大慶油田某脫水站的節能優化改造

董潔楠 （大慶油田設計院有限公司）

1 已建站場存在問題

大慶油田某脫水站始建于1988 年，目前已運行35 a，隨著運行時間的延長，站內存在部分設備出現老化、管網腐蝕穿孔、設備和廠房布局混亂等問題[1-2]。

1.1 設備及管線腐蝕嚴重

該脫水站地上地下管道數量眾多，埋地管道數量占比可達60%，地下管網縱橫交織，且報廢和運行管道多層重疊。另外，某些站內管網受地勢低洼和采出液見聚等因素影響，管網內外腐蝕速率加快，管網出現多點腐蝕。通過對該站150 余條管線進行超聲檢測，共發現25 條輕微缺陷，51 條中度缺陷，47 條嚴重缺陷，發現中等減薄點160 處，嚴重減薄點29 處。為保證生產，主工藝管道需連續運行，停產施工難度大。因此，對于腐蝕嚴重的主工藝管線，站內多采用黏補、打卡子等維修方式進行堵漏，但維修過程及維修后都存在安全隱患。

另外，站內設備本體及附件存在嚴重的腐蝕老化現象。脫水器罐壁腐蝕嚴重，部分腐蝕坑洞甚至超出設備設計腐蝕裕量；儲罐出現罐頂腐蝕減薄，內部伴熱盤管腐蝕穿孔，罐頂安全閥、呼吸閥阻火器銹蝕，沉降罐外保溫腐蝕破損等問題[3]。加熱爐經過長期運行，造成盤管淤積、腐蝕嚴重、壁厚減薄甚至穿孔，爐管結垢局部過熱，熱效率下降、提溫困難，無法滿足生產用熱需求。

1.2 自控系統點位缺失

自控系統設計已經部分不符合最新標準規范的要求，存在自控點缺失、部分自控參數點采集不合理、不能實現遠程操作等問題。并且由于使用年限長，很多現場儀表出現故障。站內重點崗位、場所的攝像頭覆蓋數量少，存在監控盲區，無法保障站內員工和設施設備的安全。同時，對于該脫水站，采用傳統布站模式，進行分崗管理。因此，值守人員較多，造成人力資源緊張[4]。

1.3 設備低負荷率高能耗運行

因產液結構發生變化。該站設施已無法滿足現階段的生產要求。如分離器、機泵、加熱爐等，負荷率僅為10%～50%，生產內耗偏高，噸油耗電5.17 kWh，高于全廠脫水站平均指標3.45 kWh，噸油耗氣11.36 m3，標煤單耗達到15.61 kgce/t，均為全廠單耗最高值。且該站老化失效設備占比高、運行故障率高、日常運行維修成本高，年噸油運行成本184.47 元，是全廠聯合站平均生產運行成本的2.54 倍。

2 優化改造措施

針對該脫水站存在問題進行整體性更新改造，利用已建站址，通過優化站場平面、實施集中監控、合理施工工序、采取臨時施工等，消除安全隱患問題，更新腐蝕老化設施，達到預期改造目的。

2.1 方案比選

根據該站已建平面布局及設備使用情況，本著合理平面布局、優化工藝流程和施工期間生產平穩安全的原則，編制兩個改造施工方案并進行比選。

方案一：功能區整體優化。該方案改造中采取站內功能區之間重新布局的思路，進行功能整合和分區管理，對同類型的油氣閥組進出站區、油水泵輸區、容器區進行整合，同步優化工藝設計。站內各類管網整體新建，生產建筑及土建設施重新布局。老化設備更新和大修改造，改造后可徹底消除管網腐蝕穿孔、設備故障老化等隱患問題。

方案二：功能區局部整合。更新維護站內老化設備容器，整體更新站內管網，局部更新老化房屋，優化站內工藝。

方案一臨時施工投資少、生產影響小，采取拆一建一的施工方式，施工過程中僅需開列新老設備上下游流程臨時銜接管道工程量。全站停產次數較少，施工過程中主體流程均為已建或新建的正式流程，生產保障程度高。改造并利用部分設備和廠房拆除后空余位置布置平面，整體平面布局緊湊有序，管理點集中，便于生產管理、巡檢、取樣等。方案二采用原地更新建設方式，為不影響正常生產運行，建設過程中采用臨時管道搭接、臨時操作間，施工停產次數多，臨時施工投資較多。管理點位較為分散，巡檢及生產難度較大。兩方案能耗及投資對比見表1。根據方案對比，方案一更占優勢。

表1 兩方案能耗及投資對比Tab.1 Comparison of energy consumption and investment between two schemes

2.2 數字化站場建設

該脫水站為大型站場，此次改造對照最新站場集中監控規定，并按照“大型站場，少人值守”的設計原則，結合該站已建自控系統的實際情況，對該站實施集中監控、少人值守改造。主要改造內容包括：增加需頻繁操作的流程和應急事故流程的遠程操控設置；增設測溫測壓點位以滿足生產分析和報表生成需求；應用加熱爐爐效優化及數據采集等技術，實現設備運行在線分析的功能；通過安裝變頻器及電動閥，達到機泵遠程啟停的目的。改造前，該站共設置自控點位24 處，改造后，共設置自控點位106 處，成功實現脫水站少人值守。該站采用“多崗合并，集中監控”的建設模式，取消分崗PLC 就地機柜間，統一在中控室集中監控。擴容中控室PLC 控制系統，取消各崗老舊PLC 控制系統，將各崗機柜間內PLC 控制系統遷至已建中控室[5-7]。該脫水站已建各類操作崗位8 個，合崗后，取消操作崗4 個。同時，將該脫水站作為區域集中監控中心，與附近其他2 座已建站場共用1 座中心控制室，實現多站聯合集中監控，達到提高油田自動化生產管理水平、優化人力資源、降低油田生產成本的目的，共核減定員5 人，年節約用工成本約40 萬元。

2.3 簡化工藝流程

該脫水站目前采用“一段游離水重力沉降＋二段電化學脫水兩段式”流程，是油田最成熟、可靠的處理工藝，具有穩定性高、適應能力強、生產操作經驗豐富等優點，因此改造主工藝仍采用此工藝流程[8]。該脫水站所轄水驅轉油站和聚驅轉油站，需處理水驅和聚驅兩種來液，原流程為一段脫水和二段脫水，水驅來液和聚驅來液均分開處理。此次改造，為了優化簡化流程，根據目前的水驅和聚驅來液情況以及后續產能開發預測，對2 種情況進行核算：

1）水、聚驅來液分開處理，一段處理所需水驅游離水脫除器2 臺、聚驅游離水脫除器1 臺、備用游離水脫除器1 臺。二段處理需水驅電脫水器1 臺、聚驅電脫水器1 臺、備用電脫水器1 臺，且設備負荷率偏低。

2）一段脫水處理工藝不變，二段脫水優化為水驅來液和聚驅來液合并處理，二段脫水所需電脫水器為2 臺，較分開處理工藝時少建設1 臺，還減少脫水加熱爐1 臺。

經過投資成本、運行是否穩定、水質是否達標等因素的綜合考慮，選用第2 種方式，共節省新建設備投資約120 萬元，節省氣量為1.8×104Nm3/a，設備負荷率由40%提高到90%以上。優化后工藝流程見圖1。

圖1 優化后工藝流程Fig.1 Process flow after optimization

對站內各類藥劑的存儲進行優化整合，取消化藥間，藥品儲存天數增加到3 d，加藥泵直接抽吸藥罐內藥液，不需要人工添加；增設儲罐進藥管道，在加藥間室外設置快開接頭，外運藥劑拉運至該站采用移動式自吸泵輸至藥罐，不需要人工搬運藥桶，極大減輕工人勞動強度，方便日常生產管理；藥罐統一設置出氣口至室外，最大化降低藥品揮發導致氣味大的問題，減少對工人的身體損害。

2.4 應用新設備，節能降耗

該脫水站所屬區塊采出液油水乳化程度高，界面性質復雜，采出液中機械雜質和成垢物質多，極易造成油氣水處理設備聚結填料堵塞。應用可再生填料游離水脫除器，其內部填料采用管式蜂窩狀陶瓷填料，具有很好的人工再生功能，有效地解決了填料淤積后的恢復問題。應用后，設備處理能力提高35%，減少新建游離水脫除器數量，減少投資80.8 萬元，同時由于實現填料再生，減少更換填料的費用。

針對采出液導電性強導致電場運行不平穩、易于跨電場等問題，采用高效組合電極電脫水器，進液多管分支結構實現均勻布液，組合電極實現脫水電場從弱到強多層次梯度布置，保證設備平穩運行。同時為進一步提高脫水電場運行的穩定性，開發了對復雜乳狀液適應性更強的脈沖脫水供電裝置，與水滴固有振蕩頻率相接近的脈沖電場頻率可使液滴產生諧振，更利于破乳脫水，確保電場運行穩定。采出液經電脫水處理后，油中含水率在0.3%以下，滿足外輸要求。

應用節能提效加熱緩沖裝置，采用單火筒、粗煙管結構，且在煙箱尾部增加余熱利用裝置，與傳統的采用雙火筒、粗煙管結構的加熱緩沖裝置相比，具有更好的節能效果及換熱效率。裝置內的被加熱介質首先在余熱利用裝置中的管程內與高溫煙氣充分換熱，提升一定溫度，然后流入裝置殼體內進行二次升溫。加熱緩沖裝置熱效率可達到90%以上，節省燃料氣10%以上。同時，余熱利用裝置可對加熱爐產生的高溫煙氣進行冷凝換熱處理，避免將高溫煙氣直接排入大氣，減少環境污染。應用新設備效果統計對比見表2。

表2 應用新設備效果統計對比Tab.2 Comparison of effect statistics applying new equipment

2.5 采用模塊化設計

該脫水站屬于大型站場，平面布局復雜，使用的設備種類和數量眾多。在施工圖設計中，以廠區平面為基本框架，設計單體采用從模塊中挑選和組合，如分離器模塊、加熱爐模塊、進站閥組模塊、機泵模塊等，再通過模塊安裝圖完成管網的銜接。以站場生產單元的安裝形式、接口、方位、尺寸等重要參數為設計的基本點，能夠減少設計人員重復進行的安裝圖設計，提高設計復用率及設計效率[9]。應用模塊化在縮短了設計周期的同時，也可實現工廠化預制，良好的工裝設施，可以保證產品質量，降低安全風險；工廠化預制實現地面組裝，減少高空作業，有效化解了高空施工帶來的風險，也可大量減少施工材料、設備在現場所占作業空間，創造了良好的作業環境，縮短了施工工期[10]。該次改造縮短了工期40 d，加快建設、投產速度，實現當年改造、當年投產，新井貢獻率由30%提高到35%。

3 結論

面對已建站場普遍存在的站內設備及管線腐蝕嚴重、站內自控系統點位缺失、站內設備低負荷率高能耗運行等問題，文中以某典型已建站場為例，對其存在的上述問題進行分析，并結合該站實際情況，通過積極應用新工藝、新設備，通過多方案比選，簡化優化站內工藝和站場布局，堅持安全、環保、節能優先的設計原則，選用新型加熱緩沖裝置和脫水器，創新設計方法，采用模塊化設計，實施站場集中監控。通過應用以上優化節能技術，既節省了建設投資，又降低了能耗和運行成本，取得了明顯的經濟效益和社會效益，也為其他已建站場的優化改造提供了借鑒和參考。