天然氣集輸系統水平衡模型及指標計算研究

何靜 帕爾哈提 葛蘇鞍 包江 孫彥峰（新疆油田公司實驗檢測研究院）

目前，GB/T 12452—2008《企業水平衡測試通則》和SY/T 6721—2008《油田生產系統水平衡測試和計算方法》是實際生產中開展水平衡測試工作的主要理論依據和技術導則，但對于氣田生產系統水平衡測試的有關方法和計算仍沒有明確的依據可循。因此，通過對油氣田企業在天然氣集輸方面的實際生產狀況的分析，利用水平衡原理，建立能夠反映天然氣集輸系統的用水情況的水平衡模型，并給出相應的指標及其計算方法，以實現油氣田企業水平衡測試工作的統一部署及國家對用水管理的要求。

1 天然氣集輸系統概述[1]

氣田生產系統由天然氣礦場集輸系統和天然氣凈化處理廠（或裝置）組成，常稱為天然氣集輸系統。

天然氣礦場集輸系統由井場（不包括氣井）、集輸管網（采氣管線、集氣支線和集氣干線）、各種用途的站場（集氣站、脫水站、增壓站、清管站和閥室等）組成。

從氣井采出的天然氣經節流調壓后，經分離計量或不經分離直接進入集氣站，在集氣站內經節流、調壓、分離計量后輸入集氣總站或天然氣凈化處理廠，在凈化處理廠內脫除硫化氫、二氧化碳、凝析油和水分，使天然氣達到國家規定的天然氣氣質標準并外輸。

天然氣集輸系統用水關鍵環節主要為集氣及天然氣凈化處理過程。因此，對于天然氣集輸系統的水平衡研究主要進行集氣站及天然氣凈化處理廠的水平衡分析，包括水平衡模型的建立及相應的水平衡指標及其計算方法的研究。

2 水平衡模型建立

天然氣集輸系統水平衡模型的建立主要是通過對企業水平衡基本模型的分析研究，同時結合集輸系統的用水情況，確定相應的水平衡模型。

2.1 水平衡基本模型

水平衡模型圖（也稱水平衡框圖）是用以科學形象地反映水平衡基本原理的重要手段，水平衡的標準模型見圖1[2]。

圖1 水平衡的標準模型

圖1 中方框表示水平衡的體系，方框的邊線表示體系的邊界線。其中，QB為體系的補充水量，QP為體系的排出水量，QH為體系的耗水量，QC為經過回收而重復利用的水量。

目前，企業的用水模式一般分為直排式、耗水型、重水型3 種基本模式。

1）直排式：直排式的用水模式在企業中是最常見的。目前，企業中有相當多的生產和生活用水設施都是直排式的。這種用水方式浪費最大，它是節水工作者們重點研究的對象，是企業節水的潛力所在，其用水平衡框圖見圖2。

圖2 直排式的用水模式

在直排式的用水模式中，對應的水量的平衡QY=QB=QP。

2）耗水型：耗水型的用水模式在企業中也是比較常見的一種用水方式，特別是在化工、醫藥、造紙、釀酒、飲食等行業更為常見，其用水平衡框圖見圖3。

圖3 耗水型的用水模式

在耗水型的用水模式中，對應的水量的平衡QY=QB=QP+QH。

3）重水型：重復用水模式的簡稱，在企業中是普遍采用的一種用水方式。其用水平衡框圖見圖4。

圖4 重水型的用水模式

在重水型的供水模式中，循環用水方式是主要的，也是最為理想的。循環用水方式的水量平衡QY=QB+QC，QY=QB+QP+QC。

在企業內部設備之間、車間和部門之間回收水互相串用的情況也很普遍。在這種重復用水方式中，體系所回收的水量不是體系的重復用水量。其水量的平衡QY=QB+QC，QY=QP+QH+QS。

2.2 天然氣集輸系統水平衡模型

在了解了企業水平衡標準模型及3 種基本模型的基礎上，對于天然氣集輸系統而言，主要研究適合反映集氣站及天然氣凈化處理廠用水情況的水平衡模型[3]。

1）集氣站水平衡模型。根據2.1 的分析研究，同時結合氣田集輸系統中集氣站的用水情況，確定了集氣站的用水模式屬于耗水型用水模式，其水平衡模型的邊界為從集氣站各介質輸入管線的入口至輸出管線的出口，相對應的水平衡模型見圖5。

圖5 集氣站水平衡圖

由圖5 可知，集氣站水平衡方程式

2）天然氣凈化處理。根據2.1 的分析研究，同時結合氣田集輸系統中天然氣凈化處理廠的用水情況，確定其用水模式屬于重水型用水模型，水平衡模型的邊界為從天然氣凈化處理廠各介質輸入管線的入口至輸出管線的出口，相對應的水平衡模型見圖6。

圖6 天然氣凈化處理廠水平衡圖

由圖6 可知，天然氣凈化處理廠水平衡方程式

3 水平衡指標及計算方法

根據2.2 中建立的天然氣集輸系統的水平衡模型及其平衡方程式，相應確定了水平衡指標體系，主要包括集氣站、天然氣凈化處理廠2 部分共7 項指標，見圖7。

圖7 天然氣集輸系統水平衡指標體系

3.1 集氣站水平衡指標計算

集氣站水平衡指標計算包括以下3 項內容：

綜合漏損水量（VJQZC,LS）：

綜合漏損率（RJQZ,ZL）：

集輸萬立方米天然氣新水用量（HJQZ,XS）：

3.2 天然氣凈化處理廠水平衡指標計算

天然氣凈化處理廠水平衡指標計算包括以下4項內容：

綜合漏損水量（VJHCC,LS）：

綜合漏損率（RJHC,ZL）：

處理萬立方米天然氣新水用量（HCLZ,XS）：

水重復利用率（XJHC,CF）：

4 應用實例

為了驗證研究確定的天然氣集輸系統水平衡模型及指標計算方法的現場適用性，對川中油氣礦龍崗天然氣凈化廠開展了相應的水平衡測試工作，具體的測試數據及計算結果統計見表1。

表1 天然氣凈化廠水平衡測試數據及計算結果匯總

由表1 中的數據分析可知，平衡方程左側（進入體系的水量）與平衡方程右側（出體系的水量）略有差異，約相差30.43 m3/d，該部分水量實則為不可計量的漏損水量。此外，經計算，龍崗天然氣凈化廠綜合漏損率為13.99%，處理萬立方米天然氣新水用量為4.91 m3，水重復利用率為96.23%。通過測試數據及指標計算結果的統計，可以明確地反映該凈化廠的用水情況和整體水平。

5 結論

研究主要基于目前氣田集輸系統的水平衡測試及計算工作無依據可循的現狀，通過對氣田集輸系統的工藝及用水情況的分析研究，同時結合現有油田生產系統水平衡測試的相關標準，建立了適合天然氣集輸系統的水平衡模型及其指標和計算方法。為了進一步驗證文中研究的模型及計算方法可行性，對川中油氣礦龍崗天然氣凈化廠開展了相應的水平衡測試工作。

現場測試情況表明所建立的水平衡模型能夠符合現場實際，具有實操性，各項指標的計算結果能夠清晰地反映系統的供用水情況，同時，對于準確分析水資源利用存在的主要問題和差距、減少漏失損耗、提高水資源循環利用率、提升企業經濟效益及有效保護和利用水資源具有重要的意義。

[1]王遇東.天然氣處理原理與工藝[M].北京:中國石化出版社,2007:7-8.

[2]金明紅,楊麗坤.GB/T 12152—2008 企業水平衡測試通則[S].北京:中國標準出版社,2008.

[3]來現林,吳照云,李克強,等.SY/T 6721—2008 油田生產系統水平衡測試和計算方法[S].北京:石油工業出版社,2008.