增壓站停運界限研究

張石磊（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

1 某三增壓站建設(shè)背景及存在問題

1.1 某三增壓站建設(shè)背景

某一聯(lián)外輸管道設(shè)計能力為410 m3/h，實際外輸量410 m3/h，開發(fā)預(yù)測最高輸量386×104t/a（510 m3/h）。為滿足外圍油田不斷提升的生產(chǎn)能力[1]，考慮南垣油氣處理廠在檢修期間的外輸油越站輸送能力，2008年在距某一聯(lián)西側(cè)9 km處建設(shè)某三增壓站，建成后，設(shè)計能力416×104t/a、設(shè)計最高輸量可達570 m3/h。

某一聯(lián)來油進1 000 m3緩沖罐，再增壓外輸至某一聯(lián)計量點。增壓站建設(shè)增壓泵4臺，1 000 m3旁緩沖罐1座，運行外輸泵2臺，某一聯(lián)外輸系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 某一聯(lián)外輸系統(tǒng)流程Fig.1 Flow chart of a combined export system

1.2 某三增壓站存在問題

隨著外圍油田的產(chǎn)量下行，2020年最高峰輸量平均值450 m3/h。根據(jù)開發(fā)5 a預(yù)測某一聯(lián)最高輸量325×104t/a，實際輸量及預(yù)測輸量均未達到建站時的預(yù)測量[2]。建設(shè)增壓站前后輸量對比見表1。

表1 建設(shè)增壓站前后輸量對比Tab.1 Comparison of transmission volume before and after the construction of booster station

某一聯(lián)至增壓站管段，在最大輸量狀態(tài)下壓降為1.6 MPa左右，外輸泵揚程600 m，通過出口閥門控制出站壓力，壓損較大為3.2 MPa左右，造成巨大的能量浪費，且對閥門閘板沖擊大。

核算某一聯(lián)及增壓站外輸系統(tǒng)機組效率[3]：某一聯(lián)機組實際效率為48.2%，低于SY/T 34165—2017《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測》規(guī)范中大于或等于54%的要求。輸油泵及增壓泵長期處于非高效區(qū)工作，造成閥門節(jié)流等無用功增加，除了造成能量的浪費，同時多余的無用功也轉(zhuǎn)換為噪聲及震動和熱量損失掉，這些能量長期存在也對設(shè)備本身造成損害。

某三增壓站機組實際效率為48.4%，低于SY/T 34165—2017《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測》規(guī)范中大于或等于54%的要求。

某三增壓站年耗電798×104kWh，僅電力運行成本542萬元/a；目前站內(nèi)職工11人，實行5班倒管理制度，用人成本110萬元/a，不符合效益開發(fā)的需求。

2 停運某三增壓站技術(shù)界限研究

針對某一聯(lián)外輸系統(tǒng)存在的問題，考慮外輸量一直未達到建某三增壓站時的預(yù)測值，且未來外輸量呈遞減趨勢，對停運某三增壓站開展技術(shù)論證[4-5]。

論證思路：首先論證目前能否停運，然后計算停運的臨界輸量，并與預(yù)測量對照，確定可停運的時間點。

2.1 實際管道內(nèi)徑計算

隨著管道運行時間的增長，原油中析出的蠟質(zhì)沉積減少了管道截面，增大輸送水力能耗，降低了運行能力。需根據(jù)目前管道的運行情況對外輸管道的實際內(nèi)徑進行計算，確定實際輸送能力。

某一聯(lián)外輸管線全長38.1 km，一共分三個管段，三個管段投產(chǎn)年限分別不同，外輸管道設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 外輸管道設(shè)計參數(shù)Tab.2 Design parameters of export pipeline

采集外輸系統(tǒng)實際運行時各站點進、出口的溫度、壓力等參數(shù)，利用達西-魏斯巴哈公式、蘇霍夫公式[6-7]，校核水力摩阻，及冬夏季周圍土壤溫場，由于三段管路高程不同，考慮起末點高程差（絕對粗糙度按照0.125 mm考慮），反復(fù)校核擬合出外輸管道實際運行內(nèi)徑。外輸管道實際管徑推算見表3。

表3 外輸管道實際管徑推算Tab.3 Calculation of actual pipe diameter of export pipeline

2.2 停運增壓站技術(shù)界限模擬計算

通過對外輸管道的校核計算，根據(jù)實際管徑計算不同輸量下兩端起末點，壓力溫度需求。按照輸量500 m3/h，含水2‰，外輸密度0.860 7 kg/m3計算，停運增壓站后的正常流程、越站流程的壓力與溫度進行計算數(shù)據(jù)見表4。

表4 停運增壓站壓力、溫度計算數(shù)據(jù)Tab.4 Hydraulic and thermal calculation data of decommissioned booster station

若停運某三增壓站，某一聯(lián)外輸出站油溫最低需要48℃，出站揚程需要620 m。某一聯(lián)出站油溫可達到55℃，出站溫度滿足停運增壓站熱力條件。管件及管道設(shè)計承壓為6.3 MPa，管道及管件設(shè)計承壓均可以滿足要求，但外輸泵揚程600 m，不滿足停運增壓站的需求。因此以500 m3/h最大輸量計算，外輸系統(tǒng)并未達到停運某三增壓站的條件。按照已知邊界參數(shù)計算停運某3增壓站臨界輸量[8]，采用泵的最高揚程600 m，末點0.3 MPa進站，模擬出停運某三增壓站的臨界輸量為443 m3/h。

2020年8月22 日，停運某三增壓站進行試運行，運行時流量455 m3/h，某一聯(lián)起點壓力5.0 MPa，末點壓力0.53 MPa，驗證了模擬計算中粗糙度為1.5 mm，管徑為308 mm的邊界條件，反向模擬某一聯(lián)外輸管道，當(dāng)某一聯(lián)外輸壓力達到6.0 MPa時，越站時外輸油量為505 m3/h，能夠滿足某一聯(lián)的實際外輸需求。根據(jù)以上計算結(jié)果可列出增壓站停運的合理技術(shù)參數(shù)界限見表5。

表5 增壓站停運的合理技術(shù)參數(shù)界限Tab.5 Reasonable technical parameters for shutdown of booster station

3 技改思路及實施效果

3.1 技改思路

為了減少能耗保證某一聯(lián)外輸系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，技改思路如下：一是不停運某三增壓站，對兩座站輸油泵進行調(diào)參（減兩級運行），減少泵管壓差，實現(xiàn)節(jié)能降耗；二是停運某三增壓站，在某一聯(lián)外輸泵前端新建喂液泵，提高外輸壓力、保證外輸能力滿足生產(chǎn)需求[9]。

思路一：減少外輸泵泵管壓差。對某一聯(lián)外輸泵進行改造，調(diào)整揚程，使其與沿程摩阻損失相匹配。待2023年輸量為289×104t/a時，停運某三增壓站。

將某一聯(lián)外輸泵葉輪切割系數(shù)為25%，葉輪直徑變?yōu)?60 mm，保證流量不變的情況下，總揚程為270～300 m。泵效下降15%，采用原配套電動機存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，電動機效率影響不大?；蚋鶕?jù)泵的結(jié)構(gòu)形式，將2、3級葉輪去掉，保留1、4級，泵參數(shù)變更為排量160 m3/h，揚程300 m，但由于葉輪去掉以后，只能采用軸套補充葉輪位置，泵體流道擴大，造成能量損失，泵效率下降10%。

若選用減級方式進行改造，對減少兩級葉輪前后進行能耗計算。根據(jù)現(xiàn)場情況，目前某一聯(lián)外輸泵日耗電量為2.79×104kWh，換算成每臺泵每小時消耗功率為389 kW。去掉兩個葉輪，在泵流量不變的情況下進出口壓差由5.0 MPa變?yōu)?.5 MPa，泵效按下降10%計算，則改造后每臺泵每小時消耗功率為225 kW。某一聯(lián)年耗電量節(jié)省413.3×104kWh。某三增壓站增壓泵日耗電量為2.4×104kWh，同步核算其全年耗電量減少58.8×104kWh。

思路二：新建流量250 m3/h，場程135 m喂液泵3臺，運2備1，電動機功率185 kW，同時更新某一聯(lián)新外輸泵房5#泵1臺（流量160 m3/h，揚程600 m），改造后可滿足某一聯(lián)外輸系統(tǒng)運行，喂液泵理論耗電量年增加324×104kWh，預(yù)測某一聯(lián)主外輸泵耗電量日增加1 500 kWh，年耗電量增加53×104kWh，核算其全年耗電量減少470×104kWh。

根據(jù)以上兩種技改思路對比可知：思路一具有不改變流程，改造工程量少，投資低的優(yōu)點，其缺點是不能實現(xiàn)減員減崗，不能消除某三增壓站的管理安全引患[10]。思路二是優(yōu)點是新建泵的配套設(shè)備可利舊，降低了投資成本，還可集中監(jiān)控管理，減少人工成本，缺點是新建泵運行期較短，只有2～3 a。通過綜合能耗對比優(yōu)選思路二進行技術(shù)改造。

3.2 實施效果

根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，外輸系統(tǒng)改造前后能耗數(shù)據(jù)及效率對比情況見表6，某三增壓站實際耗電平均為24 200 kWh/d，停運后年耗電減少847×104kWh。

表6 外輸系統(tǒng)改造前后能耗數(shù)據(jù)及效率對比情況Tab.6 Energy consumption data and efficiency of a combined export system after transformation

與停運某三增壓站節(jié)約耗電量綜合考慮，全年某一聯(lián)外輸系統(tǒng)節(jié)約用電470×104kWh，節(jié)約耗電成本286萬元，停運某三增壓泵，新建喂液泵后，輸油單耗由6.08 kWh/t降至3.5 kWh/t。

4 結(jié)論

通過對某一聯(lián)外輸系統(tǒng)機泵、管道參數(shù)的計算，模擬出某一聯(lián)外輸系統(tǒng)合理的運行邊界參數(shù)，合理優(yōu)化管泵匹配，取得以以下結(jié)論：

1）隨著外圍油田的減產(chǎn)，地面系統(tǒng)負(fù)荷逐步降低，造成部分設(shè)備處于停運或備運狀態(tài)，根據(jù)預(yù)測情況，計算摸索合理運行界限，指導(dǎo)生產(chǎn)實際，有助于節(jié)能降耗工作的開展。

2）通過某一聯(lián)站內(nèi)增加喂液泵改造，實現(xiàn)了輸量400 m3/h到550 m3/h的平穩(wěn)切換，既滿足輸量波峰期的輸送要求，又實現(xiàn)了波谷期的節(jié)能需要。

3）通過優(yōu)化，投產(chǎn)1 a后增加兩臺喂液泵的情況下，輸油單耗由6.08 kWh/t降至3.50 kWh/t。停運后年降低耗電成本約286萬元；在保證某一聯(lián)外輸系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行的情況下，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。