稠油熱采注汽鍋爐煙氣余熱利用綜述

馬　強（中國石油遼河油田分公司質量節能管理部）

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稠油熱采注汽鍋爐煙氣余熱利用綜述

馬強（中國石油遼河油田分公司質量節能管理部）

稠油熱采注汽鍋爐大量應用于稠油熱采開發的遼河油田、新疆油田、勝利油田等，注汽系統是油田生產的主要能耗單元。在生產過程中注汽鍋爐存在排煙溫度高、熱量損失大等問題。通過分析稠油熱采注汽鍋爐的能耗特點，介紹了煙氣余熱利用的主要形式及其應用效果，為進一步應用余熱利用技術，提高用能水平奠定了基礎。

稠油熱采注汽鍋爐余熱利用

引言

目前，我國能源利用仍然存在著利用效率低、經濟效益差、生態環境壓力大的主要問題，節能減排、降低能耗、提高能源綜合利用率作為能源發展戰略規劃的重要內容，是解決我國能源問題的根本途徑，處于優先發展的地位。我國工業領域能源消耗量約占全國能源消耗總量的70%，主要工業產品單位能耗平均比國際先進水平高出30%左右。除了生產工藝相對落后、產業結構不合理的因素外，工業余熱利用率低，能源沒有得到充分綜合利用是造成能耗高的重要原因，我國能源利用率僅為33%左右，比發達國家低約10%，至少50%的工業耗能以各種形式的余熱被直接廢棄［1］。因此，從另一角度看，我國工業余熱資源豐富，廣泛存在于工業各行業生產過程中，余熱資源約占其燃料消耗總量的17%～67%，其中可回收率達60%，余熱利用率提升空間大，節能潛力巨大。

注汽鍋爐的能耗約占總能耗的40%，噸汽生產綜合能耗為101.8 kg/t，注汽鍋爐平均熱效率為81.61%。在生產過程中注汽鍋爐排放到大氣中的煙氣溫度仍達到200℃左右，造成大量余熱熱能損失。注汽系統的總熱損失占系統能量的25.67%，分別由排煙損失（占51.3%）、管網損失（占21.35%）等組成［2］。

1　注汽鍋爐的能耗特點

注汽鍋爐是將生產出的高壓蒸汽直接注入到地下油層內，以降低稠油黏度便于開采。注汽鍋爐為直流性高壓蒸汽鍋爐，軟化水經柱塞泵升壓后進鍋爐產生高壓蒸汽，一般柱塞泵允許的最高工作溫度為65℃。

根據能量平衡原理［3］，確定平衡體系，建立熱平衡模型（圖1）。由能量守恒原理可得熱平衡方程式，即

式中：

Qr——燃料帶入系統的熱焓，kJ/kg；

Qgs——給水熱焓，kJ/kg；

Qq——蒸汽帶出熱焓，kJ/kg；

∑Qss——鍋爐各項熱損失，kJ/kg。

圖1　能量平衡分析

由此可得的熱效率為注汽鍋爐有效利用熱量為鍋爐工質出、入口熱焓差，其中熱損失主要以排煙損失為主，一般排煙溫度每升高12～15℃，排煙熱損失將提高1%。

2　煙氣余熱利用的主要形式

2.1煙氣-給風熱交換

通過換熱器將煙氣余熱與助燃空氣交換，換熱后的助燃空氣進入爐膛燃燒（圖2）。目前，該方式應用較為普遍，廣泛應用于遼河油田各類熱注鍋爐。遼河油田實施42臺，經檢測，實施后平均節能率達到2.7%，排煙溫度由207℃降低到118℃，注汽鍋爐熱效率由80.3%提高到82.5%；但由于風比熱小，有效吸熱率低，加熱面積多大及空間有限等因素，節能效果具有一定的局限性［4-5］。

圖2　注汽鍋爐煙氣-給風余熱利用流程示意圖

2.2煙氣-低壓水熱交換

通過換熱器將煙氣余熱與注汽鍋爐給水進行交換（圖3），但被加熱水的溫升受到柱塞泵運行溫度的限制，一般水被加熱的溫度不能超過60℃，導致煙氣可利用率低，效果不明顯。遼河油田實施26臺，平均節能率達到3.5%，排煙溫度由210℃降低到112℃，鍋爐給水溫度由17℃提高到56℃，注汽鍋爐熱效率由82.5%提高到85.5%。

圖3　煙氣-低壓給水余熱利用示意圖

為了解決溫度限制問題主要從5個方面考慮：

1）換熱器設計上按鍋爐最低運行工況設計，使換熱面積減小，直接影響換熱效果，煙溫降低不明顯。

2）通過儀表控制旁通煙道氣量來滿足溫度限制，煙氣利用率有所提高，但只利用了煙氣的部分熱能（圖4）。

3）選擇高溫柱塞泵，放大溫度限制范圍，但要通過嚴格的測試和計算。

圖4　煙氣-低壓給水（儀表控制）余熱利用示意圖

4）選擇給水溫度低的鍋爐，同時進行嚴格的測試和計算，使其滿足運行要求。在勝利油田、河南油田的稠油區塊進行過應用，其給水溫度小于20℃［6-7］。

5）將余熱供站區（或臨近站場）的采暖系統，余熱利用率相對較高，但其受站場布局的影響較為嚴重，在勝利、河南等油田得到部分應用［8］。

2.3煙氣-高壓水熱交換

通過高壓換熱器將煙氣余熱與注汽鍋爐高壓給水（泵后）進行交換，被加熱水的溫升不受柱塞泵運行溫度的限制，能夠最有效地吸收煙氣余熱（圖5），不影響柱塞泵的正常運行。遼河油田實施4臺，經檢測，實施后平均節能率達到5.2%，排煙溫度由209℃降低到110℃，鍋爐給水溫度由45℃提高到87℃，注汽鍋爐熱效率由81.2%提高到85.7%；但由于制造成本高、安全管理難度大等因素，難以在油田注汽系統推廣應用［2］。

圖5　煙氣-高壓給水余熱利用示意圖

3　結論

1）煙氣-給風熱交換具有較強的適用性，但效果有限，利用率不高。

2）煙氣-低壓水熱交換具有一定的經濟性，可以在低溫給水鍋爐上得到較好的節能效果，但針對遼河油田平均45℃給水溫度下節能效果有限。

3）煙氣-高壓水熱交換具有較高的節能效果，但制造成本較高，可從在保證安全的前提下開展實驗研究，摸索節能效果。

［1］連紅奎，李艷，束光陽子，等.我國工業余熱回收利用技術綜述［J］.節能技術，2011，29（2）：123-128，133.

［2］錢正斌，錢正剛，張翔華.稠油熱采注汽鍋爐煙氣余熱利用設想［J］.新疆石油科技，1998，8（4）：20-24.

［3］王建君.提高油田注汽鍋爐熱效率，降低能源消耗［J］.科技博覽，2012（4）：11-12.

［4］馬強.油田注汽鍋爐煙氣余熱利用與低碳減排［C］//遼寧省石油石化學會.低碳經濟與石油石化未來論文集.2011：153-155.

［5］翁雷.活動式油田注汽鍋爐煙氣余熱利用方案研究［J］.化學工程與裝備，2010（9）：115-117，75.

［6］馮球業，曾保森，盧剛，等.余熱回收技術在注汽鍋爐上的應用及效果［J］.油氣田地面工程，2002，21（3）：49.

［7］苗振寶，沈和平，李防震，等.注汽鍋爐煙氣余熱利用技術現場應用［J］.河南石油，2004，18（增）：90-91.

［8］田學華，張殿瑞，祁濤.余熱利用裝置在熱采注汽鍋爐上的應用［J］.油田節能，2000（4）：55-57.

國內首臺電驅700型壓裂泵車“問世”

近日，由西北油田分公司采油三廠、油田供電管理中心及承包方聯合研制的700型壓裂泵車在TH10428X井順利完成測試，這是國內首臺以電驅為動力的700型壓裂泵車。

近年來，壓裂泵車費用占成本比重逐年上升。“以柴油驅動的泵車作業為例，每小時支出作業成本近500元。”該廠生產運行科副科長陳震告訴記者，“去年，僅泵車費用這一項，該廠花費成本1456萬元。”

進入2015年，在低油價的新常態下，面對盈利變窄、成本壓縮的嚴峻形勢，該廠堅持低成本開發的新常態。如何降低泵車費用，成為亟待解決的難題之一。

今年初，為了降低泵車作業費用，該廠聯系施工單位及生產廠家進行聯合攻關。按照該廠提出油改電的設計思路，開發出國內首臺700型電驅壓裂泵車，并于6月9日將首臺泵車運抵采油三廠TH10428X注水現場。

6月12日，在TH10428X井的作業中，該泵車運行平穩，能夠滿足現場生產需求，設備性能得到充分認可。

700型電驅壓裂泵車的“問世”，不僅填補了國內700型電驅壓裂泵車的空白，而且進一步降低了該廠泵車的作業費用。與此同時，“油改電”既降低了作業現場安全風險，還實現了清潔生產。

“與傳統的柴驅泵車相比，通過測算，扣除電費成本，單臺泵車預計每小時至少降低作業成本150元。”陳震說，“投用后，該臺泵車年預計可節約成本100萬元。”

來源：中國石化新聞網付亞榮供稿

北京國貿上空呈現的湛藍天空

《環境保護稅法》即將出臺

6月10日，國務院法制辦公布了《環境保護稅法（征求意見稿）》，并向社會各界征求意見。醞釀近10年之久的環保稅征收也將進入倒計時。此次意見稿劃定，環境保護稅的納稅人，為在中國領域以及管轄的其他海域，直接向環境排放應稅污染物的企業、事業單位和其他生產經營者。意見稿中提到，將對超標、超總量排放污染物單位加倍征收環保稅。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.004

2015-10-12）

馬強，高級工程師，2003年畢業于東北石油大學（石油工程專業），從事節能管理工作，E-mail：starmq@163.com，地址：遼寧省盤錦市興隆臺區惠賓街91號遼河油田質量節能管理部節能技術科，124010。

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“低碳關鍵技術研究”（2011E24）。