一種凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價(jià)方法
【專利說明】一種凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價(jià)方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣田能效評價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效 評價(jià)方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 天然氣是僅次于煤炭、石油的化石能源，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的戰(zhàn)略資源。凝析氣 藏是我國分布最為廣泛的氣藏之一。目前，我國天然氣工業(yè)的能耗水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國際先 進(jìn)水平，凝析氣田多采用衰竭式開采方法，氣田集輸工藝系統(tǒng)能量利用率低，節(jié)能潛力大。 [0003] 能效是能源利用效率的簡稱。能效評價(jià)是衡量、評價(jià)所考察系統(tǒng)能量利用情況的 重要方法，也是指導(dǎo)所評價(jià)工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化、運(yùn)行調(diào)控的重要參考。對凝析氣田集輸工藝 系統(tǒng)進(jìn)行能效評價(jià)研究具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會效益。
[0004] 由于氣藏、氣質(zhì)、開采工藝、集輸工藝的多樣性，以及同一氣田在不同的開采階段 的差異性，目前國內(nèi)尚沒有全面的針對天然氣開采以及集輸工藝的能效評價(jià)方法，部分企 業(yè)采用的能效、能耗指標(biāo)多為單一能耗計(jì)量參數(shù)，無法深入表征氣田能效水平，目前國內(nèi)外 多采用多參數(shù)評價(jià)方法，GB/T2589-2008和SY/T6331-2007中給出了綜合能耗以及產(chǎn)品單 位產(chǎn)量綜合能耗等的計(jì)算方法。多參數(shù)評價(jià)方法中，根據(jù)評價(jià)對象進(jìn)行組織分層是油氣田 常用的評價(jià)方法，可將系統(tǒng)分為總系統(tǒng)層、子系統(tǒng)層和設(shè)備層，但對每層的系統(tǒng)或設(shè)備的評 價(jià)大多采用單一能耗指標(biāo)。目前關(guān)于能效評價(jià)方法的研究可歸納為能耗指標(biāo)和能源效率兩 方面。能耗指標(biāo)反映產(chǎn)品單位產(chǎn)值能耗，可靈活應(yīng)用于各種系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)能效的分層 評價(jià)與深入表征，但其對氣質(zhì)及不同系統(tǒng)工藝差異較敏感。能源效率是通過對比系統(tǒng)的理 論最小能耗量與實(shí)際耗能量來表征系統(tǒng)能耗水平，但理論最小能耗量難以獲得。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價(jià)方法，能夠多角 度、多層面的評價(jià)同類氣田的生產(chǎn)能效水平。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價(jià)方法，包括以下步驟：
[0008] 1)統(tǒng)計(jì)凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能流數(shù)據(jù)，包括輸入物流與輸出物流的量、系統(tǒng) 耗熱量、系統(tǒng)耗功量和系統(tǒng)耗冷量；
[0009] 2)將凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，計(jì)算總系統(tǒng)以及各個(gè)子系統(tǒng)的 能耗指標(biāo)，包括總系統(tǒng)的單位產(chǎn)出自耗氣量、單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出，以及各個(gè)子 系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出；
[0010] 3)利用夾點(diǎn)技術(shù)得到凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的理論最小耗熱量，從而得到用于反 映氣田能效水平的節(jié)能潛力。
[0011] 按以下公式計(jì)算總系統(tǒng)的單位產(chǎn)出自耗氣量、單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出：
[0016] 其中，Qq為總系統(tǒng)的單位產(chǎn)出自耗氣量、QA按油氣當(dāng)量折算的總系統(tǒng)的單位產(chǎn) 出能耗量、Q zd為按電量折算的總系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量、N為總系統(tǒng)的單位能耗產(chǎn)出、LhS 自耗氣量/m 3 · d \ qi為低位熱值/kj · m3、L為天然氣外輸量/m3 · d \ T為成品凝析油產(chǎn)量 /t · d \ D為油氣當(dāng)量/m3 · t \ Q為系統(tǒng)耗熱量/kW、W為系統(tǒng)耗功量/kW、n i為天然氣的 發(fā)電效率/%、92為凝析油的熱值/kj · t 1、η 2為凝析油的發(fā)電效率/%、H pro為離開總系 統(tǒng)的成品物流的焓值/kW、Hin為流進(jìn)總系統(tǒng)的各物流的焓值/kl
[0017] 按以下公式計(jì)算總系統(tǒng)的節(jié)能潛力：
[0019] 其中，n.jn為總系統(tǒng)中的換熱器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能潛力率、Qsj為總系統(tǒng)的實(shí)際耗熱量/ kw、Q_為總系統(tǒng)的理論最小耗熱量/kW、Q sj- Q _為總系統(tǒng)中的換熱器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能潛力。
[0020] 步驟2)中從凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)劃分出的子系統(tǒng)包括天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)、凝析 油生產(chǎn)系統(tǒng)、富氣處理系統(tǒng)以及防凍劑循環(huán)再生系統(tǒng)。
[0021] 按以下公式計(jì)算天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出：
[0025] 其中，QgS按油氣當(dāng)量折算的天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量、Qgd為按電量折 算的天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量、N g為天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)的單位能耗產(chǎn)出、Q1為水浴 爐的耗熱量、L1為處理站外交氣量、Q 1為低位熱值、η :為天然氣的發(fā)電效率、h3為處理站外 交天然氣的焓值、H為井口天然氣的焓值。
[0026] 按以下公式計(jì)算凝析油生產(chǎn)系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出：
[0030] 其中，Q1S按油氣當(dāng)量折算的凝析油生產(chǎn)系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量、Q ld為按電量折 算的凝析油生產(chǎn)系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量、N1為凝析油生產(chǎn)系統(tǒng)的單位能耗產(chǎn)出、Q 2為凝析 油穩(wěn)定塔重沸器的耗熱量、Q3為輕烴導(dǎo)熱油換熱器的耗熱量、T為成品凝析油產(chǎn)量、q 2為凝 析油的熱值、^12為凝析油的發(fā)電效率、H2S總系統(tǒng)生產(chǎn)凝析油的焓值、!1 8為進(jìn)凝析油穩(wěn)定 塔的物流的焓值。
[0031] 按以下公式計(jì)算富氣處理系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出：
[0035] 其中，Qf為按油氣當(dāng)量折算的富氣處理系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量、Qfd為按電量折算 的富氣處理系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量、N f為富氣處理系統(tǒng)的單位能耗產(chǎn)出、W1為壓縮機(jī)的耗 功量、W2為空氣扇的耗功量、Q 4為凝析油閃蒸穩(wěn)定器的耗熱量、L 2為壓縮機(jī)外交氣量、q 低位熱值、η:為天然氣的發(fā)電效率、H 4為壓縮機(jī)外交天然氣的焓值、H 5為進(jìn)入富氣處理環(huán) 節(jié)的富氣焓值。
[0036] 按以下公式計(jì)算防凍劑循環(huán)再生系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出：
[0039] 其中，Qe為防凍劑循環(huán)再生系統(tǒng)的單位產(chǎn)出能耗量、NJ%防凍劑循環(huán)再生系統(tǒng)的 單位能耗產(chǎn)出、Q 5為乙二醇再生塔重沸器的耗熱量、W3為注醇栗的耗功量、M為乙二醇貧液 的質(zhì)量、H6為乙二醇貧液的焓值、H 7為進(jìn)入再生環(huán)節(jié)的乙二醇富液的焓值、屮為地面工藝 系統(tǒng)注入的乙二醇的焓值。
[0040] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0041] 本發(fā)明提供的凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價(jià)方法，能夠多角度、多層面的評 價(jià)同類氣田的生產(chǎn)能效水平，首先進(jìn)行能耗計(jì)量，基于黑箱模型的數(shù)據(jù)計(jì)量，直觀反應(yīng)凝析 氣田集輸工藝系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)能耗；然后計(jì)算能耗指標(biāo)，以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)進(jìn)行總系 統(tǒng)（地面總工藝系統(tǒng)）與子系統(tǒng)（各局部工藝系統(tǒng)）的能耗指標(biāo)計(jì)算，包括單位產(chǎn)出自耗 氣量、單位產(chǎn)出能耗量與單位能耗產(chǎn)出；最后計(jì)算系統(tǒng)能效，基于夾點(diǎn)分析技術(shù)對系統(tǒng)的節(jié) 能潛力進(jìn)行評價(jià)。該方法對系統(tǒng)能流、物流數(shù)據(jù)進(jìn)行多指標(biāo)、多層次的深入分析，而非簡單 的針對系統(tǒng)和設(shè)備的指標(biāo)評價(jià)，可有效的獲得系統(tǒng)能量利用的薄弱環(huán)節(jié)，為節(jié)能優(yōu)化提出 方向。將整個(gè)系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，對油、氣以及防凍劑進(jìn)行分類計(jì)算，考慮到不同氣質(zhì)、不 同工藝的油氣田，這種分類計(jì)算使其獲得的能耗情況的可靠性更強(qiáng)。而且該方法的適用性 好，對大多數(shù)凝析氣田均可應(yīng)用，并可用于對比各個(gè)凝析氣田的能量利用情況。同時(shí)，該方 法不僅能反映能耗情況，還能反映能量的利用效率。本發(fā)明可全面深入的評價(jià)凝析氣田集 輸工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)能效水平，為實(shí)現(xiàn)凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價(jià)及同類氣田的能效 對比提供了一種更為科學(xué)、系統(tǒng)的方法。 【【附圖說明】】
[0042] 圖1為本發(fā)明提供的凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的黑箱模型示意圖；
[0043] 圖2為夾點(diǎn)溫差與公共工程關(guān)系圖；
[0044] 圖3集輸工藝系統(tǒng)的T-H圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0045] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0046] 本發(fā)明根據(jù)凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能耗特點(diǎn)，提出了一套以氣田能耗數(shù)據(jù)分 析、統(tǒng)計(jì)逐層深入的多層面能效評價(jià)方法，從能耗計(jì)量、能耗指標(biāo)、系統(tǒng)能效三個(gè)層面評價(jià) 復(fù)雜熱力系統(tǒng)的能耗。其中能耗指標(biāo)包括單位產(chǎn)出能耗與能量投入產(chǎn)出比，根據(jù)不同的能 耗、產(chǎn)品及數(shù)據(jù)對比方式，又可分為單位產(chǎn)出自耗氣量、單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出三 類。系統(tǒng)能效則是依據(jù)夾點(diǎn)技術(shù)，通過分析系統(tǒng)的最小能耗量，從而評價(jià)系統(tǒng)的節(jié)能潛力。 本方法能全面深入的反映凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能耗量、能耗水平、能量回收效率與節(jié) 能潛力。
[0047] 本發(fā)明提供的凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價(jià)方法，其具體步驟為：
[0048] ( -）能耗計(jì)量：統(tǒng)計(jì)被評氣田集輸工藝系統(tǒng)各物流能流數(shù)據(jù)，能流數(shù)據(jù)可直觀反 映氣田的能耗量。即采用黑箱模型統(tǒng)計(jì)集輸工藝系統(tǒng)中的各環(huán)節(jié)的物流（輸入物流與輸出 物流的量）及系統(tǒng)耗熱量、系統(tǒng)耗功量和系統(tǒng)耗冷量，見圖1。定義流進(jìn)系統(tǒng)的熱量為系統(tǒng) 耗熱量；考慮到電能與機(jī)械能為同品質(zhì)能量，因此將流進(jìn)系統(tǒng)的電能與機(jī)械能合并記為系 統(tǒng)耗功量；將流出系統(tǒng)的熱量記為系統(tǒng)耗冷量，考慮到凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)中物流對外 界做功的情況極為罕見，亦無其他能量利用形式，故系統(tǒng)耗熱量、系統(tǒng)耗功量、系統(tǒng)耗冷量 的統(tǒng)計(jì)方法涵蓋了凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)中的全部耗能量與耗能形式。
[0049] (二）計(jì)算能耗指標(biāo)：將凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)劃分為各個(gè)子系統(tǒng)，分別計(jì)算集輸 工藝系統(tǒng)（總系統(tǒng)）的單位產(chǎn)出自耗氣量、單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出，以及各子系統(tǒng) 的單位產(chǎn)出能耗量和單位能耗產(chǎn)出。廣義上講，凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)包括天然氣生產(chǎn)系 統(tǒng)、凝析油生產(chǎn)系統(tǒng)、富氣處理系統(tǒng)、防凍劑循環(huán)再生系統(tǒng)、"三廢"處理系統(tǒng)、生活系統(tǒng)等。 考慮到能耗指標(biāo)中涉及到的均為有益產(chǎn)出，因此本發(fā)明的能耗指標(biāo)計(jì)算不考慮"三廢"處理 系統(tǒng)和生活系統(tǒng)。
[0050] (三）計(jì)算系統(tǒng)能效：利用夾點(diǎn)技術(shù)計(jì)算總系統(tǒng)中的處理站換熱網(wǎng)絡(luò)的理論最小 耗熱量，并與實(shí)際耗熱量對比，評價(jià)總系統(tǒng)的節(jié)能潛力。
[0051] 其中：單位產(chǎn)出自耗氣量Qq為單位產(chǎn)品（外輸天然氣和成品凝析油）的總自耗氣 量。外輸天然氣與成品凝析油按照油氣當(dāng)量折算，見式（1):
[0053] 式中：Lh--自耗氣量/m3 · d Sq i--低位熱值/kj · m3,取38500kJ · m3;L--天 然氣外輸量/m3 · d 1J-一成品凝析油產(chǎn)量/t · d SD-一油氣當(dāng)量/m 3 · t、
[0054] 單位產(chǎn)出能耗量為單位產(chǎn)品的計(jì)算能耗。外輸天然氣與成品凝析油可按油氣當(dāng)量 折算，見式（2)，也可根據(jù)天然氣與凝析油的發(fā)電轉(zhuǎn)化效率按電量折算，見式（3)。
[0056] 式中：Q--所評價(jià)系統(tǒng)的系統(tǒng)耗熱量/kW ;W--所評價(jià)系統(tǒng)的系統(tǒng)耗功量/kl
[0058] 式中：q2-一凝析油的熱值/kj · t S Tl i-一天然氣的發(fā)電效率/% ; η 2-一凝析 油的發(fā)電效率/%。
[0059] 單位能耗產(chǎn)出N為單位能耗投入所得收益，見式（4)，收益以產(chǎn)出物流的焓值表 示，能量投入除耗熱耗功等能流外，還包括投入物流的