注汽管网改输过热蒸汽自然补偿能力验算方法

西安石油大学石油工程学院

注汽管网改输过热蒸汽自然补偿能力验算方法

李 婵

西安石油大学石油工程学院

某稠油开发区块现有热采注汽管网系统注入蒸汽为湿饱和蒸汽（11.5 MPa、321℃），设计温度为321℃，热补偿采用自然补偿和方形补偿器补偿，拟改注过热蒸汽（9.8MPa、380℃±20℃）。按照《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定（SDJ6—90）》、《火力发电厂汽水管道应力计算导则》对管线热补偿进行验算。验算结果表明，注汽温度提高后，现有注汽管网补偿器的补偿能力、固定支架推力及热采井口装置均可满足要求。由阻力和散热计算可知，调整后的注汽管道可以满足注汽井的注汽压力要求，个别边缘井口的蒸汽为湿饱和蒸汽，干度为90%左右。

注汽管网；自然补偿能力；验算公式；计算；方法

1 问题的提出

某稠油开发区块已建有相对较为完善的热采注汽管网系统，该系统由注汽干线、注汽支干线、热采井单井注汽管线、方形补偿器和阀件等构成。现有注汽管网系统注入蒸汽为湿饱和蒸汽（11.5MPa、321℃），设计温度为321℃，热补偿采用自然补偿和方形补偿器补偿。

拟改注过热蒸汽（9.8MPa、380℃±20℃），由于蒸汽温度升高，管道热伸长量加大，补偿器的补偿量相应加大，需对现有注汽管网的方形补偿器、自然补偿的补偿能力和固定支架的推力及井口的适应性进行校核。如果满足要求，则不需对过热蒸汽温度或现有注汽管线进行调整；如果不能满足要求，则需对现有注汽管网的补偿器进行改造（改造工程量很大）或降低过热蒸汽的温度，以保证该注汽管网系统的安全运行。

在相同压力下，过热蒸汽和湿饱和蒸汽的比容不同，例如：9MPa、380℃的过热蒸汽比容为0.028 37m3/kg，而9MPa、干度70%的饱和湿蒸汽的比容为0.014 77m3/kg。比容不同，相同平均压力、管径、壁厚、注汽量的注汽管线的比摩阻也不同。例如：9MPa、380℃的过热蒸汽和9MPa、干度70%的饱和湿蒸汽在压力9MPa、注汽量5 t/h、注汽管线 d=76 mm×7 mm的比摩阻分别为1.278、0.672 kPa/m，饱和湿蒸汽和过热蒸汽具有基本相同的注汽锅炉出口压力和井口注汽压力（过热蒸汽的井口注汽压力比湿蒸汽的注汽压力高1 MPa左右），需对现有注汽管线改注过热蒸汽时的注汽能力进行校核计算，检查现有注汽管线是否满足注汽井对注汽速度的要求，不能满足要求时需采取相应的措施，如改扩建管线或增建新管线等，因此探讨现有注汽管网自然补偿能力的验算公式与验算方法，具有重要的作用。

2 自然补偿能力的验算方法

按照《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定（SDJ6—90）》、《火力发电厂汽水管道应力计算导则》对管线热补偿进行验算。

主要计算公式如下

当热采注汽方式由11.5MPa、321℃的湿饱和蒸汽改注为9.8MPa、380℃±20℃过热蒸汽时，现有注汽管网方形补偿器补偿能力及井口的适应性验算分别见表1、表2。

表1 注汽管网方形补偿器补偿能力验算1

表2 注汽管网方形补偿器补偿能力验算2

3 结论及建议

（1）由注汽管网方形补偿器补偿能力验算1可知，注汽温度提高后，现有注汽管网补偿器的补偿能力、固定支架推力均可满足要求。

（2）某稠油开发区块现有热采井口装置的设计压力为12MPa、设计温度为≤425℃。

（3）由注汽管网方形补偿器补偿能力验算2可知，当热采注汽方式由湿饱和蒸汽改变为9.8 MPa、380℃±20℃过热蒸汽时，现有热采井口装置可以满足要求。

（4）利用湿饱和蒸汽的沿程阻力计算公式和散热损失计算公式对该注汽管网输送能力验算表明，该稠油开发区块新建燃煤过热蒸汽注汽锅炉附近有一条DN133mm的注汽联络线，可以把过热蒸汽通过该管道送到该区块燃油锅炉出口的蒸汽集箱，再通过和蒸汽集箱相连的注汽干管把过热蒸汽送至各个计量站或各个热采油井。但通过计算得知，仅一条联络线无法满足注汽要求，为此需新建两条注汽干线：一条DN159mm注汽管线和DN133mm注汽管线连接，同时向多个注汽站供汽，并接通该区块的注汽干线，大部分注汽井直接从现有的注汽管线供汽，不通过某注汽站，这样就减少了注汽管线的长度，并保证了注汽压力和注汽干度；另一条DN159mm注汽管线和DN133 mm联络线及另一条DN114mm注汽管线连接。

（5）通过调整后的注汽管线进行阻力和散热计算得知，调整后的注汽管道可以满足注汽井的注汽压力要求，某稠油开发区块零区、七区、三区的全部注汽井口的蒸汽处于过热状态，高浅三区的大部分井口的蒸汽为过热状态，高浅三区北部的个别边缘井口的蒸汽为湿饱和蒸汽，干度为90%左右。

（6）现有注汽管网输送能力的验算，包括湿饱和蒸汽的沿程阻力计算和散热损失计算。沿程阻力建议采用《稠油注汽系统设计规范（SY/T 0027—2007）》中的计算公式进行计算，这是应当值得关注的问题。

（0377）63837879、cherylle.miao@gmail.com

（栏目主持 张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.030

李婵：2012年毕业于中国石油大学（华东）油气储运工程专业，西安石油大学石油天然气工程专业在读研究生，研究方向为储运工程。