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1、林区拉油井组储罐原油电加热应用研究郭培杰 续博 燕海洲（长庆实业集团葫芦河项目组）摘要：电能是一种干净清洁的二次能源，甘 肃合水地区境内存在大范 围的林场，出于 对林业资源的保护以及节约利用能源的考虑，作 业区利用该地区电 网大面积覆盖的优势，利用 电加热水循环系统对拉油井组储罐原油进行加温，使 储罐原油温度保持在 30以上，在保 证正常原油拉运的前提下，既降低了对环境的 污染，又减少了投 资成本，达到了节能降耗，经济开发的目的。关键词：电能；电加热器；设备选型；节能降耗1 引言在原油生产中，有些区块油井由于地处偏远无法进入油田的原油管道集中输送，只能在井口安装原油储灌(每口井安装 12 个
2、40m3 罐)，贮存油井生产的原油，然后用罐车外运。从贮油罐中向罐车里装原油，必须把贮油罐中的原油加热到一定温度，拉油井组储罐原油温度必须保持在 25以上才能保证正常拉运。因此，贮油罐的加热就成为这些油井能否正常生产和成本高低的关键 1。我生产区块大部分处于甘肃省合水县境内，在气候区划上属于暖温带半湿润区，由于子午岭主梁纵贯合水林业总场南北，形成岭东、岭西迥然不同的气候特征。岭东的连家砭、太白、平定川林场境内温凉湿润，年平均气温 7.40 ，最高气温 36.70 ，最低气温-27.70 。本地区冬季气温很低，对原油拉运造成了一定程度的困难，必须要对原油储罐进行加热才能保证生产正常运行，但是我主
3、要生产区处于林场范围内，不能够使用明火，所以考虑到林区防火管理规定以及工业生产安全，采用电加热是我们的最佳选择。2 原油储罐加热系统类型分析一般而言，油井附近没有热源可以利用，须配置小型锅炉来燃烧燃料为油罐提供热能。根据结构型式，油罐加热装置分为直接加热式和间接加热式。直接加热式如图 1 所示，加热炉与油罐整体布置，结构紧凑，利用燃料燃烧产生的烟气流过油罐中的烟管加热原油。该种加热方式结构简单，设备紧凑，但安全性较差。图 1 直接加热式jyszysjyjysz yszyjysz tttt t tt ln ,22,时当 时当间接加热式就是将加热炉与油罐分离开来，独立布置。某种介质在加热炉中吸热升
4、温，流经油罐中的换热器放热降温，然后流回锅炉如此循环。所用工质有水、蒸汽、导热油等。由于导热油价格昂贵，容易失效，应用较少。该种加热方式，系统较为复杂，但安全性能较好。现在在油田原油储运中大多数采用的都是间接加热的方法，但是在间接加热的方法中需要选择与工作环境以及外部条件相符合的加热炉，由于合水地区冬季储罐外部温度经常处于0以下，如果采用燃煤锅炉加热系统，燃烧效率低，且不符合森林防火管理条例，容易引发森林火灾。利用电能加温技术对储罐原油进行加温，使储罐原油温度保持在 30以上，能满足日常生产要求，达到节能降耗的目的。3 加热系统的工作原理电能加热系统的工作原理为：油井产液经管线密闭进入油罐后，
5、在电加热器的加热作用下，补水箱的水加热到 80，通过循环泵开启进入加热盘管与原油换热后进过管线后回到加热罐继续加热，使油罐始终保持在一定的温度。油罐加热所需热量为：Q =q 油 +q 散，即式中 Q 加-加热原油所需热量，kj/h，q 油 -油品升温所需热量，kj/h ， q 散-加热油品时，罐所散失热量，kj/h ，M-被加热油品的质量，kgt1 -加热终止温度， t2-初始温度，C-油品在温度 t1 和 t2 时比热的平均值，kj/kg，K-罐壁向空气传热系数，kj/m 2h，s-加热升温时间，h，F-储罐的表面积， m2，ty-油品平均温度， tyz-油品加热起始温度tys-油品加热终了
6、温度tj-油罐周围介质温度t0-环境温度，油罐保温所需热量按下式计算stKFMCy)()t-(021Q 保 =MCt式中Q 保 -保温所需热量，kj/hM-被保温的油品质量，kg，C-保温油品比热，kj/kg，t-降温速度，/h，外界温度在 12-15时，降温速度不大于 2/h。油罐管式加热器的加热面积计算 2加热面积式中：F加热器面积，m 2；Q单位时间内加热油品所需的总热量， W；K0热源通过加热器对油品的总传热系数， W/(m2)；t1热源进入加热器时的温度， ；t2热源在加热器出口处的温度， ；ty罐内油品在加热过程中的平均温度， 3.1 电能加热器的选型目前国内使用的电能加热器类型主
7、要有防爆型电加热管、真空管电加热器、U 形管真空管电加热器。根据合水地区的气候条件和各种加热器的特点，按照安全性、系统经济性的选型原则综合考虑，最终选择了防爆型电加热管，其安全系数高，热效率高，经济实用，是目前国内市场普遍使用的产品。3.2 储热水箱的配置与选型选用干净卫生的 SU304 不锈钢保温水箱，可达到饮用水标准。为了加强保温，采用 40 cm 厚聚氨酯保温。储热水箱的容量按照可以满足高峰时用热水量设计。3.3 加热盘管的选择计算本系统加热盘管采用 D5735 无缝钢管制作，其结构坚固，清洗、维护、维修、装拆方便。通过计算换热面积为 8.3 m2；换热器的管长为 30m。3.4 故障解
8、决3.4.1 供电系统发生故障时，可启动发电机维持加热，保证热水供应不受影响。3.4.2 循环水泵发生故障时，循环泵为一用一备，一台出现故障时可切换到另一台使用。4 现场应用情况及效益评价4.1 现场试验情况2011 年 9 月 18 日在葫芦河井区塔 3 井进行电能加热系统现场应用试验，该油井日产液22 m 3，综合含水 46。电加热器型号：GYSG6-20生产厂家：镇江佳迪电气有限公司功率：4kw)(10yttKQ数量：2 台4.2 负荷计算 塔 3 井原油有由油、气、水组成（水气含量很少忽略不计） ，被加热后拉运时，温度由25加热到 55，其工艺条件和物理参数见表 1原油工艺条件及物性参
9、数 表 1原油成分油罐总储量（m）温升（）密度（g/cm ）比热（kcal/(kg) ）传热系数（W/ （m ） ） 粘度（mpas）油 40 30 0.8665 0.5 1.1 71.86根据上表计算，每日原油加热耗热量为 145kwh；油罐散热量为 95kwh，每日总耗热量为240kwh，平均每小时热负荷为 10kwh。系统投运后，经过近 1 个月的现场运行，使用效果良好，能满足原油拉运工作的要求。4.3 经济效益评价4.3.1 燃煤加热系统。如塔 3 井采用燃煤锅炉加温，需消耗煤炭 004 td，年加热天数约180 天，燃煤价格 800 元t，年投资费用： 0041808005760 元
10、。4.3.2 电能加热系统。塔 3 井安装电加热循环系统，包括辅助配套总共投资费用 8050 元。4.3.3 投资回收周期。电加热系统投资费用燃煤加热系统投资费用=80505760139年。对上述加热系统应用效果及投资成本分析可知，电能加热系统投资费用 8050 元，年可节余燃煤费用约 5760 元，投资回收周期一年零四个月。44 社会效益评价在社会效益方面，避免了环境污染，保护了油田生态平衡，节约了能源，最大程度上的保护了该地区的生态环境资源。5结论及发展展望 （此处应扩展）通过现场应用表明，电能热水循环系统设计合理，产品综合性能好，符合环保要求，是一种节能效果突出，效率高，可持续利用的绿色
11、环保无污染新型技术。另外，电能热水循环系统比较燃煤锅炉加热系统具有较好的推广应用前景。下步建议考虑在加热系统中加入太阳能集热器和控制系统。太阳能控制系统的功能：实现太阳能系统的供热与蓄热控制；实现蓄热水箱中热水与储油罐原油的换热；实现太阳能加热系统与电加热系统在不同工况下的切换；实现冬季夜晚太阳能管路系统的水量自动排空。太阳能系统由温差控制器控制系统的水泵循环与停止 3。集热器出口温度与水箱温度差10时，太阳能循环泵开启，水箱的水进入集热器加热后回水箱；若集热器出口温度与水箱温度差4时，太阳能循环泵停运。当储油罐的温度35，油罐加热循环泵启动，水箱的水进入加热盘管换热后回水箱；当储油罐的温度55，油罐加热循环。参考文献1 郭公喜，孙兆福，孙祥光单井原油贮罐加热装置的现状及发展前景J石油机械，2001，29(1)2 油品加热及热力管道计算百度文库3 彭中太阳能-电加热原油储运系统J 油气田地面工程, 2008,27(6)优缺点比较：优点1.电加热方式无污染，不产生废弃物符合林区环保要求；2.电加热方式节约成本，明显有更好的经济效益；3.电加热方式具有较高的安全系数，符合林区防火要求。缺点该地区水质较硬，长时间使用加热棒，棒体会大量沉积水垢，降低加热棒工作效率，缩短设备使用寿命解决方法：通过软化水质，使用软化水循环加热
