一種凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價方法
【專利說明】一種凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價方法 【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣田能效評價技術領域，具體涉及一種凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效 評價方法。 【【背景技術】】
[0002] 天然氣是僅次于煤炭、石油的化石能源，是經(jīng)濟發(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)的能耗水平遠遠落后于國際先 進水平，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。能效評價是衡量、評價所考察系統(tǒng)能量利用情況的 重要方法，也是指導所評價工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化、運行調控的重要參考。對凝析氣田集輸工藝 系統(tǒng)進行能效評價研究具有較高的經(jīng)濟價值與社會效益。
[0004] 由于氣藏、氣質、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，目前國內尚沒有全面的針對天然氣開采以及集輸工藝的能效評價方法，部分企 業(yè)采用的能效、能耗指標多為單一能耗計量參數(shù)，無法深入表征氣田能效水平，目前國內外 多采用多參數(shù)評價方法，GB/T2589-2008和SY/T6331-2007中給出了綜合能耗以及產(chǎn)品單 位產(chǎn)量綜合能耗等的計算方法。多參數(shù)評價方法中，根據(jù)評價對象進行組織分層是油氣田 常用的評價方法，可將系統(tǒng)分為總系統(tǒng)層、子系統(tǒng)層和設備層，但對每層的系統(tǒng)或設備的評 價大多采用單一能耗指標。目前關于能效評價方法的研究可歸納為能耗指標和能源效率兩 方面。能耗指標反映產(chǎn)品單位產(chǎn)值能耗，可靈活應用于各種系統(tǒng)中，實現(xiàn)對系統(tǒng)能效的分層 評價與深入表征，但其對氣質及不同系統(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)的能效評價方法，能夠多角 度、多層面的評價同類氣田的生產(chǎn)能效水平。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0007] -種凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價方法，包括以下步驟：
[0008] 1)統(tǒng)計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)劃分為若干個子系統(tǒng)，計算總系統(tǒng)以及各個子系統(tǒng)的 能耗指標，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)利用夾點技術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為流進總系統(tǒng)的各物流的焓值/kl
[0017] 按以下公式計算總系統(tǒng)的節(jié)能潛力：
[0019] 其中，n.jn為總系統(tǒng)中的換熱器網(wǎng)絡的節(jié)能潛力率、Qsj為總系統(tǒng)的實際耗熱量/ 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為進凝析油穩(wěn)定 塔的物流的焓值。
[0031] 按以下公式計算富氣處理系統(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為壓縮機外交天然氣的焓值、H 5為進入富氣處理環(huán) 節(jié)的富氣焓值。
[0036] 按以下公式計算防凍劑循環(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 的質量、H6為乙二醇貧液的焓值、H 7為進入再生環(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，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)的能效評價方法，能夠多角度、多層面的評 價同類氣田的生產(chǎn)能效水平，首先進行能耗計量，基于黑箱模型的數(shù)據(jù)計量，直觀反應凝析 氣田集輸工藝系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)能耗；然后計算能耗指標，以熱力學第一定律為基礎進行總系 統(tǒng)（地面總工藝系統(tǒng)）與子系統(tǒng)（各局部工藝系統(tǒng)）的能耗指標計算，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；最后計算系統(tǒng)能效，基于夾點分析技術對系統(tǒng)的節(jié) 能潛力進行評價。該方法對系統(tǒng)能流、物流數(shù)據(jù)進行多指標、多層次的深入分析，而非簡單 的針對系統(tǒng)和設備的指標評價，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。將整個系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，對油、氣以及防凍劑進行分類計算，考慮到不同氣質、不 同工藝的油氣田，這種分類計算使其獲得的能耗情況的可靠性更強。而且該方法的適用性 好，對大多數(shù)凝析氣田均可應用，并可用于對比各個凝析氣田的能量利用情況。同時，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凝析氣田集 輸工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)能效水平，為實現(xiàn)凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能效評價及同類氣田的能效 對比提供了一種更為科學、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為夾點溫差與公共工程關系圖；
[0044] 圖3集輸工藝系統(tǒng)的T-H圖。 【【具體實施方式】】
[0045] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0046] 本發(fā)明根據(jù)凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)的能耗特點，提出了一套以氣田能耗數(shù)據(jù)分 析、統(tǒng)計逐層深入的多層面能效評價方法，從能耗計量、能耗指標、系統(tǒng)能效三個層面評價 復雜熱力系統(tǒng)的能耗。其中能耗指標包括單位產(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)夾點技術，通過分析系統(tǒng)的最小能耗量，從而評價系統(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)的能效評價方法，其具體步驟為：
[0048] ( -）能耗計量：統(tǒng)計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。定義流進系統(tǒng)的熱量為系統(tǒng) 耗熱量；考慮到電能與機械能為同品質能量，因此將流進系統(tǒng)的電能與機械能合并記為系 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）計算能耗指標：將凝析氣田集輸工藝系統(tǒng)劃分為各個子系統(tǒng)，分別計算集輸 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。 考慮到能耗指標中涉及到的均為有益產(chǎn)出，因此本發(fā)明的能耗指標計算不考慮"三廢"處理 系統(tǒng)和生活系統(tǒng)。
[0050] (三）計算系統(tǒng)能效：利用夾點技術計算總系統(tǒng)中的處理站換熱網(wǎng)絡的理論最小 耗熱量，并與實際耗熱量對比，評價總系統(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-一油氣當量/m 3 · t、
[0054] 單位產(chǎn)出能耗量為單位產(chǎn)品的計算能耗。外輸天然氣與成品凝析油可按油氣當量 折算，見式（2)，也可根據(jù)天然氣與凝析油的發(fā)電轉化效率按電量折算，見式（3)。
[0056] 式中：Q--所評價系統(tǒng)的系統(tǒng)耗熱量/kW ;W--所評價系統(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