節(jié)能技術(shù)在油田地面工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王丹（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所）

節(jié)能降耗是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施。石油行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是主要耗能行業(yè)之一。節(jié)能降耗，降低成本，提高效益，是目前各油田所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。對(duì)油田企業(yè)來(lái)說(shuō)，所消耗的能源為原油、天然氣、電、成品油等，為此，從地面工程規(guī)劃設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，從強(qiáng)化科學(xué)管理和技術(shù)創(chuàng)新入手，積極推廣節(jié)能技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以降低損耗、高效利用資源，將節(jié)能技術(shù)合理應(yīng)用到工程項(xiàng)目中。

1 節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則

在油田地面工程設(shè)計(jì)中應(yīng)始終貫徹的原則是節(jié)約能源、合理利用能源，提高經(jīng)濟(jì)效益，統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。

新建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)能耗指標(biāo)，應(yīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)同類型且條件類似的工程項(xiàng)目的先進(jìn)水平，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)和范圍，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)能耗水平的評(píng)價(jià)，為節(jié)能或合理利用能源所增加的投資，其回收率要符合國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)中應(yīng)采取多種措施降低油田地面工程的綜合耗能和油氣損耗【1】。具體應(yīng)考慮以下幾項(xiàng)節(jié)能措施：

1）采用能量利用合理、油氣損耗低的先進(jìn)油氣集輸工藝和新型設(shè)計(jì)。

2）對(duì)油田地面工程的平面布局和主要工藝設(shè)備與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，應(yīng)根據(jù)操作條件選擇最佳時(shí)機(jī)。

3）根據(jù)油田生產(chǎn)不斷變化的特點(diǎn)，合理確定工程規(guī)模和低耗設(shè)備，必要時(shí)可分段配置設(shè)備。

4）采用新型高效節(jié)能設(shè)備，嚴(yán)禁使用國(guó)家已經(jīng)公布淘汰的設(shè)備產(chǎn)品。

5）按照油田的具體情況，可以采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置和新型電力電子節(jié)能技術(shù)，提高電能利用效率。

依據(jù)美國(guó)國(guó)內(nèi)法庭做出的判決，美國(guó)商務(wù)部沒(méi)有法律依據(jù)對(duì)非市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)國(guó)家采取反補(bǔ)貼措施。然而，法庭同樣也沒(méi)有明確表示美國(guó)國(guó)內(nèi)法禁止當(dāng)局對(duì)非市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)國(guó)家征收反補(bǔ)貼稅。因此，法庭模糊的判決依然賦予了商務(wù)部極大的自由裁量權(quán)，這無(wú)疑增加了這一問(wèn)題的解決難度。

6）優(yōu)化加熱和換熱過(guò)程，回收低溫?zé)崃浚岣邿崮艿睦寐省?/p>

7）做好集輸油、供熱等管線和設(shè)備的保溫（冷），減少散熱（冷）的能量損失。

8）按照油田的具體情況，積極實(shí)行燃?xì)怛?qū)動(dòng)、熱電和熱動(dòng)力聯(lián)供，做好能量平衡，提高能源綜合利用水平。

9）采用目前應(yīng)用成熟的自控技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少能耗。

10）合理地選用配套工藝設(shè)施，提高機(jī)械采油、注水、油氣集輸系統(tǒng)的效率。

2 油田地面工程設(shè)計(jì)中的主要節(jié)能措施

節(jié)能技術(shù)的著眼點(diǎn)應(yīng)是降低無(wú)功損耗。設(shè)計(jì)時(shí)首先找出哪些方面的能量消耗是無(wú)用的，其次再考慮采取什么措施來(lái)節(jié)能。例如，油氣集輸?shù)哪芎?、油氣損耗及供配電系統(tǒng)的無(wú)功損耗，都是無(wú)用的能量損耗。節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)把握“ 滿足功能、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)” 的原則，可重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面采取節(jié)能措施，將節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程中。

2.1 減少油氣集輸過(guò)程的能量損耗

簡(jiǎn)化的工藝流程對(duì)降低油氣集輸動(dòng)能的消耗起到了決定性的作用。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)減少油氣增壓的次數(shù)，集油過(guò)程應(yīng)少設(shè)或者不設(shè)中轉(zhuǎn)站。集油半徑應(yīng)按照各油田自身的特點(diǎn)及具體情況進(jìn)行方案對(duì)比和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。集油管線設(shè)計(jì)，首先應(yīng)對(duì)油氣物性特別是流動(dòng)特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，然后結(jié)合實(shí)際情況，通過(guò)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，選擇低能耗、經(jīng)濟(jì)效益高的集輸油工藝[2]，合理確定原油的流速、輸送溫度及其他重要參數(shù)。

油氣集輸工藝設(shè)計(jì)，應(yīng)利用各種有利因素，通過(guò)采取加強(qiáng)管線保溫、井口加藥降黏、管線通球清蠟等有效措施，來(lái)降低能量損耗。根據(jù)各油田實(shí)際情況盡量采用單管不加熱集油。當(dāng)原油黏度高、原油含蠟量高、氣候寒冷，實(shí)現(xiàn)單管不加熱集輸有困難時(shí)，或者按采油工藝要求固定熱洗清蠟、井下?lián)揭杭八钊锰嵘龝r(shí)，可選擇在井口或者井下?lián)揭旱募凸に嚵鞒獭?/p>

工程設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)合理選擇加熱爐。根據(jù)實(shí)際負(fù)荷確定加熱爐臺(tái)數(shù)和單臺(tái)負(fù)荷，提高加熱爐的負(fù)荷率。加熱爐的負(fù)荷率應(yīng)為80%～90%。

2.2 減少供配電系統(tǒng)的無(wú)功損耗

2.2.1 合理選用供配電設(shè)備和用電設(shè)備，提高供配電系統(tǒng)的自然功率因數(shù)[3]

1）合理選擇變壓器容量，提高變壓器的負(fù)荷率。單臺(tái)變壓器的負(fù)荷率一般為60%左右，抽油機(jī)井變壓器的平均負(fù)荷率不低于30%。

2）新系列節(jié)能型變壓器，因其具有損耗低、質(zhì)量輕、效率高、抗沖擊和節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)，近年廣泛用于供配電系統(tǒng)中；所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首選低損耗的節(jié)能型變壓器。

節(jié)能型變壓器通過(guò)改變變壓器的鐵芯材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少自身鐵損，從而提高運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)降低損耗、節(jié)約電能的目的。S11 系列節(jié)能變壓器與S7 系列變壓器相比，空載損耗降低31%以上，負(fù)載損耗降低25%左右，總損耗降低25%以上。SH11系列高效節(jié)能變壓器與S7 系列變壓器相比，空載損耗降低70%左右，負(fù)載損耗降低25%以上，總損耗降低31%以上。

目前，全油田各類站場(chǎng)應(yīng)用的老式變壓器約有2000 臺(tái)，平均容量350 kVA；各類機(jī)采井用老式變壓器約有20 000 臺(tái)，平均容量35 kVA。將1 臺(tái)機(jī)采井用老式變壓器改造或更新成節(jié)能型變壓器平均年節(jié)電900 kWh 左右；將1 臺(tái)站場(chǎng)用老式變壓器改造或更新成節(jié)能型變壓器平均年節(jié)電4800 kWh 左右。如果全油田每年改造或更新應(yīng)用節(jié)能型變壓器的比例取10%，那么每年將在上一年的基礎(chǔ)上節(jié)電276×104kWh，10年累計(jì)節(jié)電1.518×108kWh。

3）選用高效的電動(dòng)機(jī)和交流變頻調(diào)速裝置。提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)是減少電動(dòng)機(jī)電能損耗的主要途徑。與普通電動(dòng)機(jī)相比，高效電動(dòng)機(jī)的效率要高3%～6%，平均功率因數(shù)可高7%～9%，總損耗減少20%～30%，因而具有較好的節(jié)電效果。所以在設(shè)計(jì)和技術(shù)改造中，應(yīng)選用新系列高效率電動(dòng)機(jī)，以節(jié)省電能。

采用變頻調(diào)速裝置，使電動(dòng)機(jī)在負(fù)載下降時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而與負(fù)載的變化相適應(yīng)，即提高了電動(dòng)機(jī)在輕載時(shí)的效率，達(dá)到節(jié)能目的。在設(shè)計(jì)中，根據(jù)變頻的種類和需調(diào)速的電動(dòng)機(jī)設(shè)備，選用適合的變頻調(diào)速裝置。

2014年，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、節(jié)約能耗，在10 臺(tái)輸油泵及1 臺(tái)高壓注水泵上安裝了變頻器，安裝變頻器后10 臺(tái)輸油泵年節(jié)電58.4×104kWh，1臺(tái)注水泵年節(jié)電164×104kWh。

2.2.2 合理選用和配置無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備

無(wú)功功率在線路和變壓器傳輸過(guò)程中和有功功率一樣產(chǎn)生電能損耗，通常用功率因數(shù)cos來(lái)表示電網(wǎng)傳輸無(wú)功功率的情況。當(dāng)cos=0.7 時(shí)，無(wú)功功率和有功功率基本相當(dāng)，此時(shí)線路中有一半損耗和變壓器中有一半銅損是由無(wú)功功率引起的，所以，對(duì)運(yùn)行功率因數(shù)偏低的電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償會(huì)產(chǎn)生明顯的節(jié)電效果。

無(wú)功補(bǔ)償與降低線路損耗和變壓器銅損的關(guān)系為

KP=(1-cos21/cos22)×100%

式中：

目前油田配電網(wǎng)運(yùn)行功率因數(shù)整體維持在0.75～0.85 之間，如果將負(fù)荷端功率因數(shù)平均提高0.05，預(yù)計(jì)需要裝設(shè)補(bǔ)償電容器13×104kvar，線路損耗和變壓器銅損會(huì)在原基礎(chǔ)上降低11%左右，其結(jié)果將使電網(wǎng)的線損率降低0.28個(gè)百分點(diǎn)，按目前電網(wǎng)年供電量計(jì)算，年網(wǎng)損電量將減少2430×104kWh。

3 結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能降耗不論在哪個(gè)系統(tǒng)中都是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，油田地面工程設(shè)計(jì)中的節(jié)能潛力很大，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)在設(shè)計(jì)中精心考慮各種可行的技術(shù)措施，遵循以上規(guī)范及原則，不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)、新方法，通過(guò)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，為油田地面工程節(jié)能貢獻(xiàn)自己的微薄之力。

[1]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).SY/T 6420—2008 油田地面工程設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)規(guī)范[S],2008.

[2]李秋忙.對(duì)老油田地面工程改造的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2004(1):8-10.

[3]陳勇.油田生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能技術(shù)與實(shí)現(xiàn)途徑[J].節(jié)能,2012(5):48-52.