淺談遼河油田高溫余熱利用

馬 強婁銀環

1.中國石油遼河油田分公司 質量節能管理部 （遼寧 盤錦 124010）

2.中國石油遼河油田分公司 金馬油田開發公司 （遼寧 盤錦 124010）

中國石油遼河油田分公司SAGD（水平井蒸汽輔助泄油）工程是遼河油田公司重點采油工程項目，目前一期工程已經投產，在產能過程中需要通過鍋爐產生高品位的高溫高壓高干度蒸汽熱能注入地層來保證正常生產運行。伴隨生產運行同時產生了鍋爐煙氣、采出液（160℃左右）、生產污水（90℃左右）等“中、低品位”的余熱熱能，這些熱能不能在產能生產過程中得到充分利用，大部分被作為“廢品”處理后外排，造成極大的浪費。

1 SAGD工程余熱特點

（1）由清水軟化水作為冷源給高溫采出液換熱降溫,以保證聯合站進行油水分離，日消耗11000m3的地下水資源和及其水處理費用；

（2）鍋爐給水由加熱后的清水軟化水提供，造成聯合站分離出的75℃左右含油污水必須通過污水處理廠處理后排放，加大了油田生產污水排放量，同時又有大量熱能浪費；

（3）鍋爐煙氣熱能沒有充分利用，造成大量熱能浪費；

（4）高溫分離水經過少部分換熱后，作為污水排放造成熱能浪費。

2 SAGD余熱資源分析

2.1 SAGD余熱分類

油田SAGD開采過程中余熱主要有4大部分:煙氣余熱、采出液余熱、汽水分離器高溫分離水余熱和污水余熱，其中煙氣余熱有干煙氣所帶走的余熱和水蒸汽潛熱2部分組成。按照余熱的“品位”高低，可分為高溫余熱、中溫余熱和低溫余熱。高溫余熱為溫度在400℃以上煙氣,中溫余熱為溫度在250～400℃的煙氣,低溫余熱為溫度低于250℃的煙氣以及液體；因此油田余熱資源主要集中在中、低溫余熱資源。

2.2 余熱資源計算方法

根據余熱資源國標，余熱資源由下面公式計算

式中 Qy—年余熱資源量，kJ/a；

mi—第i種余熱載體流量，kg/h；

h1i—第 i種余熱載體排出狀態下的比焓,kJ/kg；

h2i—第i種余熱載體在下限溫度時的比焓，kJ/kg；

τi—排出第i種余熱載體的設備年運行小時數，h/a；

下限溫度:又稱為載體溫度，即計算余熱資源時，用以判定熱能是否可利用的溫度界限。余熱載體下限溫度的確定原則是技術可行、經濟合理。規定余熱載體的下限溫度，當余熱利用設備排出的介質溫度低于余熱載體下限溫度時，其余熱資源量的計算應按該排出溫度為余熱載體的下限溫度。

計算SAGD余熱含量過程中，載體溫度如下:干煙氣溫度95℃；冷凝水溫度95℃；采出液溫度平均溫度150℃，進站溫度90℃；汽水分離器的底水與污水45℃，根據SAGD一期工程運行現狀所計算余熱資源結果為表1。

表1 余熱分析

2.3 余熱資源分析

污水余熱資源十分豐富，占總資源的11.23%。但聯合站排污溫度在70℃以下，屬于 “低品位”余熱，投資回收期較長，屬于三級余熱。污水余熱資源的利用方式分為2種:一是采用熱泵技術。由于污水品位低，低于工業應用要求，同時也不能滿足民用需求，直接利用困難，在污水余熱利用過程中，可采用熱泵技術，通過熱泵回收污水中余熱，熱泵技術可以利用50%～70%的污水余熱資源；二是將污水處理后作為鍋爐給水。由于汽包鍋爐給水水質要求低，通過對污水的深度處理，可以達到鍋爐給水要求，同時由于處理后給水溫度高，可以再次充分利用污水中余熱，同時降低給水加熱量，減少污水排放。

高溫分離水水溫為110℃左右，屬于“中品位”余熱資源，但是總量較少，每天只有3700m3左右，僅占總余熱資源的2.17%?？梢酝ㄟ^換熱利用部分能量，其余部分分離水作為污水排放。

采出液溫度在SAGD井組出口平均溫度167℃，在進入聯合站前溫度仍在150℃左右，而聯合站進行油水分離時要求溫度在90℃左右，采出液應屬于“中品位”余熱資源，且余熱資源量十分豐富，占總余熱資源的9.4%。通過直接換熱的方式，利用高溫采出液中熱量，換熱熱量可以用來供暖，也可以用于其他民用。另外，通過多效蒸發制水方式，利用采出液中余熱降低多效蒸發過程中熱量的需求量。

鍋爐煙氣余熱最豐富，在總余熱資源中所占比例最大，達77%，煙氣余熱資源利用十分豐富。煙氣平均溫度為210℃，屬于中低品位余熱資源。雖然余熱量大，但是燃氣鍋爐比較分散，不利于直接換熱利用。由于采用燃氣鍋爐，鍋爐煙氣中水蒸汽量大，水蒸氣潛熱巨大，占煙氣余熱資源總量的45%左右，占總余熱資源的35%左右，此部分余熱資源可以通過采用冷凝式鍋爐改造，回收煙氣中余熱資源，降低排煙熱損失,提供高鍋爐運行效率,降低燃料消耗量。

3 利用SAGD余熱資源供暖的可行性分析

一般住房采暖指標為60w/m2,即每平米的采暖熱量為0.216MJ/h，利用高溫分離水余熱可供暖面積為:

式中 S—供暖面積，m2；

Q—余熱總量，MJ/h；

q—每平米采暖熱量，MJ/h。

由此可見，SAGD工程伴隨生產運行產出的“中低品位”高溫分離水通過目前成熟的板式換熱或熱管換熱等成熟技術，SAGD項目中熱能完全可以利用到供暖等民用項目上來，富含的有效熱能完全可以滿足動遷后曙一聯礦區現有工業采暖需要。有效利用SAGD項目高溫廢水熱能，既可以大大降低曙二區鍋爐房燃煤、水、電和人工成本消耗，減少由燃煤消耗造成的污染物排放，同時還可以有效降低SAGD項目部的污水處理成本。

4 實施及效果

4.1 實施過程

（1）在SAGD工程項目高溫分離水外排管線與特一聯污水排放總管交匯點前端起始至曙一聯礦區鍋爐房之間新建6.1km的DN200管線，將可以進行余熱利用的高溫分離水引至曙一聯礦區鍋爐房。

（2）在曙一聯礦區鍋爐房內新安裝板式換熱器2臺，利用SAGD高溫分離水作為熱源、鍋爐房供暖循環水作為冷源，2者換熱達到對SAGD高溫分離水余熱進行利用的目的。板式換熱器冷源管線流程采用與鍋爐進出口流程并聯的方式，已達到互為補充和備用的效果。

（3）在曙一聯礦區鍋爐房院內新安裝冷卻塔1臺，將換熱降溫后的SAGD高溫分離水進行再次降溫，達到可以直接排放溫度要求后，直接輸送至礦區排污系統進行排放。

（4）在冷卻塔前端與鍋爐房儲水罐之間新建一條DN200管線,將部分SAGD高溫分離水儲存至儲水罐，作為鍋爐房循環水補充水源。

4.2 效果分析

4.2.1 節約燃料煤

利用高溫分離水余熱進行冬季民用供暖，曙二區6.32萬m2供暖面積，即可減少冬季供暖燃煤消耗約1800t（阜新5000大卡洗粒煤），目前燃煤價格為840元/t，年節約冬季供暖燃煤費用為:

4.2.2 節約水資源

采用高溫分離水作為供暖系統循環水補充水源，可節約清水量平均為15000m3；清水軟化及水資源費用綜合成本約為5.5元/m3，冬季供暖期節水效益為:

4.2.3 減少SAGD污水處理與外排

冬季利用SAGD高溫分離水余熱進行民用供暖，并采用高溫分離水作為供暖系統循環水補充水源；夏季SAGD項目高溫分離水利用曙一聯礦區鍋爐房系統的冷卻水塔進行降溫后外排至礦區排污系統排放。鍋爐房冷卻系統夏季運行費用約為10萬元。SAGD正常生產,可減少SAGD污水排放量4000 m3/d，外排處理費用，即環保費用5.5元/m3。因此，每天可節約費用為:

每年的節約的經濟效益為:

5 結 論

利用SAGD高溫分離水余熱進行民用供暖，SAGD工程生產運行節約經濟效益和曙一聯礦區鍋爐房民用供暖節約經濟效益都非?？捎^。同時，曙一聯礦區由于不在使用燃煤作為能源，煙氣污染零排放，實現了真正意義上的清潔供暖，環保效益相當可觀。SAGD高溫分離水余熱供暖項目經濟效益巨大，環境效益顯著。

[1]馬強.加拿大SAGD開發地面工藝技術[J].國外油田工程,2010,26(7):52-54.