导热油供热系统在海外油田地面工程中的应用.pdf

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1、4 8 第 2 1 卷第 6 期 石 油 规 划 设 计 2 0 1 0 年 1 月 白 利 英 ( 中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司) 白利英导热油供热系统在海外油田地面工程中的应用石油规划设计 ，2 O l 0 ，2 1( 6)：4 85 l 摘要 导热油 系统在 常压操作条件 下可以获得较 高的温度 ，可以满足油气 田站场加 热原 油和 天然气所需要 的较 高温度。伊拉 克艾哈代布 ( A HDE B)油田、哈 法亚油田 、伊 朗北 阿扎德甘 油 田等都采 用导热油供 热 系统 。以伊拉克艾哈代 布油田工程为 实例 ，论述 了导热油 系统 的工艺原理 和流程 、主要设备的选型计

2、 算以及设计 中应注意的问题 ，并对海 外油 气田地面工程 所遵循 的规 范 与 国 内标 准进 行 了对 比 。 关键词 海外油田 艾哈 代布油田 导热 油供 热 系统应 用 1 项 目概 况 随着国内油田老区产量 日 益下降，而新区资源 又接替不上 ，在这种情况下 ，中国石油 日益重视海 外市场 ，相继成功竞得伊拉克鲁 迈拉油 田、哈法亚 油田、艾哈代布 ( A H D E B) 油田、伊朗北阿扎德甘 等油气 田开发服务合 同。本文以伊拉克艾 哈代 布油 田为例，介绍导热油供热系统在海外油田站场中的 应用 。 艾哈代布油田工程是伊拉克战后第一个对外石 油合作项 目，油 田位于伊拉克首都 巴

3、格达东南约 1 8 0 k m 瓦斯特省首府库特城西部 ，共包括油 田内部 油气水集输 、处理系统 ，供电 、供水 、注水 系统 ， 以及 2条原油外输管道 、1条天然气外输管道 。油 田建设规模 ：油处理规模为 6 0 0 1 0 t a ；天然气处 理规模为 8 1 0 m a( 7 o i g 产气量 ) 。 2 供 热 系统 的设 计 2 1 热负荷及参数 在油 田集 中处理站 中， 被加热介质主要有 两种 ： 一 是原油 ，为了满足原油脱水工艺的要求 ，脱水前 原油通常需要加热到一定的温度 ，具体的温度与油 品的性质 等 因素有 关 ，本工 程 中原 油 需要 加热 到 8 0 C；

4、二是天然气 ，位于脱硫装置 、脱 水脱 烃装置 的重沸器 ，所需温度为 1 3 5 o C。 由于艾 哈代布油 田 开发方案中油气的产量是逐年变化的，所需的热负 荷也是逐年变化的 ( 见表 1 ) ，其中最大热负荷约为 3 7 7MW 。 表 1 艾哈代布油 田集中处理站热负荷 白利英 ，女 ，工程师，建设部动力专业注册工程师。1 9 9 4年毕业于石油大学热能工程专业 ，获工学学士学位。现在中国石油集团工程设计有限责任 公司北京分公司从事热工设计工作， 担任中国石油与化工勘察设计协会热工设计专业委员会委员。 通信地址： 北京市海淀区上地信息路 8号 B 4 0 7室， 1 0 0 0 8 5

5、 第 2 1 卷第 6 期 石 油 规 划 设 计 2 2 供热方案选 择 导热油供热系统能够连续供热，具有均匀传递 热量 、 准确控制温度及快速对加热作出反应等特点， 且排污热损失小 ，热效率高 ，导热油不易造成系统 的腐蚀 和结垢 ，无需进行 复杂的预处理 ， 节水节 电。 而蒸汽加热系统虽然具有 良好 的热力学特性 ， 但其配套 的给水软化 、除氧 以及凝结水 回收系统 复 杂 ，且操作管理不便 。在 系统启动 、停车 、给水 品 质 、凝结水 回收、凝结水污染 、管道堵塞 、疏水器 失效 、设备及管道腐蚀 、系统跑 冒滴漏 、炉水化学 处理和操作压力高等方面存在问题 。 导热油系统在常

6、压操作条件下可以获得较高的 温度 。例如 ，工艺需要 2 3 0 的操作温度 ，导热油 系统在常压下就可以满足 ， 而在相 同的温度条件下 ， 蒸汽系统 的操作压 力为 2 7 MP a 。 为满足油田地面工程安全可靠、节能环保、便 于管理 、节约投资 的原则 ，供热方案采用导热油供 热系统 。导热油 的供油温度取 2 3 O ，回油温度取 1 50 。 2 3工艺原理和流程 导热油炉 ，也称有机热载体炉 、热媒炉 ，是 以 煤 、油或可燃气体为燃料 ，有机热载体为热能的载 体 ，利用循环泵强 制液相循 环 ，将热能输送 给用热 设备 ，继而返 回热 载体 炉重新加 热的直流式特种工 业炉。艾

7、哈代 布油 田导热油 系统 的工作原理见 图 1 。 图 1 导热油系统 的工作原理 由图 1可 以看 出 ，在正常供热时 ，有机热载体 就是沿着 图 1 所示 的环形循环管路 ， 不断循环流动 ， 将 热能从热源输送 到热用户 。其他部分如膨胀罐 、 储油罐 、注油泵等 ，正常供热时，不参与有机热载 体的循环流动， 但在整个供热管路中起着重要作用， 是不可缺少的 。 2 4主要设备选型计算 2 4 1 导热 油炉 系统最大用热负荷约为 3 7 7 MW，考虑 到供热 能力的可靠性 ，以及伊拉克当地运输条件要求 ，目 前能满足这些条件的单台炉最大功率为 1 4 MW。所 以，选择单台功率 1

8、4 MW 的油气两用型导热油炉 3 台。导热油炉的功率调节范围为 2 5 1 1 0 。 2 4 2导热油循环泵 导热油循环泵是推动导热油不断循环流动 的动 力源 ，其额定流量必须与导热油炉相 匹配 ，需要通 过严格的计算和论证确定。导热油炉对循环泵的流 量匹配要求 ，是为了保证炉管内有机热载体的流速 能达到设计要求。根据 有机热载体炉安全技术监 察规程 中 “ 为 了防止液相炉 中有机热载体过热分 解 与积碳 ， 必须保 证受热 面管 中的有机热载体流速 ， 辐射受热面不低于 2 m s ， 对流受热 面不低于 1 5 m s ” 的要求 ，导热油循环泵流量 为 ： n一1 1 3 6 0

9、0 Q r 11 o e ATpc z M 、 式 中 ：Q导热油循 环泵的流量 ，m 。 h ；Q炉 导热油炉额定热负荷 ，k W；P 导热油 回油温度 ( 1 2 0 ) 下 的密度 ，k g m ；C 导热油平均 比热 容，k J ( k g ) ；A T 导热油回油温差 ，。 经计算 ，导热油循环泵 流量 为 3 5 3 m h 。 导热油循环泵 的额定扬程能力必须大于等于系 统的实际流动阻力之 和。 H =Hl +H2+日3 +H4 ( 2) 式 中： 导 热油循环泵 的扬程 ，m；H 导 热油炉本体的压力损失 ，m；H， 用热设备的压 力损失 ，m；H 供热系统管网的压力损失 ，m

10、； 附加扬程 ，m。 T h e r mi n o l 5 5 导 热 油1 5 0 时 的 密 度 为 7 2 7 k g m ，经计算 ，导热油循环泵 的扬程为 1 1 0 m。 综上所述 ，系统采用 4台德 国 KS B自然冷却型 导热油循环泵 ，3 台运行 ，1台备用 ，单 台流量为 3 5 3 m h ，扬程为 1 1 0 m。 2 4 3膨胀 罐 膨胀罐 是强制循环 的液相炉及 系统 中的重要安 全装置 ，具 有多种作用 ：储存 液相炉及 系统 中的有 机热载体受 热膨胀量 ；向系统补充有机热载体 ；液 相炉启动升温过程中排除液相炉和系统中的气体； 突然停电时可以利用膨胀罐中的冷介

11、质置换液相炉 中的热介质 。 膨胀罐是钢制压力 容器 ， 按照 S Y T 0 5 2 4 -2 0 0 8 导热油加热炉系统规范中 “ 膨胀罐的设计压力 至少应为 0 6 MP a ”的要求 ，其上部有排气放空管 、 溢流管 、液位计 、安全阀等，下部有膨胀管 ，与供 白利英 ： 导热油供热系统在海外油田地面工程中的应用 2 0 1 0 年 1 1 月 热系统的主循环管道连接。 膨胀罐容积取决于整个系统的油容量。 有机 热载体炉安全技术监察规程规定 “ 膨胀器的调节 容积应不小于液相炉和管网系统中有机热载体在工 作温度下因受热膨胀而增加的容积的 1 3 倍” ， 与德 国 D I N 4 7

12、 5 4标准的规定完全一致。系统的油容量 D为 ： D =A+ +C (3) 式中： 导热油炉本体内的油容量 ，1T I ( 包括 3 台 1 4 MW 导热油炉 ) ； B用热设备 内的油容量 ， m ( 包括 4台 6 8 MW 导热油原油换热器 ，2台 2 6 MW 导热油水换热器 以及 多台导热油一天然气 换热器 ) ；C供热系统管网内的油容量 ，l n 。 经 计 算 ，整 个 导 热 油 供 热 系 统 的 油 容 量 为 2 9 0 m 。实践证明 ，对于导热油受 热膨胀量 ，一般 温 度每升高 1 0 0 C，体积近似膨胀 1 0 ，由此可计算 得出膨胀罐的调节容积约为 8 0

13、 m ，几何体积约为 1 1 0 m ，其外形尺寸为 ：Q3 2 0 0 mm、长度 1 2 5 0 0 mm。 3 导 热油 系统设 计应 注意 的问题 3 1 参考标准 的使用 目前，伊拉克的标准体系还不完善 ，该项 目要 求设计遵循美 国标 准 ，由于在美 国标准 中没有相应 的导热油系统的标准 ，所以采用的是德国标准 D I N 4 7 5 4 ， 并参考 了中国石油行业标 准 s Y T 0 5 2 4 -2 0 0 8 导热油加热炉系统规范的要求。 3 2通过导热油炉的有机热载体流量必须恒 定 3 2 1 导热油炉总旁路循环 用热设备用热量发生变化或停止用热或用热设 备发生故障时

14、，进入用热设备 的导热油量会相应发 生变化 ，或人为调整用热设备 阀门开度 以调节用热 量 ，或 出现故障时使进入用热设备 的导热油减少 ， 此时为保证导热油炉有正常工作流量 ，不至 出现因 流量减少而使导热油在炉管内流动过慢而结焦，则 在导热油炉进出总管道问加设总旁路管道及总旁路 阀门进行调节 。 3 2 2 单 台导热油炉旁路循环 当上述情况发生时 ，还可在每 台导热油炉 出口 管道和导热油循环泵人 口管道间设置旁通管道和旁 路阀门，同样可以保证每台导热油炉内的正常工作 流量 。 3 2 3 监测导热油炉的进 出管 口的压力 此外 ，还 可以通过监测导热油炉 的进 出管 口的 压力 ，当人

15、 口处压力高于出 口处压力 时 ，导热油就 由入口进入炉体，由出口流出，入 口和出口的压力 差越大 ，流经炉体的导热 油流速越快 ；反之 ，就越 慢 。当人 口和出 口的压力差大 于某一值时 ，流经炉 体的导热油 的流速就大于设计规定 的流速值 ，导热 油炉就能安全运行供 热。 3 3 膨胀罐容积 的计算 在膨胀罐容积计算过程 中，一定要 注意 ： 有机 热载体炉安全技术监察 规程 中 “ 膨胀器 的调节容 积应不小于液相炉和管网系统中有机热载体在工作 温度下因受热膨胀而增加的容积的 1 3 倍” ， 且德国 D I N 4 7 5 4标准明确了是 “ 有机热载体从环境温度升 至最高温度时 因

16、受热膨胀而增加容积 的 1 3倍 ” 。根 据 系统油容量膨胀量 的 1 _ 3倍计算得 出的结果仅 仅 是膨胀罐 的调节容积 ，即膨胀罐高液位报警时 ( 约 为膨胀罐直径的 3 4) 的导热油容积与低液位报警 时 ( 约为膨胀罐直径 的 1 4)导热油容积之间的差值 ， 其数值要小于膨胀罐的几何容积。所以 ，如果把调 节容积 、几何 容积这 两个概念混淆 了 ，计算 的结果 可能使 膨胀罐不能满足使用要求 。 3 4储油罐设备选型 在进行储油罐设备选型时 ，应 注意 ：德 国 D I N 4 7 5 4标 准和 中 国石 油行业 标准 S Y T 0 5 2 4 - 2 0 0 8 导热油加

17、热炉系统规范 的要求是 ：“ 储油罐 的容 积应能接受 系统 中最大隔离空间的导热油 ” ；而 有 机热载体炉安全技术监察规程 中的要求为 “ 储油 罐的容 积应不小 于有机热载体炉 中有机热载体总量 的 1 2倍 ” ，两者相差较大 ，设计 时应引起注意。 3 5 设置旁路精细 过滤器 导热油系统的供油总管路上宜装设一个旁路精 细过滤器 。通常会在导热油循环泵 的人 口处安装过 滤器 ，滤除系统 中机械杂质及悬浮在导热油 中的碳 料 和高 聚合物 ，起到保护导热油循环泵 的作用。导 热油在炉 管内被加热后 ，会析 出一些碳 ，易沉积在 管壁上 ，影响换热器的传热 ，所以在导热油出口总 管路上

18、设一限流孔板 ，使一部分导热油流经旁路精 细过滤器进行在线过滤 。 3 6 使用波纹 管密封 的截止阀和控制阀 导热油系统宜使用波纹管密封 的截止阀和控制 阀 ，在德国 D I N 4 7 5 4标准 中有 明确规定 。由于导热 油的渗透性很强 ( 大约是蒸汽 的 5 0倍 ) ，若选用填 料密封的截止阀、闸阀或球阀，容易外漏，导致热 油浪费 ，污染设备和环境 。而波纹管结构可以零泄 漏 ，并且没有易损件 。 第 2 1 卷第 6期 石 油 规 划 设 计 5 1 3 - 7 氮气覆盖 中国石油行业标准 S Y T 0 5 2 4 -2 0 0 8 导热油 加热 炉系统规 范 明确 规定 ：“

19、 封 闭膨胀罐 和储油 罐应采用氮气覆盖，使膨胀罐和储油罐内的导热油 与大气隔离” ；“ 导热油加热炉应配备氮气灭火系 统 ” ；“ 灭火用氮气量应保证 1 5 mi n内至少可充满 3 倍炉膛体积” ； “ 氮气纯度应大于或等于 9 9 ” 。 而这 些要求在 有机热载体炉安全技术监察规程中没 有体现 ，设计 时应尤为注意 。 4 结束 语 导热油炉作为一种节能高效 的加热设备 ，具有 低压 高温 的特点 ，在石油天然气行业 中的应用得到 了推广和普及 ，导热油炉供热 系统 已逐渐取代使用 传统加热炉加热和蒸 汽锅炉 的供热 系统 。 由于在不同的 国家或区域 ，或者业主 的要求不 同 ，在

20、进行导热油炉供热系统设计时所遵循 的规范 能源与节能 为行业指导与学术研究相结合的综 合性 科 技期刊 ，是宣传国家能源与节能政策的窗口、推动能源和节 能 建设的助手，服务能源与节能工作者的朋友。 能源与节能 经国家新闻出版总署新出审字( 2 0 1 0 ) 4 5 9 号文批准，由 山西能源与节能更名而成。主办单位为山西 省能源研究会和山西省节能研究会，主管部门为山西省科学技 术协会。中国能源研究会为期刊的指导单位。 能源与节能坚持科学发展观 ，坚持质量第一、读者至 上的办刊宗旨 ，立足历 史久远 的国家能源和工业基地 ，面向亚 洲 、欧洲 、美洲、非洲 、大洋洲 以及港澳台等 4 0多个国

21、家和 地区发行 ，在 政府 部门、行业组织 、科研机构 、高等院校 、大 中型企业 和相关读者群中有较大影响。 能源与节能 定位于 能源节能管理权威刊物 、能源节 能学术研 究平 台” ，刊期为月刊 ，页码 9 6页 ，彩页广告 ，国内 统一连续 出版物号为 CD 1 4 1 3 6 0 f r D，国际标准连 续出版物号 为 I S S N 1 6 7 4 3 9 9 7 。 现有栏目为卷首语、院士论坛、本刊特稿、法律与规划、 政策与指导 、工作研究 、能源建设 、节能减排、环境保护 、高 新技术、能耗监测、外文译摘、企业风采、人物专访、综合信 息、市场资讯、图片新闻、读者与编者、广告等 1

22、 9个版面。 刊物的装帧设计也注意美观而有感染力。 为了适应国内外能源与节能发展的新形势， 加强宣传报道 的辐射能量， 打造优秀核心科技期刊， 能源与节能 设立了北 的内容也会有所不同。例如，伊朗的北阿扎德甘项 目，就要求遵循伊朗石油标准 ( I P S ) ，在一些具体 的要求上就会与伊拉克的项 目有所区别 ，设计 时应 严格遵守规范的要求，才能保证设计项 目的顺利进 行 ，为工程 提供满意 的咨询服务 。 参考文献 ： 1 劳部发 1 9 9 3 3 5 6号， 有机热载体炉安全技术监察规 程 S 2 S Y T 0 5 2 4 - 2 0 0 8 ， 导热 油加热 炉系 统规 范 S 3

23、 G B T 1 7 4 1 0 - 2 0 0 8 ， 有 机热 载体炉 S 4 D I N 4 7 5 4 ，H e a t T r a n s f e r S y s t e m s 0 p e r a t i n g W i t h 0 rga ni C He at Tra nsfe r Medi a Safe ty Re qui re me nts A n d T e S t i n g S ， 1 9 9 4 收稿 日期 ：2 0 l 0 0 6 3 O 编辑 ：郜婕 京 、上海 、南京 、沈阳 、新疆 、海南 、阳泉、朔州、晋中工作 站及美洲、欧洲联络点，加强了组稿、广告、发行工

24、作，顺畅 了读者与编者的渠道往来。2 0 1 0年正式加盟山西科技报刊 ( 集 团)总社 。 2 0 1 1 年， 能源与节能 将继续推进社会化、市场化、多 元化改革，热情宣传国家能源与节能政策，及时报道新型能源 基地和工业基地发展思路与成就，积极介绍国内外能源与节能 理论研究和实践成果 ，全方位 服务 能源与节 能工作者 ，全力推 进地区及国家的能源与节 能建设 ，进一步扩大发行服务 范围。 能源与节能杂志社名誉社长吴达才、社长郝建新、总 编辑董小恺、副总编辑董宇阳、张永发。聘请谢克昌、任阵海、 张耀明院士等为特邀顾问。 地 址 ：太原 高新 区佳华街明坤产业园 B座 3 1 3室 电话 ：

25、0 3 5 1 7 1 1 7 0 8 9( 广 告发行部 ) 0 3 5 1 4 0 4 9 7 3 6( 编辑部 ) 信 箱 ：S N Y Y J N Y AH OO C N ( 广告 、稿件 ) 兰 Q 皇 鱼 垒 ： Q ( 稿件) Z B D K I 2 6 C OM ( 总编辑 ) 广告许可证号 ：1 4 0 0 0 0 4 0 0 1 3 6 发行范围 ：国内外发行 国 内总发行 ：全国各地邮政局 国外总发行：中国国际图书贸易总公司 国内邮发代码 2 2 2 4 3 国外邮发代码 Q 8 8 4 1 定价 ：1 5元 册 ( 国内)全年 1 8 0元 2 0$ 册 ( 境外 )全年 2 4 0 $