宣言 宋超

1中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司辦公室

2大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司

S油田集輸大隊(duì)聯(lián)合站建站初期，由于來液含水率低、原油品質(zhì)較好，同時(shí)電脫水器（在原油脫水中發(fā)揮著決定性的作用）運(yùn)行正常，外輸罐含水率可在1.5%的范圍內(nèi)邊進(jìn)邊輸。隨著原油的深度開采，綜合含水率逐年上升，油品中聚合物含量居高不下，站外來液越來越難處理，原油處理成本逐年升高，工藝創(chuàng)新及節(jié)能創(chuàng)效勢(shì)在必行。

1 S油田集輸大隊(duì)聯(lián)合站概況

S 油田集輸大隊(duì)聯(lián)合站位于S 油田北部，占地10.21×104m2，于1990 年5 月動(dòng)工，并于1991 年9月20 日建成投產(chǎn)，投資6 700 萬元，擔(dān)負(fù)S 油田采出液處理任務(wù)，具有原油加熱、原油穩(wěn)定、原油脫水，污水處理，污水回注五大功能。

1.1 處理工藝流程

集輸大隊(duì)聯(lián)合站簡(jiǎn)要工藝流程如圖1所示。

圖1 S油田集輸大隊(duì)聯(lián)合站簡(jiǎn)要工藝流程Fig.1 Brief process flow of the multi-purpose station in the gathering and transmission brigade of S Oilfield

原油處理工藝流程：井排來油→三相分離器→一次加熱爐→油氣分離器→含水率油穩(wěn)定塔→一次沉降罐→二次沉降罐→脫水泵→二次加熱爐→電脫水器→凈化油穩(wěn)定塔→凈化油罐→油外輸泵→外輸。

污水處理工藝流程：三相分離器→油站污水罐→一次除油罐→緩沖罐→污水外輸泵→注水罐→回注。

天然氣處理工藝流程：從三相分離器、油氣分離器分離出天然氣，除了部分自用，其他外輸至輕烴站。

1.2 原油脫水工藝

原油脫水采用熱力+三級(jí)重力沉降+化學(xué)藥劑處理工藝；原油穩(wěn)定采用負(fù)壓閃蒸的方式[1-3]。S油田原油屬于重質(zhì)油，具體物性見表1。2004年實(shí)施系統(tǒng)效率示范區(qū)改造，新建2 500 kW 加熱爐3 臺(tái)，HBPI 型分水器1臺(tái)，Ⅱ型分水器3臺(tái)，配套2級(jí)分水流程，增加分水器天然氣分離流程，對(duì)油外輸泵、脫水泵換型，安裝變頻閉環(huán)系統(tǒng)。

表1 S油田原油物性Tab.1 Physical properties of crude oil in S Oilfield

2 聯(lián)合站工藝創(chuàng)新改造

2.1 二次沉降油罐運(yùn)行流程及內(nèi)部改造

目前該站原油處理流程的每一個(gè)工藝環(huán)節(jié)都影響著外輸原油含水率的指標(biāo)。原料油（二次沉降罐出口原油）含水率的高低直接影響到外輸原油含水率，原料油含水率在2020全年為21.2%，如果原料油含水率能夠再降低幾個(gè)百分點(diǎn)，將大大保證外輸原油含水率指標(biāo)[4-5]。根據(jù)二次沉降罐現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況、罐前流程、罐內(nèi)管線構(gòu)造等，于2020 年底對(duì)3#油罐清砂，并且在達(dá)到進(jìn)罐條件下，對(duì)罐前流程及內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行重新改造。

具體改造方案為：

（1）將二次沉降油罐溢油進(jìn)口管線停用，改為溢油旁接至穩(wěn)定來油管線上。因?yàn)橛凸迌?nèi)部溢油進(jìn)口管線緊靠著出口管線，經(jīng)過脫水泵抽壓，會(huì)影響原料油的沉降效果及放水；同時(shí)穩(wěn)定來油管線內(nèi)部貫穿油罐南北向，從北側(cè)通到最南側(cè)，再向上延伸至3 m左右的位置作為溢油出口，而油罐出口在最北側(cè)，這樣大大增加了原料油的沉降時(shí)間。

（2）將二次沉降油罐的放水管線內(nèi)部進(jìn)口位置由原先的直通口改為從下向上進(jìn)入，可以降低油泥砂淤堵進(jìn)口的程度，保證放水效果（圖2）；將至脫水泵管線進(jìn)口位置向上加長(zhǎng)1 m，可以減少底水進(jìn)入系統(tǒng)，大部分上半部沉降原料油進(jìn)入脫水加熱系統(tǒng)，降低了原料油含水率，提高了加熱效率（圖3）。

圖2 二次沉降油罐的放水Fig.2 Drainage of secondary sedimentation oil tank

圖3 至脫水泵管線進(jìn)口位置Fig.3 Inlet position of dehydration pump pipeline

改造完成后，對(duì)原料油含水率變化進(jìn)行持續(xù)跟蹤分析。從2020年底開始實(shí)施，3#油罐重新改造實(shí)施三個(gè)月后，大大增加了原料油的沉降時(shí)間，原料油平均含水率比同期減少6.7%，保證了外輸原油含水率指標(biāo)。原料油含水率降低后，聯(lián)合站在保證外輸含水率指標(biāo)的條件下，逐步降低脫水溫度，減少燃料消耗，來達(dá)到節(jié)能降耗的目的，提升經(jīng)濟(jì)效益。由于保證了原料油含水率的穩(wěn)定，崗位職工不用頻繁去調(diào)節(jié)一次油罐，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，崗位人員可以將精力放在基礎(chǔ)管理上。

2.2 加熱爐配風(fēng)比例閥研制

加熱爐是耗能大戶，在保證脫水溫度的情況下，提高加熱爐效率，降低燃料消耗，達(dá)到節(jié)能創(chuàng)效是聯(lián)合站節(jié)能的重要途徑[6-8]。因?yàn)槿剂系牟贿m應(yīng)性，許多加熱爐無法采用自動(dòng)燃燒器，目前聯(lián)合站采用的加熱爐多數(shù)是燃燒器式。其配風(fēng)裝置沒有量的概念，只依靠操作工人的經(jīng)驗(yàn)，以調(diào)節(jié)至加熱爐不冒黑煙、白煙為依據(jù)，但依靠人工操作這種方式，爐膛易結(jié)焦，煙溫?fù)p失大、燃料消耗高，2016年廠測(cè)加熱爐效平均為78.63%，熱效率較低。目前配風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)無效損耗大，配風(fēng)調(diào)節(jié)擋板在風(fēng)道中部，拆卸保養(yǎng)繁瑣，不利于維護(hù)檢修。根據(jù)原風(fēng)機(jī)進(jìn)口尺寸，研制創(chuàng)新加熱爐配風(fēng)比例閥（圖4）。加熱爐配風(fēng)比例閥采用與加熱爐風(fēng)機(jī)進(jìn)口通徑的￠250 鋼管作為風(fēng)管，按進(jìn)口尺寸法蘭連接，主體由轉(zhuǎn)軸、擋板、軸承、軸承備冒、手柄、指示盤、固定螺栓、過濾網(wǎng)組成。使用時(shí)，只需按照參數(shù)盤的指示來調(diào)節(jié)手柄開啟度，就可作為保持加熱爐在高效區(qū)工作[9-10]。

圖4 加熱爐配風(fēng)比例閥Fig.4 Air distribution proportional valve of heating furnace

配風(fēng)比例閥在2020 年開始實(shí)施，與2019 年相比，能耗明顯降低（表2）。通過圖表發(fā)現(xiàn)，使用配風(fēng)比例閥后，能耗明顯降低，可保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，同時(shí)也達(dá)到了節(jié)能降耗的作用，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

表2 加熱綜合能耗統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of comprehensive heating energy consumption

2.3 增加原油沉降次數(shù)

原該站原油處理流程為：一次罐溢油—二次罐—脫水泵—凈化罐—外輸泵—東一聯(lián)，主要措施為4#、5#罐倒罐沉降外輸，存在啟泵水壓力易超標(biāo)現(xiàn)象。

通過研究，在4#油罐2020年4月施工時(shí)，在4#凈化罐里加入浮動(dòng)出油口，脫水來油只進(jìn)4#凈化油罐。根據(jù)連通器原理，通過浮動(dòng)出口，使4#罐上部原油自流進(jìn)入5#罐，變二級(jí)沉降為三級(jí)沉降，通過定期放4#罐底水，保證其出口含水率。同時(shí)由于增加了沉降容積，可有效降低手動(dòng)放水含油率，減少站內(nèi)循環(huán)量，降低一次罐沉降負(fù)荷，提高其沉降效果。

通過圖5 統(tǒng)計(jì)對(duì)比，4 月開始，在增加4#油罐浮動(dòng)出油裝置后外輸原油含水率指標(biāo)穩(wěn)定在0.5%左右，遠(yuǎn)低于2019 年同期指標(biāo)（3.08%），也低于外輸含水率指標(biāo)（1.8%）。

圖5 改造前后外輸油含水率對(duì)比Fig.5 Comparison of water content in external transmission oil before and after transformation

同時(shí)聯(lián)合站目前外輸純油日均在1 200 t 左右，選用55 kW 的3#油外輸泵（6SH-6）輸油，利用目前供電系統(tǒng)峰、平、谷電價(jià)差，發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備優(yōu)勢(shì)，錯(cuò)開峰時(shí)段，利用谷時(shí)段，進(jìn)一步節(jié)約電費(fèi)（表3）。白天4#油罐通過浮動(dòng)出油自流至5#油罐，到晚上開始啟泵外輸5#油罐純油。在4#油罐加入浮動(dòng)出油裝置，外加合理調(diào)節(jié)生產(chǎn)，電費(fèi)減少2萬元以上。

表3 分時(shí)電價(jià)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Electricity price statistics of different times

2.4 充分利用閑置分離器

原來站場(chǎng)伴生氣處理流程為：原油中的天然氣經(jīng)過分水器分出，直接進(jìn)入干燥器干燥后外輸。這種工藝流程因分水器內(nèi)部氣相空間少，導(dǎo)致天然氣中含液相（油水）較多，容易造成干燥器淤堵，從而影響正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)有大量天然氣在干燥器中逸出，造成污染和浪費(fèi)[11]。經(jīng)過調(diào)研[12]，利用閑置的分離器，在其進(jìn)口處旁接分水器氣出口管線，來解決這個(gè)問題。其原理是：分水器出口出來的天然氣進(jìn)入分離器的內(nèi)部空間后，氣中所含的油滴在速度的作用下相互碰撞，聚集到器壁后沉降到分離器底部，小直徑的油滴在氣流的作用下通過分離器頂部捕霧器粘附分離；兩次分離所產(chǎn)生的液體，在達(dá)到一定液位后，通過自身壓力回收到系統(tǒng)中，凈化后的氣體通過捕霧器后到達(dá)干燥器外輸（圖6）。

圖6 改造前后天然氣生產(chǎn)流程Fig.6 Natural gas production flow before and after transformation

分離器改造實(shí)施后，降低了天然氣中油水含量，保證了天然氣的純凈程度，可減緩天然氣管線的腐蝕程度，延長(zhǎng)管線和處理設(shè)備的使用壽命；同時(shí)減少了天然氣串氣到液相中的程度，從而減少天然氣最后通過常壓儲(chǔ)罐排放至大氣中，節(jié)省了能源。

3 聯(lián)合站技能創(chuàng)效改進(jìn)措施

3.1 聯(lián)合站處理工藝改進(jìn)

3.1.1 原油處理前段實(shí)施二次溢油技術(shù)

原油處理前段目前主要依靠一次油罐通過溢油至二次油罐，從而達(dá)到一級(jí)沉降效果，但有時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行不平穩(wěn)，導(dǎo)致溢油中含水率很高，甚至溢流的都是污水，從而影響原油后續(xù)的脫水處理，也很容易造成輸出原油高含水率。這就需要在以后的工作中，研究如何在原油處理的前段改進(jìn)現(xiàn)有工藝，從而解決后半段原料油含水率高的難題。

3.1.2 采用高效水套爐降低系統(tǒng)能耗

目前水套爐效率平均在70%左右，僅靠加熱爐配風(fēng)比例優(yōu)化很難從根本上提高效率值，熱力能耗浪費(fèi)巨大。因此，從技術(shù)改造的角度出發(fā)，應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有的水套爐進(jìn)行更新，應(yīng)用新型高效節(jié)能水套爐，節(jié)能降耗潛力大。

3.1.3 篩選高效的化學(xué)破乳劑

在其他條件不變的情況下，通過篩選化學(xué)破乳劑，可以達(dá)到降低原油含水率率的目的。合適的化學(xué)破乳劑可以降低三相分離器、沉降罐的含水率率，進(jìn)而降低站內(nèi)水套爐的熱負(fù)荷和原油處理系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷。

3.2 管理創(chuàng)新和智能化建設(shè)

3.2.1 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行自動(dòng)化技術(shù)

由于集輸系統(tǒng)的復(fù)雜性、設(shè)備的多樣性，需在運(yùn)行管理上下功夫，使得所有設(shè)備、工藝和系統(tǒng)始終處于良好的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2.2 加強(qiáng)生產(chǎn)信息化建設(shè)

根據(jù)實(shí)際情況，新建PLC系統(tǒng)，集成原有控制系統(tǒng)，在聯(lián)合站形成同一控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集中管理，分布控制功能。站內(nèi)采用統(tǒng)一監(jiān)控軟件，主要功能包括：生產(chǎn)監(jiān)控，實(shí)時(shí)報(bào)警，趨勢(shì)曲線、參數(shù)報(bào)表生成等生產(chǎn)管理功能；還可隨時(shí)顯示各層次的設(shè)備生產(chǎn)過程信息，如溫度、壓力、流量、電參數(shù)等；建立實(shí)時(shí)與歷史報(bào)表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢功能；液位、壓力實(shí)時(shí)報(bào)警，歷史查詢、報(bào)警預(yù)警參數(shù)設(shè)置管理。

4 結(jié)束語

目前低油價(jià)時(shí)期，在大幅壓縮成本的情況下，如何利用現(xiàn)有工藝來解決聯(lián)合站原油處理工藝中的難題將成為關(guān)鍵。針對(duì)S油田集輸大隊(duì)聯(lián)合站的生產(chǎn)狀況，通過精準(zhǔn)的控制工藝參數(shù)，精細(xì)化的設(shè)備設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)管理，來改造二次沉降油罐工藝流程。采取研制加熱爐配風(fēng)比例閥降低能耗，利用油罐浮動(dòng)出口增加原油沉降次數(shù)，利用閑置分離器提高天然氣凈化水平等措施，切實(shí)提高了聯(lián)合站處理能力和生產(chǎn)效率，為油田提質(zhì)增效開創(chuàng)了一條可行之路。

克拉瑪依油田風(fēng)城采油作業(yè)區(qū)