效率在线监测系统;创新形成可用于油气集输用热优化设计、生产运行优化、不同功能加热炉设计选型的标准。”在评审会上,中国石油规划总院副院长徐英俊对课题创新点及知识产权完成情况进行了总结。

据介绍,课题取得了一流的创新成果,首次开发了油田加热炉火管数值模拟技术,研制出线性调节式正压燃烧器,燃烧效率99.99%以上;首次创建加热炉单项和集成技术评价方法,实现了节能技术优选;研发油气集输系统工艺模拟及用能优化软件,首次实现了能量平衡和用热环节分析的融合,达到集输过程中的能量平衡、梯级利用,实现集输系统用能优化。

除此之外,该课题还研制6种新产品,分体式壳程自动清垢相变加热炉、盘管式自动清垢相变加热炉、冷凝式加热炉和反烧式井场加热炉四种新型加热炉,设计效率达到90%以上,运行效率86%以上;首次研究建立了注汽锅炉热效率在线监测系统,实现了热效率在线实时监测;研制了在用火筒炉在线自动清垢装置,实现了老旧加热炉在线自动清垢,可保持加热炉较长周期高效运行、大幅降低维修费用。

“研究成果取得了较好的应用效果,不仅建成了大庆、大港两个油田加热炉提效改造示范工程,更为重要的是在勘探与生产分公司强力组织推动下,项目技术成果得到全面实施应用,实现节能量超过30万吨标准煤,节能效益超过3亿元,油气田加热炉平均热效率由80%提高到85.3%,圆满实现了攻关目标,有力支撑了中国石油节能目标的实现。”徐英俊最后总结道。

不积跬步无以至千里。据了解,2019年,中国石油将继续推动油气田企业加热炉提效工作,不断提升技术和管理水平,在加快科技成果转化、加强加热炉日常运行管理和设备维护、加强地面能量系统优化和余热综合利用等方面下功夫,实现加热炉热效率的不断提升,为开源、节流、降本、增效工作作出新贡献。

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　　四大举措提质增效

中国石油通过实施优化核减、设备更新、技术改造、运行管理四大提效措施,为油气田加热炉提质增效。

根据原油特质对开采输送工艺进行优化,减少加热炉使用环节是提效工作的重要内容。随着油田的开发,采出液含水上升,黏度大幅度下降,温度变化对液体黏度影响降低,在部分单井和计量站可采用常温输送技术。

通过摸排盘查,各油田对使用年限长、腐蚀严重或热疲劳严重的、局部改造后仍无法提高热效率的加热炉进行整体更新。

各油田还根据自身实际对加热炉进行有针对性的技术改造。研究表明,科学调节加热炉配风量可以减少排烟损失,提高运行热效率。

通过加强日常管理与维护,使加热炉处于最佳运行状态,是加热炉提高热效率最为直接的方法和手段。