油氣田在開發、生產過程中需要的熱量大多由加熱爐和鍋爐提供,其能耗約占油氣田總能耗的50%左右。隨著節能減排形勢的日趨嚴峻,提高加熱爐和鍋爐效率,減少燃料消耗,已成為油田實現持續、綠色發展的重要挑戰。

近日,中國石油天然氣集團公司(以下簡稱:中國石油)科技管理部在北京組織召開《油氣田加熱爐及熱力系統提效技術研究與應用》驗收會,基于課題技術成果編制的《油氣田加熱爐整體提效實施方案》實施后,在占勘探開發板塊總能耗50%左右的加熱爐和鍋爐領域,中國石油實現年節能量30萬噸標準煤以上,經濟效益超過3億元。

　　加熱爐是油田耗能大戶

提到加熱爐,油田一線員工對它再熟悉不過,特別是“三北”地區油田和全國的稠油油田,加熱爐更是應用普遍的重要熱工設備。數量多、年頭久、作用大,奠定了其油田幕后功臣的地位,但很少有人知道,加熱爐單項能耗就占到中國石油旗下油氣田能耗總量的1/4,是不折不扣的耗能大戶。

“原油采出地面后,由于溫度、環境的變化容易凝固。為保證原油流動,在油井井口、轉油站、聯合站、外輸等環節設置加熱爐成為原油開采工藝的重要環節。”中國石油勘探與生產分公司副總經理趙邦六介紹道。

據統計,2012年中國石油油氣田在用加熱爐數量已達2萬臺,其中僅井口爐就達9400余臺,但這些加熱爐熱效率普遍低于80%,遠低于煉化企業和國外同類加熱爐指標。

例如在主要生產稠油的遼河油田,加熱爐更是生產中必不可少的重要裝置。僅這個油田的加熱爐總數就超過1萬臺,且多為小型井口爐,分布零散。由于使用年限長,大多數油田的加熱爐不同程度地存在設備老化、爐內腐蝕結垢等問題,嚴重影響了換熱效率及安全運行。特別是一些設備自動化水平低、空氣系數高、排煙熱損失大。

　　加熱爐提效迫在眉睫

加熱爐的運行狀況和換熱效率的高低,不僅直接影響原油生產成本中能耗費用的份額,還關系到原油集輸生產的安全,影響著油田的生產效率和經濟效益。

2012年,中國石油將加熱爐提效工作提上重要日程,在各油氣田成立了加熱爐提效工作領導小組,并安排部署節能節水專項、老油田改造、設備更新、隱患治理和其他五類提效資金渠道,共計10億元用于實施加熱爐提效工程,一場節能專項大改造行動就此展開。

“2013年,中國石油將‘油氣田加熱爐及熱力系統提效科研專項’納入低碳重大科技專項作為重點任務進行攻關。”中國石油科技管理部副總經理鐘太賢介紹,從2013年開始,由中國石油規劃總院牽頭,聯合大慶油田、遼河油田、冀東油田、大港油田等組成的課題組,圍繞新型高效加熱爐研制、熱力系統用熱負荷優化、加熱爐提效配套技術應用和加熱爐監測評價技術4個方面開展攻關研究,課題研制新產品6項,申報專利12件,形成技術秘密3項,編制計算機軟件著作權登記3項,發布標準8項,發表論文25篇。

“課題的創新成果為中國石油油氣田加熱爐提效、節能降耗、安全生產提供了決策參考和借鑒作用,有力支撐中國石油油氣田節能目標的實現。”鐘太賢在發言中表示。

　　提效改造成果豐碩

“創新形成了加熱爐燃燒場數值模擬、殼程長效換熱防淤積、小功率冷凝式等7項關鍵技術;創新研制了四種新型高效加熱爐,首次研發注汽鍋爐熱效率在線監測系統;創新形成可用于油氣集輸用熱優化設計、生產運行優化、不同功能加熱爐設計選型的標準。”在評審會上,中國石油規劃總院副院長徐英俊對課題創新點及知識產權完成情況進行了總結。

據介紹,課題取得了一流的創新成果,首次開發了油田加熱爐火管數值模擬技術,研制出線性調節式正壓燃燒器,燃燒效率99.99%以上;首次創建加熱爐單項和集成技術評價方法,實現了節能技術優選;研發油氣集輸系統工藝模擬及用能優化軟件,首次實現了能量平衡和用熱環節分析的融合,達到集輸過程中的能量平衡、梯級利用,實現集輸系統用能優化。

除此之外,該課題還研制6種新產品,分體式殼程自動清垢相變加熱爐、盤管式自動清垢相變加熱爐、冷凝式加熱爐和反燒式井場加熱爐四種新型加熱爐,設計效率達到90%以上,運行效率86%以上;首次研究建立了注汽鍋爐熱效率在線監測系統,實現了熱效率在線實時監測;研制了在用火筒爐在線自動清垢裝置,實現了老舊加熱爐在線自動清垢,可保持加熱爐較長周期高效運行、大幅降低維修費用。

“研究成果取得了較好的應用效果,不僅建成了大慶、大港兩個油田加熱爐提效改造示范工程,更為重要的是在勘探與生產分公司強力組織推動下,項目技術成果得到全面實施應用,實現節能量超過30萬噸標準煤,節能效益超過3億元,油氣田加熱爐平均熱效率由80%提高到85.3%,圓滿實現了攻關目標,有力支撐了中國石油節能目標的實現。”徐英俊最后總結道。

不積跬步無以至千里。據了解,2019年,中國石油將繼續推動油氣田企業加熱爐提效工作,不斷提升技術和管理水平,在加快科技成果轉化、加強加熱爐日常運行管理和設備維護、加強地面能量系統優化和余熱綜合利用等方面下功夫,實現加熱爐熱效率的不斷提升,為開源、節流、降本、增效工作作出新貢獻。

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　　四大舉措提質增效

中國石油通過實施優化核減、設備更新、技術改造、運行管理四大提效措施,為油氣田加熱爐提質增效。

根據原油特質對開采輸送工藝進行優化,減少加熱爐使用環節是提效工作的重要內容。隨著油田的開發,采出液含水上升,黏度大幅度下降,溫度變化對液體黏度影響降低,在部分單井和計量站可采用常溫輸送技術。

通過摸排盤查,各油田對使用年限長、腐蝕嚴重或熱疲勞嚴重的、局部改造后仍無法提高熱效率的加熱爐進行整體更新。

各油田還根據自身實際對加熱爐進行有針對性的技術改造。研究表明,科學調節加熱爐配風量可以減少排煙損失,提高運行熱效率。

通過加強日常管理與維護,使加熱爐處于最佳運行狀態,是加熱爐提高熱效率最為直接的方法和手段。