酒東油田冷凝水回收利用

張作鵬　侯　凡　劉　偉　鄭燁華（玉門油田公司酒東油田作業(yè)區(qū)）

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酒東油田冷凝水回收利用

張作鵬侯凡劉偉鄭燁華（玉門油田公司酒東油田作業(yè)區(qū)）

蒸汽在油田生產(chǎn)過程中常作為熱能傳導媒介，其潛熱即轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠笏瑹崮芡S冷凝水排放而被浪費。酒東油田通過對聯(lián)合站內(nèi)蒸汽系統(tǒng)綜合調(diào)查分析，選用開放式回收方案，實現(xiàn)冷凝水再利用。回收改造實施后，聯(lián)合站內(nèi)一套小型蒸汽鍋爐系統(tǒng)年節(jié)能量達186.8 t標煤，減少新鮮水消耗15 600 t/a，年節(jié)約成本支出73.85萬元，投資回收期僅為0.237年，達到了節(jié)能降耗的目的。

蒸汽冷凝水回收節(jié)能降耗

蒸汽作為一種重要的能量傳導媒介，在油田運行過程中可用于管線伴熱、換熱器換熱、廠房及公寓供熱等。蒸汽的能量由潛熱和顯熱組成，潛熱是指蒸汽從氣態(tài)變成液態(tài)冷凝水釋放的能量，顯熱是冷凝水因溫差熱傳遞出的能量，蒸汽做功或熱傳遞后釋放熱能，凝結(jié)為幾乎是同溫同壓下的飽和水，即冷凝水。飽和冷凝水在蒸汽壓力0.1～1.0 MPa之間占蒸汽熱能的15.6%～27.5%，且使用的蒸汽壓力、溫度越高，相應(yīng)冷凝水所含熱能就越多，占蒸汽總熱量的比例也就越大［1］。蒸汽作為熱源利用，往往僅利用蒸汽的潛熱，而蒸汽的顯熱卻幾乎被全部丟棄，造成環(huán)境熱污染和能源浪費。隨著中石油節(jié)能節(jié)水工作的廣泛深入開展，許多油田開始對這部分寶貴的能源加以回收利用。

1　冷凝水回收

冷凝水回收是蒸汽熱力系統(tǒng)循環(huán)中的一個重要環(huán)節(jié)，是提高鍋爐熱效率、降低能耗的重要途徑之一。冷凝水回收利用的好壞直接影響蒸汽熱力系統(tǒng)總的能源利用效率［2］。主要體現(xiàn)在熱能價值、工藝平衡、減排提效、水平衡等。

冷凝水回收系統(tǒng)可分為開放式和封閉式兩種方式。開放式工作原理即冷凝水經(jīng)回收主管將冷凝水引至開放式水箱，再通過加壓裝置將回收的冷凝水輸送至鍋爐內(nèi)。其優(yōu)點是投資成本低廉，對上游換熱設(shè)施影響小，系統(tǒng)較為穩(wěn)定，適用于蒸汽量較小的冷凝水回收系統(tǒng)。但由于二次蒸汽的閃蒸會損失余壓資源；密閉式工作原理即回收主管將冷凝水引至密閉回收罐內(nèi)，再經(jīng)由回收加壓裝置直接將冷凝水輸送至鍋爐內(nèi)使用。其優(yōu)點是可以有效地防止熱能源的泄漏，提高冷凝水回收的利用率。缺點是設(shè)備及工藝要求較高，投資成本大。汽水兩相共存，容易發(fā)生汽阻、水擊等不安全問題，使實際輸送能力大大降低。當不同工藝的冷凝水都進入系統(tǒng)時，由于背壓不同，會發(fā)生低壓冷凝水回水不暢問題。輸送高溫冷凝水時，水泵葉輪易發(fā)生汽蝕，導致抽空、設(shè)備損壞等問題的出現(xiàn)［3］。

2　現(xiàn)場應(yīng)用

一般來說密閉式冷凝水回收方式具有較大的優(yōu)勢，蒸汽能量二次利用率較高，回收效益好。但是，結(jié)合油田聯(lián)合站本身的特點，該種回收方式并不適用于酒東油田，而開放式回收卻更為適合。具體原因如下：

1）聯(lián)合站脫水工藝中二級換熱器需要極為穩(wěn)定的蒸汽供應(yīng)，確保出口處溫度恒定在60℃，保證脫水效果。而冷凝水密閉回收會產(chǎn)生汽阻、水擊等問題，導致蒸汽供應(yīng)不穩(wěn)定，從而使換熱器出口溫度難以控制，降低產(chǎn)品合格率。

2）酒東油田蒸汽需求量相對較少，夏季采用2 t鍋爐，冬季使用4 t鍋爐，屬于小型蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，適合投資成本小的開放式回收方式。

為確保聯(lián)合站的主要生產(chǎn)流程正常運行，同時考慮到回收系統(tǒng)的經(jīng)濟適用性，最終采用開放式冷凝水回收方式。

2.1回收工藝流程

2.2.1疏水器的選擇利用

蒸汽疏水器是連接蒸汽和冷凝水的中間設(shè)備，它的作用是要連續(xù)及時地把蒸汽中的凝結(jié)水和空氣等其他不凝性氣體排到系統(tǒng)之外，同時還要阻止蒸汽的泄漏，直接影響加熱過程中蒸汽的耗量或加熱設(shè)備的使用效率。且關(guān)系到后續(xù)凝結(jié)水回收系統(tǒng)的工作，決定著整個蒸汽系統(tǒng)與凝結(jié)水回收系統(tǒng)的使用效果。為確保加熱效率以及可能出現(xiàn)的負荷波動，通過對比實驗，最終選擇機械式疏水器。酒東聯(lián)合站在各種換熱器及蒸汽伴熱換線末端安裝疏水器共計16個。

2.2.2回收流程

酒東油田冷凝水回收系統(tǒng)具體流程如圖1。設(shè)備有冷凝水罐、疏水器、冷凝水回收泵、智能軟化水裝置等。換熱器及伴熱管線返回的冷凝水經(jīng)由疏水器分離后集中儲存至冷凝水罐，水罐體積60 m3，罐內(nèi)冷凝水溫度95℃左右，一般情況，因回收的凝結(jié)水品質(zhì)較好，冷凝水直接泵至軟化水罐與軟化水混合至60℃左右后供鍋爐使用（鍋爐供水溫度不宜過高），如此形成冷凝水循環(huán)回收利用，當檢驗水質(zhì)發(fā)現(xiàn)冷凝水不達標時，備有一套應(yīng)急管線流程，可將冷凝水泵至智能軟化水裝置進行處理，然后加以利用。

與此同時，酒東油田還將95℃冷凝水通過保溫管線引致采出水處理廠為管線伴熱及廠房供暖，增加了冷凝水的回收利用途徑，提高了能源利用率，解決了廠區(qū)保暖、管線凍堵和加藥裝置易結(jié)晶等問題。

2.2.3運行和維護

開放式冷凝水回收的關(guān)鍵是對回收水質(zhì)的控制，鍋爐給水的水質(zhì)在硬度、pH值、溶解氧三項指標有嚴格要求（10≤pH≤12、硬度≤0.03 mmol/l、溶解氧≤0.1 mg/l）。鍋爐中碳酸氫根、碳酸根受熱分解成CO2氣體進入蒸汽相，之后隨著蒸汽凝結(jié)溶解到冷凝水中形成碳酸，從而降低鍋爐水pH值。同時開放式回收使冷凝水有機會與空氣接觸，可能增加水中的溶解氧。該系統(tǒng)冷凝水回收過程中，要求每天對冷凝水及軟化水水質(zhì)三項指標進行測量，當參數(shù)偏離指標值時，采取措施來控制水質(zhì)。水質(zhì)控制的核心設(shè)備是智能軟化水裝置，該裝置含鈉離子交換機和除溶解氧裝置，當冷凝水溶解氧、硬度指標不達標時，可通過更改流程進智能軟化水裝置，達標后進軟化水罐供給鍋爐，冷凝水是潔凈的蒸餾水，在硬度指標方面，一般都會在標準值以內(nèi)。對于pH值的控制，該系統(tǒng)采用添加藥品的方法，所加藥品為磷酸三鈉。此外還要保證蒸汽使用及冷凝水回收系統(tǒng)的連續(xù)運行，且使用小開口冷凝水罐，使冷凝水回收罐處于正壓，杜絕罐內(nèi)空氣的吸入，并做好冷凝水罐的保溫，使水中氧氣溶解度降低，由此可控制冷凝水水質(zhì)。

3　經(jīng)濟效益分析

酒東油田鍋爐蒸發(fā)量冬季為4 t/h（150天）、夏季為2 t/h（200天），每天運行24 h，鍋爐熱效率為80.25%，冷凝水回收率80%（閃蒸率20%），則冬季回收2.6 t/h，夏季為1.3 t/h。冷凝水回收溫度約95℃。

圖1　酒東油田冷凝水回收利用系統(tǒng)流程圖

1）節(jié)約燃料。冬季每天回收利用熱量2273× 104kJ；夏季每天回收利用熱量1032×104kJ（95℃時飽和冷凝水熱焓為398.48 kJ/kg，改造前供水溫度：冬季7℃，水焓為34.215 kJ/kg，夏季16℃，水焓為67.740 kJ/kg）；

2）折標煤。冬天0.997 t，夏天0.439 t（1 t標煤熱值29.308×106kJ/t），每年節(jié)能量237.35 t（標煤）；折天然氣量178 458.65 m3天然氣（天然氣折標系數(shù)1.330 kgce/m3，天然氣2元/m3），每年天然氣費用35.69萬元；

3）節(jié)約水費。每年節(jié)約軟化水量1.56×104t；節(jié)約清水使用量1.64×104t（鈉離子軟化水裝置效率95%）；清水3元/t，年節(jié)約水費4.93萬元。

4）其他節(jié)約費用。回收利用前需用6 m3/h軟水器1套，消耗環(huán)氧樹脂7 t/a，消耗工業(yè)鹽60 t/a，回收利用后需2 m3/h軟水器1套，消耗環(huán)氧樹脂2 t/a，消耗工業(yè)鹽20 t/a，減少了工業(yè)鹽和環(huán)氧樹脂的消耗。并且，因減少軟化水量而減少1套4 m3/h鈉離子軟水器建設(shè)投入20萬元，使用周期為15年，每年節(jié)約投入1.33萬元。綜合減少的設(shè)備維護費、電費、人工費每年節(jié)能費用73.85萬元，見表1。

表1　冷凝水回收系統(tǒng)投運前后年費用變化

酒東油田冷凝水回收系統(tǒng)的投用后較之投運前，每年可節(jié)約能源237.35 t（標煤），減少新鮮用水16 421 t，直接間接節(jié)約成本費用73.85萬元。

該項流程中負責冷凝水回收的主要設(shè)備有冷凝水回收罐、離心泵、保溫管線、閥門等，共計投資17.5萬元，投資回收年限為0.237年，即該系統(tǒng)投用3個月就可回收這部分投資費用。

4　結(jié)論

酒東油田所采用的冷凝水回收系統(tǒng)是一種因地制宜、行之有效的節(jié)能減排設(shè)施。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1）投資成本低，操作方便，運行穩(wěn)定，維修簡單，故障率低，占地面積小。

2）可實現(xiàn)熱力系統(tǒng)接近完善的能源梯級作用。縮短了鍋爐運行時間，提高能源利用水平，節(jié)能降耗。同時，降低了煙塵排放量，減少熱污染，改善工作環(huán)境。

3）實現(xiàn)蒸汽穩(wěn)定供應(yīng)，避免管線汽阻、水擊等現(xiàn)象，能夠?qū)⑷芙庋酢H值、硬度等參數(shù)控制在變準范圍，延長鍋爐等設(shè)備和管道的使用壽命。

該系統(tǒng)的投用不僅能帶來良好的節(jié)能效果和可觀的經(jīng)濟效益，也可以產(chǎn)生良好的環(huán)境效益和社會效益，適合具有類似情況的單位推廣使用。

［1］湯鳳，尹顯錄，胡念武，等.蒸汽鍋爐冷凝水回收控制方法及效益分析［J］.工業(yè)鍋爐，2008（4）：32-35.

［2］章建華，王偉，金蘊智，等.蒸汽熱力系統(tǒng)冷凝水及乏汽回收實踐與分析［J］.節(jié)能，2011（7）：99-100.

［3］鄭淵蔚，倪三明，趙丹華.鍋爐冷凝水開閉式回收效益分析［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2013（3）：64-67.

北京石油開啟“質(zhì)量月”活動

中石化北京石油公司2015年9月開啟多項“質(zhì)量月”活動，加大宣傳力度，各加油站、油庫等一線窗口都懸掛了橫幅，提醒員工提高質(zhì)量意識，歡迎顧客監(jiān)督。同時該公司以各部門、各片區(qū)、加油站為單位開展全員培訓，一線員工重點培訓工作流程、質(zhì)量抽檢規(guī)定及應(yīng)急預案，機關(guān)員工重點培訓油品知識、質(zhì)量管理制度及法律法規(guī)等內(nèi)容，以明確各崗位的制度、流程和職責，普及質(zhì)量知識，提高全員質(zhì)量意識。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.021

2015-07-17）

張作鵬，工程師，2007年畢業(yè)于長江大學（石油工程專業(yè)），從事油田生產(chǎn)管理工作，E-mail：ymzzp@petrochina.com. cn，地址：甘肅省酒泉市肅州區(qū)油田檔案樓，735000。