目前, 对于油田伴生气——二氧化碳的加工, 主要依托于提纯加工装置来完成, 以这一点为入手点, 针对环境温度因素、原料气压力因素进行能耗节点分析可以大大降低加工成本。能耗节点分析需要与现实状况相结合, 制定出更加适宜的对策, 以提高油田伴生气的加工价值。
在二氧化碳的提纯加工中, 共涉及到2个能耗要素与8个控制点, 2个能耗要素分别为“耗电”要素与“耗油”要素, 其中:耗电是指生产用电消耗, 其包含了5个控制点, 即氨螺杆机、油泵、风机、喷淋泵、回流泵;耗油则是指再生用油, 其包含了3个控制点, 即再生频率、再生时间、设备状况。
梳理这些生产作业中各控制要点的能耗并进行分析, 可以发现采取如下控制措施可以大大节省电耗与油耗, 降低二氧化碳产品的加工成本: (1) 针对氨螺杆机, 可以在夏天保持吸气压力为0.2MPa、排气压力为1.4MPa、油温为40~45℃;冬天保持吸气压力为0.3MPa、排气压力为1.3MPa、油温为38~41℃。 (2) 针对油泵, 可保持油压差在0.15MPa左右, 勤加清洗油滤器。 (3) 针对风机, 要综合考虑机组的压力与温度, 及时开启与关闭风机, 尽可能地开启喷淋泵, 为机组降温, 缩短风机运行时间, 以节省能耗。 (4) 针对喷淋机, 可将其与风机搭配使用, 根据时间状况配合开启与关闭喷淋机, 在情况允许的前提下, 优选喷淋机, 以冷却水降低机组温度, 如此不仅可以降低能耗, 所取得的冷却效果比风吹更好。 (5) 针对回流泵, 应根据蒸馏塔顶的温度决定何时开启与关闭, 并且还应对回流泵进行定期保养与维护, 以免其发生泄漏问题, 此外还应注意回流泵不得空载运行。 (6) 针对再生频率, 应该调节回流量并对蒸馏塔顶与蒸馏塔底的温度进行严格的控制, 对于吸附塔的进气水分, 应尽量减少, 必要时应严格执行倒塔操作。 (7) 针对再生时间, 应基于蒸馏塔温度为再生尾气量进行严格的控制, 同时尾气压力应保证不得低于1.9MPa;对于导热油的升温时间, 应尽量缩短, 以免再生时间过长。 (8) 针对设备状态, 应定期做好清洗、维护与保养, 诸如油泵和油嘴应多加清洗与校验, 炉膛除了需要定期清理还需要定期维护保养, 油嘴在有必要时可以根据再生需求进行更换。
在理想状态下, 若保持温度恒定, 则一定量的气体其压力与体积的乘积应该是恒量不变的。基于这一理想方程, 生产过程中若是原料气压力降低, 则气体体积将会膨胀, 密度也会变小, 所带来的结果便是单位时间内加工量的减少以及产品能耗的明显增加。
一般情况下, 天然二氧化碳在正常工况下具有4.2~4.4MPa左右的系统压力, 吸附塔的出口流量则为5×103Nm3/h。改变原料气压力, 使其低于4MPa, 并使吸附塔出口流量降低到2.5×103Nm3/h以下, 则氨螺杆机组的荷载量将会降低10%左右, 供氨量也会减少5%左右。若吸气压力能够达到0.2MPa, 则调节前后单位产品的能耗基本上可以保持平衡, 而螺杆机组每小时节省的电耗可以达到27k Wh, 电流也会降低40A。简单地说, 按照工况适当调整操作参数可以确保不同工况下能耗的有效降低。此外, 若是压力保持不变, 则可以利用动力设备在实际运行中存在的“余量”来减少能耗, 一般情况下, 在设计压力范围中可以使用双机来代替淡季, 不仅功率可以大大提高, 也可以有效节约水电和柴油的消耗。以华东油气田下属的黄桥油田为例, 其使用单机运行电动机时, 单位 (100t) 成品气所消耗的电量要比双机情况下多1.2×103k Wh, 耗水量多2t, 柴油消耗量多14L。
提纯与加工二氧化碳的过程, 实际上是外部向内部施加能量的过程, 在生产装置中循环利用制冷系统可以为二氧化碳提供冷量、热量, 二氧化碳与其他杂质在蒸发与冷凝的过程中被分离开来, 实现去除杂质的目的。对于提纯装置而言, 外部环境温度的变化可以为其生产效率带来较大的影响, 若能充分利用环境温度这一要素, 则能降低单位产品的能耗。
一般而言, 夏季温度较高, 产品能耗会随之升高, 而冬季温度较低, 产品能耗也会随之降低。1月的产品能耗明显低于8月的产品能耗, 最多时这种差距甚至可以达到50%。若夏季环境温度≥30℃, 则蒸发式冷凝器中的冷却水会大量蒸发, 换热效果将会显著下降, 单位时间内的能耗显著上升, 产品则随之减少。对比不同环境温度下的生产能耗, 可以发现在原料气压力与工况均相同的情况下, 温度越高则耗电量越大。假设水温≤29℃, 气温≥34℃, 机组电流将会上升10A左右, 单位耗电量也会增加大约5k Wh;假设水温≥33℃, 气温≥34℃, 则单位时间内电流上升25A, 耗电量增加17k Wh。综上所述, 在二氧化碳加工过程中, 通过较低的环境温度来促进介质与介质之间的换温, 提高加工效率的同时还能降低加工成本。
能耗节点分析有助于油田伴生气加工能耗的有效降低, 对加工成本降低有显著促进效果, 油田企业应加以应用, 为企业获得更多的利益。
摘要：在原油开采过程中通常会伴生有大量的二氧化碳气体, 这种温室气体被排入空气中, 加重了温室效应给全球带来的影响。事实上伴生气体是有一定利用价值的, 在开采原油时可以使用相关设备捕捉并将之净化, 压注入地下以提高油田的石油开采量。当然, 在加工伴生气的过程中会消耗大量的动力费用, 也正是因为成本高昂限制了我国的伴生气加工。本文试以能耗节点分析为研究对象, 试探究其在油田伴生气加工中的具体应用。
关键词：能耗节点分析,油田伴生气,加工过程,应用效果
[1] 胡冠珠.通过节点分析与综合调整降低集输系统能耗[J].石油石化节能, 2013, (09) .
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