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SADG稠油开采余热回收系统的优化构建

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SADG 开采 余热 回收 系统 优化 构建
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2010 年第 29 卷增刊 · 630· 化 工 进 展油开采余热回收系统的优化构建 谢加才1,胡雨燕2,陈德珍2(1中国石油辽河油田分公司,辽宁 盘锦 124010;2同济大学热能与环境工程研究所,上海 200092) 摘 要 : 术一方面可以大幅度提高原油采收率,另一方面却产生了大量余热。目前 产产生的余热有注汽锅炉汽水分离器高温分离水的余热,油井高温产出液余热,和燃油注汽锅炉排放的较高温度烟气余热。本文以先导试验基地的生产为基础,分析了这些余热的质和量,并根据质和量的特点,提出了利用这些余热的三种系统,对应两种注汽锅炉类型,通过计算和结合现场实际,对这三个系统进行比较,提出了采用汽包锅炉的优化方案,可以得到每吨稠油开采节约油耗 效果。 关键词 : 油开采;余热利用 蒸汽辅助重力泄油(简称 术是提高稠油、超稠油、高凝油采收率的一项前沿技术,辽河油田从 20 世纪 90 年代开始进行 油工艺的研究与实践, 2003 年开始建立了 8 个井组转导试验,并获得了成功,辽河油田已经成为全国最重要的稠油生产基地。 术可以大幅度提高采收率,同时也产生了大量余热。与 产工艺相关的余热有注汽锅炉汽水分离器高温分离水的余热,温度等于蒸汽温度,流量相当于注汽量的 25%;携带着原油的高温产出液余热, 温度 160 ℃, 流量为注汽量的 外还有锅炉注汽烟气余热,该排烟温度在 240~ 250 ℃,明显高出常规锅炉排烟温度。这些余热的排放不仅给现场生产带来困难,更是直接造成了能量损失。 目前生产现场有利用产出液和高温分离水的余热加热给水和燃料油的余热利用方式,但是还有大量的余热没有利用。同时由于辽河油田所处地理位置和采油现场的特点,一方面没有大量的天然江河湖水可作为冷却热源;另一方面现场也没有大量的常规供热与制冷需求。同时辽河油田的大量井区位于湿地保护区,为了减少地下水抽取量和避免废水向地下排放,直流注汽锅炉生产 75%干度的湿蒸汽,对水质要求相对较低,使用的水源为净化后原油脱出水;目前正准备改为可生产过热蒸汽的汽包式锅炉以提高采收率,汽包锅炉对水质要求高,在加拿大等 采应用较多的国家,采用机械蒸汽压缩法( 出废水实施处理以获得蒸馏冷凝水,使水质满足汽包锅炉进水要求,最终将 采出废水变成锅炉给水源。 术被认为是采的重要配套技术之一,今后可能在辽河应用。 本文综合余热资源种类、现场条件与要求,结合今后可能采用的先进配套技术,对余热的利用提出几种可行的方案,并通过计算进行优化,寻找最合适的余热利用系统。 1 余热资源调查 导试验生产现场的工艺如图 1,调查所得的余热资源情况见图 2。 根据现在调研计算,目前的 统每产出1 t 原油需要消耗重油 t 左右,03 余热量,相当于 t 标准煤;如果能够在现有基础上,进一步利用这些余热,则将大幅降低重油的采出能耗。 由图 2( a)和 2( b)可以看出,先导试验站的河西与河东两个区块各种余热所占比例相近;说明所调研的数据符合 余热分布规律。各种余热的比例为采出液余热最高、烟气余热其次、高温分离水余热量少,但是品质最高。 2 余热回收系统的构建 在现有余热利用方案下,采出液与高温盐水的热量已经被锅炉给水部分回收,最终使得其能量品级大大降低,全部变为低于 100 ℃的低温热源,而通常这类的热源一般用做采暖和生活用水等供热使用[1 但现有的产热点与生活基地和居民区等有大量供热需求的地点相距甚远,低温水长输管线供热经济上不合理。 增刊 谢加才等: 油开采余热回收系统的优化构建 · 631·图 1 导试验注汽及余热回收工艺原理图 图 2 ( a)绕阳河西 热资源分布 图 2 ( b)绕阳河东 热资源分布 此外现有余热利用方案中未回收使用锅炉烟气热量,而烟气在余热中占了 30%~ 40%的比例,数量大而且参数较高( 240 ℃) ,但由于通常的气 热面积很大,热管换热等技术能够在较小换热面积的情况下,回收锅炉烟气热量,提高锅炉效率,可以在 目余热利用网络优化中考虑。 本文 目余热利用系统构建的原则是: ( 1)尽量使用相对低品位的热源(采出液 160 ℃)满足来锅炉给水预热需求; ( 2)保留相对高品位的热源(高温分离水) ,通过闪蒸产生低压蒸汽用以发电或用于热力蒸馏法处理废水;由于高温分离水量少,发电不经济,因此不考虑发电回收方案。 ( 3)将余热利用系统的优化与污水处理相结合,利用余热来处理污水,产生满足一定要求的蒸馏水自用或出售。 ( 4)尽量回收烟气热量,预热燃油、助燃空气等提高锅炉效率,减少燃料消耗,或者用于油田污泥干燥以利于后者的利用和处置。 ( 5)系统尽量不采用外部天然水为冷源,因此废蒸汽的冷凝不得大量使用冷水,可用废水。 三种余热回收系统 以 式生产 1 t 原油为计算单位,以便于比较。计算中设定的一些参数: 目采注比为 炉实际负荷 /额定负荷为 料收到基发热量 41800 kJ/境温度 20 ℃;直流注汽锅炉效率 85%。 余热回收方式的基本选择为:烟气热量回收方式是热管换热器预热给水或者燃油,或者用于油田污泥干燥。考虑燃烧重油的烟气露点温度不低于130 ℃,实际中为防止酸性腐蚀,将烟气的排放温度提高到烟气露点温度以上 30 ℃,设其为 160 ℃;空气预热温度 100 ℃;离开热管换热器的烟气用以直接接触式污泥干燥。污泥:初始含水率70%,干燥后含水率 30%;辽河油田年产污泥: 5万吨 /折算干燥污泥 采用的直接污泥干燥系统效率高,投资省,气流中的除臭目前已经有技术保障[3]。 全部使用直流锅炉采油区的余热回收系统之一 如果某区块仍用直流注汽锅炉的话,则高温分离液量较大,设计的余热回收系统之一见图 3。 化 工 进 展 2010 年第 29 卷 · 632· 图 3 直流锅炉采油区的余热回收系统一 在该系统中, 锅炉对流段给水进口设计温度为125 ℃,设计将以多效蒸发和 合的模式将采出废水回收用于造蒸馏水, 设计将高温分离水的热量用于闪蒸后产汽提供多效蒸发器热源, 多效蒸发器和 使用均减少了对外部冷源的需求。烟气能够利用的热量可采用热管换热器, 使用燃烧产生的烟气的余热加热空气和燃油;热管换热器出口的烟气可用于污泥脱水,但即使是将油田年产的污泥干燥完,仍有热量无法利用。采出液热量大部分被锅炉给水吸收,还有 20%左右热量可作为吞吐或掺水掺油换热,但由于温差不大,这部分热量回收有限, 最好是掺混到吞吐采出液中,然后进行常规稠油脱水。各个环节和流程的热量流见图 3。 使用直流锅炉采油区的余热回收系统之二 上述系统中的多效蒸发器系统需要引进大量外部污水,产生了大量的蒸馏水,可供应外部的锅炉,但是这个系统对 容量要求高,如果仅仅以处理完毕 统的采出废水为目的, 则用热力压缩蒸发联合闪蒸塔替代多效蒸发,见图 4。 本系统的其它参数与图 3 一致,将高温分离水的热量闪蒸产汽用于蒸汽热力压缩( 发采出液造蒸馏水,采用了闪蒸塔才不需要外加冷源,见图 5,这个方案中每吨原油 需要蒸发 4 t 水,容量较上述方案大为减少。其它烟气等的余热利用方案仍与图 3 一致。 增刊 谢加才等: 油开采余热回收系统的优化构建 · 633·图 4 直流锅炉采油区的余热回收系统二 汽包锅炉余热利用系统 如果今后某区块全部采用汽包锅炉产过热蒸汽供 统的话,则没有高温分离水,只有两部分余热,此时余热回收系统图如图 6 所示。 本系统的烟气余热等利用模式不变,采出液放出热量基本与锅炉给水吸热量平衡,高于露点的烟气热量也较好的被加热燃油和空气所需的热量平衡。使用汽包锅炉可减少每吨原油的水耗量,使 统的负担变小,减少了蒸汽压缩机能耗;每吨原油的水耗量也降低了燃料耗量,从而减少了烟气排放造成的损失;汽包锅炉的对流段进口温度可以提高,完全可以满足 出液降温脱水的需求;系统简单,初投资相对较小,但是前提条件是现有的直流锅炉改造为汽包锅炉。 不同系统的余热回收效果 图 3 所示的系统采用烟气余热回收和采出液的余热及高温分离盐水余热回收措施后,余热回收率为 对应每产 1 t 原油的节油量为 t。此外该系统还将 t 的废水变成蒸馏水。但是对 容量要求较大,投资较贵。 图 4 余热回收率与图 3 类似,为 每产1 t 原油的节油量为 t,不产多余的蒸馏水,对容量要求小。 图 6 所示系统的余热回收率为 每产 1 t。可见将现有的直流锅炉改造为汽包锅炉会大大提高系统的热效率。 化 工 进 展 2010 年第 29 卷 · 634· 图 5 热力蒸汽压缩( 闪蒸系统模式 图 6 汽包锅炉采油区的余热回收系统 增刊 谢加才等: 油开采余热回收系统的优化构建 · 635·3 结 论 本文结合油田实际条件,对 油开采的余热综合利用系统进行了构建。将烟气的余热回收作为一个重要环节的前提下,讨论了直流注汽锅炉的高温分离水以及采出液余热的回收方案,和采用汽包锅炉的系统进行了对比。计算表明采用多效蒸发和蒸汽机械压缩的方案,系统相对简单,可以通过回收余热节约油耗 t/t 原油;同时产生大量蒸馏水,但是蒸汽机械压缩的容量很大;采用热压缩结合闪蒸塔的方案替代多效蒸发, 系统相对复杂,但是蒸汽机械压缩的容量大大缩小,也达到节约油耗 t/t 原油的效果。相对来说,将现有的直流锅炉改造为汽包锅炉,不仅系统简化,而且可节约油耗达 t/t 原油,值得实施。 参 考 文 献 [1] 邓寿禄,黄学义 . 油田联合站利用污水余热供暖的可行性分析 [J]. 区域供热, 2009( 5) : 252] 唐志伟, 刘爱洁 . 油田污水余热资源开发利用 [J]. 化工进展, 2009,28(增刊) : 423[3] 曲献伟,程志兵,陈刚 . 放电等离子体技术在恶臭气体净化中的应用 [J]. 中国市政工程, 2005, ( 6) : 33—————————— 基金项目 : 中国石油天然气股份公司科学研究与技术开发项目( 2008。 第一作者简介 :谢加才( 1969—) ,男,博士,教授级高级工程师。 联系人 :陈德珍,教授,研究方向为废物资源化与节能。
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