大庆油田油气站场生产厂房采暖节能措施研究.pdf

石油石化节能与计量 https:/孙海英等：大庆油田油气站场生产厂房采暖节能措施研究 第 13卷第 11期（2023-11）大庆油田地处高寒地区，为满足生产运行需求，原油站场厂房内均设置了采暖设施，采暖温度通常设定为 516 1-3。但在生产过程中，厂房的流动介质及运行的机泵均会向室内散热。若在采暖大庆油田油气站场生产厂房采暖节能措施研究孙海英1李玉春1李蛟鸾1王钦胜2孟岚1（1.大庆油田设计院有限公司；2.大庆油田质量安全环保部）摘要：大庆油田地处高寒地区，在冬季，油气站场生产厂房内的采暖设施、工艺管道和机泵在运行过程中均会向周围散热，导致生产厂房内温度偏高，造成能源的浪费。为降低厂房采暖用热，提高热效率，通过对生产厂房内散热源及散热量的详细分析，生产厂房内工艺设施散热量占厂房总采暖负荷的 40%以上。因此，在满足工艺要求和生产操作的前提下，优化管道保温设计、降低室内采暖温度，充分利用工艺设施散热后厂房内采暖设施可减少 40%50%，对于大型厂房可取消采暖设施，降低采暖用热量。经实测采取节能措施后室内采暖温度满足生产要求，并且每年可节约天然气 1 400104m3，实现了节能降耗的目的。关键词：生产厂房；采暖；工艺散热；保温设计优化；节能措施DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2023.11.013Research on the heating and energy conservation measures of production plant in oiland gas station of Daqing oilfieldSUN Haiying1，LI Yuchun1，LI Jiaoluan1，WANG Qinsheng2，MENG Lan11Daqing Oilfield Design Institute Co，Ltd2Quality，Safety and Environmental Protection Department of Daqing OilfieldAbstract：The Daqing oilfield is located in a high alpine areaIn winter，the heating facilities，pro-cess pipeline and pumps in the production plant of an oil and gas station will be dissipated heat to thesurrounding area during operation，resulting in high temperature in the production plant and wastingenergyIn order to reduce the heating for production plant and improve the heat efficiency，throughdetailed analysis of the heat sources and heat dissipation in the production plant，the heat dissipation ofprocess facilities in the production plant accounts for more than 40%of the total heating load of the plantHence，on the premise of meeting the process requirements and production operation，optimizingthe pipe insulation design，reducing the indoor heating temperature and making full use of the processfacilities to dissipate heat in the plant heating facilities can be reduced by 40%50%For large plants，heating facilities can be canceled to reduce the heatAfter measuring the energy conservation measurestaken，the indoor heating temperature meets the production requirements，and it can be saved1 400104m3natural gas per year，which realizes the purpose of energy conservation and consumption re-ductionKeywords：production plant；heating；process heat dissipation；thermal insulation design optimiza-tion；energy conservation measures第一作者简介：孙海英，高级工程师，2005 年毕业于大庆石油学院（油气储运专业），从事原油集输处理及储运工作，13059098808，sunhaiying_，黑龙江省大庆市让胡路区西苑街 48号，163712。引文：孙海英，李玉春，李蛟鸾，等大庆油田油气站场生产厂房采暖节能措施研究J石油石化节能与计量，2023，13（11）：56-60.SUN Haiying，LI Yuchun，LI Jiaoluan，et alResearch on the heating and energy conservation measures of production plantin oil and gas station of Daqing oilfieldJ Energy Conservation and Measurement in Petroleum&Petrochemical Industry，2023，13（11）：56-60.56管理实践/Management&Practice石油石化节能与计量 https:/设计中未能充分考虑此部分工艺散热就会导致冬季生产时厂房内温度偏高，造成能源浪费4-5。以往的研究中针对工业厂房采暖设计提出了多项措施，其中包括合理选择采暖负荷计算方法6、优选采暖介质7、优化采暖等方式以提高热效率。例如采用电辐射板、可控温的红外线燃气辐射8-9以及太阳能采暖系统10等方式做到节约能源、降低生产运行成本的目的。但以上研究均是从工业厂房采暖设计角度提出了各种措施，均未将采暖设计与工艺散热相关联，也未提出工艺散热综合利用措施。为降低厂房采暖用热，同时不对厂房进行改造，通过对不同规模站场的各类厂房内工艺过程、采暖用热量、管道中流动不同介质时在保温与不保温条件下的温降和散热量的计算，并在最冷月跟踪监测不同类生产厂房室内温度，经对比分析表明，在满足工艺用热的前提下，对已建厂房优化管道的保温设计，充分利用工艺无效散热补偿采暖用热，优化采暖设计多专业协同操作，同时依据工艺散热分析结果及室内采暖温度界限，通过生产管理等手段调节采暖用水量或关停采暖设施实现采暖节能，并满足操作维修对环境温度的需要。1生产厂房内散热源及散热量分析1.1散热源分析原油站场生产厂房内通常设有机泵、管道及附件等，厂房内主要工艺介质为原油、含水油、含油污水、清水及伴生气，介质操作温度为 580，除未经加热的清水及伴生气外，原油、含水油、含油污水、掺水及伴热用水的温度均高于室内环境温度，在生产过程中此类热介质会通过管道及管阀件外壁向室内散热，同时厂房内运行的机泵也会向室内散热。因此，生产厂房内机泵、管道、管阀件均为散热源。1.2散热量分析1.2.1管道散热量计算每米管道散热量计算公式见式（1）：Q=Kd()ta-t0（1）式中：Q为单位长度管道散热量，W；K为总传热系数，W/m；d为管道外径，m；ta为介质平均温度，；t0为周围环境温度，。1.2.2管道附件散热量计算为简化计算，管道附件只考虑阀门及法兰的散热，并将其折算为当量管道长度并按照管道散热量公式计算散热量，管道附件的折算长度见表 1。表 1管道附件的折算长度Tab.1 Converted length of pipe accessories管道附件名称法兰蝶阀球阀截止阀/个闸阀/个数量21111折算管道长度/m0.460.700.801.221.30注：表中阀门折算长度指阀体折算长度，不包括法兰。1.2.3管道散热量简化计算方法为进一步简化计算，方便工程应用，计算公式中采用管道散热系数，对公式（1）进行简化，得出以下管道散热量计算公式：Q=Lt（2）式中：为管道散热系数，W/m；L为 管道长度，m；t为 管 道 内 介 质 温 度 与 环 境 温 度 的 差值，。管道散热量系数即管道内介质温度与室内环境温度相差 1时单位长度管线表面散失的热量，室内管道散热量系数经验值见表 2。表 2室内管道散热量系数经验值Tab.2 Heat dissipation coefficient and experiencevalue of indoor pipeline管道公称直径2540506580100150200250300350400500保温管道散热系数/(Wm-1)保温厚度30 mm0.320.400.460.490.560.690.911.181.421.641.842.082.51保温厚度40 mm0.270.330.380.410.460.560.730.941.121.291.451.631.97保温厚度50 mm0.250.290.330.360.400.480.620.780.941.081.201.351.64不保温管道散热系数/(Wm-1)3.664.555.113.034.046.6510.1312.5514.5416.2617.6719.4922.541.2.4电动机散热量计算生产厂房内运转的电动机会向周围环境散热，散热量计算：Q=1234N()1-（3）式中：Q为电动机散热量，kW；1为电动机容量利用系数，电动设备最大实耗功率与安装功率之57石油石化节能与计量 https:/孙海英等：大庆油田油气站场生产厂房采暖节能措施研究 第 13卷第 11期（2023-11）比，一般可取 0.70.9；2为负荷系数，电动设备小时平均实耗功率与设计最大实耗功率之比，一般可取 0.50.8；3为同时使用系数，即房间内同时使用的安装功率与总安装功率之比；4为考虑排风带走热量的系数，一般可取 0.5；N为电动机安装功率（应按厂房内连续运行的机组最低配置情况下的装机功率确定）kW；为电动机效率，与电动机型号、负荷情况有关，一般取 0.750.9。由以上公式可计算出生产厂房内工艺设施的散热量。2工艺优化措施2.1管道保温设计优化在生产过程中，转油站主要介质为未脱气原油、含水油、伴生气，转油放水站主要介质增加了含油污水，脱水站主要介质为净化油、伴生气及含油污水。结合工艺过程对原油站场厂房内油水管道在保温和不保温两种情况下散热量及介质温降进行计算，结果表明不同工艺介质由于温度、流量、管道规格、长度等不同的保温管道温降为 0.53，不保温管道温降为 410。原油在整个生产过程中需要一定的热量用于脱水和输送，伴生气温度低且热值低对散热贡献很小，可忽略，含油污水需维持一定温度满足输送和污水处理要求，但原油处理站场污水温度通常在 40 左右，高于污水处理需要，污水管道室内按不保温计算温降约在 4 左右，此温降不影响污水处理和输送。由此确定室内含油污水管道、天然气管道按不保温设计；含水油管道、净化油管道、污油管道、掺水（热洗）管道、进行保温设计。优化后污水管道取消保温层后增加了散热量，进一步降低采暖用热，对生产没有任何影响。2.2降低室内采暖温度工业企业设计卫生标准 GBZ12010提出的冬季寒冷环境工作地点采暖温度不应低于 5 的要求是基于室内工作人员的劳动强度、工作时间以及工作人员人均占有的面积决定的。在站场正常运行过程中，工作人员在生产厂房内的工作主要是生产操作、巡检及维修。随着油田自动化、智能化水平的提高，站场实施“集中监控、定期巡检”及“无人值守”的管理方式，工作人员在生产厂房内的工作时间大大减少，因此生产厂房采暖温度在 油田油气集输设计规范 GB 503502015推荐采暖温度的基础上降低 24，且罐前（间）阀室、阀组间不设采暖设施。3采暖节能措施实施情况3.1新建站场厂房选取 5 个典型新建原油站场，对站场内主要厂房计算采暖热负荷及工艺设施散热负荷进行计算，对站场规模较大的厂房，如转油放水站、脱水站的油水泵房、操作间，因设备及管道数量多，管道规格大，工艺设施散热量大，工艺散热满足采暖用热，取消了采暖设施的设计。对于站场规模较小的生产厂房，如转油站油水泵房，因工艺设施较少，散热量小，需设采暖设施，但考虑了工艺散热，可以减少散热片的数量。并选择环境温度较低的 1月份对生产厂房内实际温度进行了监测。典型站场厂房采暖计算与实测结果对比见表 3。通过实例分析可知，经过对原油站场生产厂房内工艺设施散热的详细计算，并结合工艺管道保温设计及采暖温度的优化措施，对于工艺生产设施相对集中的生产厂房通过工艺散热可补偿室内采暖用表 3典型站场厂房采暖计算与实测结果对比Tab.3 Comparison between heating calculation and measured results of production plant in typical station项目建筑面积/m2设计采暖温度/计算采暖热负荷/kW管线散热量/kW电动机散热量/kW工艺散热量合计/kW设计采暖热负荷/kW采暖节约燃料气量/104m3实测室内温度/1#转油站油水泵房180.01448.532.43.836.212.31.714.52#转油站油水泵房387.11469.662.26.969.13.216.61#转油放水站油水泵房及容器操作间870.514132.0123.920.3144.26.717.22#转油放水站油水泵房及容器操作间764.214116.2108.611.2119.85.616.91#脱水站容器操作间913.514137.0118.38.3126.65.918.358管理实践/Management&Practice石油石化节能与计量 https:/热，不再设置采暖设施。经过跟踪实测，生产厂房内温度满足生产要求。3.2已建站场厂房为了进一步确定已建站场生产厂房内工艺设施散热对室内采暖的贡献，选取了已建的 7座典型站场进行分析，给出了工艺厂房内工艺设施散热占总采暖热负荷比例以及考虑工艺设施散热效果后节约的燃气量。厂房内工艺设施散热及应用效果见表4，可见不同规模站场工艺厂房内工艺设施散热不同，小型转油站工艺设施散热量占采暖用热量的42%53%，即可节约同比例的采暖用热负荷。大型站场生产厂房内工艺设施散热量与采暖用热量相当，可取消采暖设计。根据结论研究，各单位对生产厂房采暖用热进行精细化管理，动态监测厂房室内温度，充分利用工艺散热，关停部分或全部暖气片，将室温控制在设计范围内。经过冬季跟踪实测，生产厂房内温度均满足生产需求。4结论大庆油田自 2016 年起，新建的大中型原油站场均应用了优化后的采暖设计方式，对生产设施散热进行了精确计算，用于补偿厂房采暖用热。对于站场规模较小工艺设施较少的生产厂房，工艺散热不能满足全部采暖用热时，设置了少量采暖设施。对于站场规模较大工艺设施较多的生产厂房，工艺散热能满足全部采暖用热时，生产厂房取消采暖设施，以上生产厂房通常包括油气阀组间、油水泵房、容器操作间。经过冬季最冷月对生产厂房内温度实测验证，室内温度 1018，能够满足生产需求，实施效果达到预期。根据分析结果对已建站场生产厂房内采暖设施进行了优化调整，关停大部分采暖设施，油田 400 多座原油站场在充分利用工艺散热后，关停部分或全部采暖设施，降低采暖热负荷，年可节约天然气 1 400104m3实现了节能减耗、降本增效的目标。参考文献：1 中华人民共和国卫生部工业企业设计卫生标准：GBZ 12010S北京：中国计划出版社，2010：8-9Ministry of Health，P.R.ChinaHeath standards for the de-sign of industrial enterprises：GBZ 12010S Beijing：China Planning Press，2010：8-92 中华人民共和国住房和城乡建设部油田油气集输设计规 范：GB 503502015S 北 京：中 国 计 划 出 版 社，2015：71-73Ministry of Housing and Urban Rural Development，P RChina Rules for the design of oil and gas gathering andtransportationsystemsinoilfield：GB503502015SBeijing：China Planning Press，2015：71-733 中华人民共和国住房和城乡建设部工业建筑供暖通风与空气调节设计规范：GB 500192015S北京：中国计划出版社，2015：6-8Ministry of Housing and Urban Rural Development，P RChinaRules for heating ventilation and air regulation designof industrial buildings：GB 50019 2015S Beijing：China Planning Press，2015：6-84 中华人民共和国工业和信息化部化工采暖通风与空气调节设计规范：HG/T 206982009S北京：中国计划出版社，2010：4-6Ministry of Industry and Information Technology，P RChinaRules for heating ventilation and air regulation designfor petrochemical：HG/T 206982009S Beijing：ChinaPlanning Press，2010：4-65 中华人民共和国工业和信息化部石油化工采暖通风与空气调节设计规范：SH/T30042011S北京：中国计划出版社，2011：1-3Ministry of Industry and Information Technology，P RChinaRules for heating ventilation and air regulation designfor petrochemical：SH/T 30042011S Beijing：China表 4厂房内工艺设施散热及应用效果Tab.4 Heat dissipation of process facilities and application effect in production plant站场类别1#转油站2#转油站3#转油站1#转油放水站2#转油放水站3#转油放水站4#转油放水站建设规模/(td-1)10 0006 0004 00020 00015 00019 00016 000厂房名称油水泵房油水泵房油水泵房油水泵房及容器操作间油水泵房容器操作间水泵房及容器操作间油水泵房及容器操作间采暖所需负荷/kW90.068.148.0214.0163.060.0226.0163.3工艺设施散热量/kW59.036.721.0226.0168.026.0224.0162.0实际采暖热负荷/kW31.031.427.034.0工艺散热量比例/%65.553.842.0105.6103.143.399.199.2采暖节约燃料气量/104m32.71.71.09.97.61.210.47.5实测室内温度/14.115.216.615.814.713.118.316.959石油石化节能与计量 https:/孙海英等：大庆油田油气站场生产厂房采暖节能措施研究 第 13卷第 11期（2023-11）Planning Press，2011：1-36 张邵琼工业厂房暖通设计中应注意的几个问题J科技风，2020（10）：160ZHANG Shaoqiong Some problems in HVAC design of in-dustrial buildingJTechnology Wind，2020（10）：1607 屈志敏论工业厂房采暖设计J建材与装饰，2017（30）：113-114QU Zhimin Talk about the heating design of industrialbuildingJ Construction Materials&Decoration，2017（30）：113-1148 陈琳琳工业厂房的暖通设计及其注意事项J天津化工，2020（2）：81-82CHEN LinlinHVAC Design and considerations in industri-albuildingJTianjinChemicalIndustry，2020（2）：81-829 顾金松燃气热辐射采暖在工业厂房应用与设计注意事项J 中国新技术新产品，2017（6）：118-119GU Jinsong Precautions of gas thermal radiation heating inthe application and design of industrial buildingJ NewTechnologies&Products of China，2017（6）：118-11910 于克成，谭羽非，张金冬，等北方工业厂房太阳能采暖 系 统 设 计 与 现 场 测 试 分 析 J 区 域 供 热，2018（5）：52-57YU Kecheng，TAN Yufei，ZHANG Jindong，et alAnal-ysis of the design and field test of solar heating system for in-dustrial building in North ChinaJDistrict Heating，2018（5）：52-57收稿日期2023-07-01（编辑王斐然）（上接第 55页）4 弭宝忠，张格云，赵吉乐，等电动潜油螺杆泵在疑难井中的应用J石油机械，2014（1）：36-37.MI Baozhong，ZHANG Geyun，ZHAO Jile，et alAppli-cation of electric submersible screw pump in difficult wellsJChina Petroleum Machinery，2014（1）：36-37.5 陈德春，姚亚，吕飞，等基于电参数的潜油电泵井动液面计算模型J特种油气藏，2017（4）：157-158.CHEN Dechun，YAO Ya，LYU Fei，et al Calculationmodel of dynamic fluid level of submersible electric pumpwell based on electric parametersJ Special Oil and GasReservoirs，2017（4）：157-158.6 马源潜油电泵变频调速系统存在的问题与优化J中国设备工程，2022（17）：98-99.MA Yuan Problems existing and optimization of variablefrequency speed control system of submersible electric pumpJChina Plant Engineering，2022（17）：98-99.7 刘冰油田机械采油工艺技术分析J中国科技期刊数据库工业 A，2020（4）：164.LIU BingAnalysis of mechanical oil recovery technology inoilfieldJIndustry A of Database of Chinese Sci-tech Peri-odicals，2020（4）：164.8 全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会潜油电泵机组：GB/T 167502015S北京：中国标准出版社，2015：35-41.National Oil Drilling Equipment and Standardization Techni-cal Committee Submersible electric pump unit：GB/T167502015S Beijing：StandardsPressofChina，2015：35-41.9 采油采气标准化委员会潜油电泵选井原则及选泵设计方 法：SY/T 59042014S 北 京：石 油 工 业 出 版 社，2004：5-6.Standardization Committee of Oil and Gas ProductionSelec-tion principle of submersible electric pump well and the de-sign method of pump selection：SY/T 59042014SBei-jing：Petroleum Industry Press，2004：5-6.10 李文超潜油电泵系统效率影响因素分析及改善J中国设备工程，2022（14）：101-102.LI WenchaoAnalysis and improvement of influencing fac-tors on the efficiency of electric submersible pump systemJChina Plant Engineering，2022（14）：101-102.收稿日期2023-07-12（编辑杜丽华）60