酒东油田冷凝水回收利用

张作鹏　侯　凡　刘　伟　郑烨华（玉门油田公司酒东油田作业区）



酒东油田冷凝水回收利用

张作鹏侯凡刘伟郑烨华（玉门油田公司酒东油田作业区）

蒸汽在油田生产过程中常作为热能传导媒介，其潜热即转变为冷凝水后所含热能往往随冷凝水排放而被浪费。酒东油田通过对联合站内蒸汽系统综合调查分析，选用开放式回收方案，实现冷凝水再利用。回收改造实施后，联合站内一套小型蒸汽锅炉系统年节能量达186.8 t标煤，减少新鲜水消耗15 600 t/a，年节约成本支出73.85万元，投资回收期仅为0.237年，达到了节能降耗的目的。

蒸汽冷凝水回收节能降耗

蒸汽作为一种重要的能量传导媒介，在油田运行过程中可用于管线伴热、换热器换热、厂房及公寓供热等。蒸汽的能量由潜热和显热组成，潜热是指蒸汽从气态变成液态冷凝水释放的能量，显热是冷凝水因温差热传递出的能量，蒸汽做功或热传递后释放热能，凝结为几乎是同温同压下的饱和水，即冷凝水。饱和冷凝水在蒸汽压力0.1～1.0 MPa之间占蒸汽热能的15.6%～27.5%，且使用的蒸汽压力、温度越高，相应冷凝水所含热能就越多，占蒸汽总热量的比例也就越大［1］。蒸汽作为热源利用，往往仅利用蒸汽的潜热，而蒸汽的显热却几乎被全部丢弃，造成环境热污染和能源浪费。随着中石油节能节水工作的广泛深入开展，许多油田开始对这部分宝贵的能源加以回收利用。

1　冷凝水回收

冷凝水回收是蒸汽热力系统循环中的一个重要环节，是提高锅炉热效率、降低能耗的重要途径之一。冷凝水回收利用的好坏直接影响蒸汽热力系统总的能源利用效率［2］。主要体现在热能价值、工艺平衡、减排提效、水平衡等。

冷凝水回收系统可分为开放式和封闭式两种方式。开放式工作原理即冷凝水经回收主管将冷凝水引至开放式水箱，再通过加压装置将回收的冷凝水输送至锅炉内。其优点是投资成本低廉，对上游换热设施影响小，系统较为稳定，适用于蒸汽量较小的冷凝水回收系统。但由于二次蒸汽的闪蒸会损失余压资源；密闭式工作原理即回收主管将冷凝水引至密闭回收罐内，再经由回收加压装置直接将冷凝水输送至锅炉内使用。其优点是可以有效地防止热能源的泄漏，提高冷凝水回收的利用率。缺点是设备及工艺要求较高，投资成本大。汽水两相共存，容易发生汽阻、水击等不安全问题，使实际输送能力大大降低。当不同工艺的冷凝水都进入系统时，由于背压不同，会发生低压冷凝水回水不畅问题。输送高温冷凝水时，水泵叶轮易发生汽蚀，导致抽空、设备损坏等问题的出现［3］。

2　现场应用

一般来说密闭式冷凝水回收方式具有较大的优势，蒸汽能量二次利用率较高，回收效益好。但是，结合油田联合站本身的特点，该种回收方式并不适用于酒东油田，而开放式回收却更为适合。具体原因如下：

1）联合站脱水工艺中二级换热器需要极为稳定的蒸汽供应，确保出口处温度恒定在60℃，保证脱水效果。而冷凝水密闭回收会产生汽阻、水击等问题，导致蒸汽供应不稳定，从而使换热器出口温度难以控制，降低产品合格率。

2）酒东油田蒸汽需求量相对较少，夏季采用2 t锅炉，冬季使用4 t锅炉，属于小型蒸汽供应系统，适合投资成本小的开放式回收方式。

为确保联合站的主要生产流程正常运行，同时考虑到回收系统的经济适用性，最终采用开放式冷凝水回收方式。

2.1回收工艺流程

2.2.1疏水器的选择利用

蒸汽疏水器是连接蒸汽和冷凝水的中间设备，它的作用是要连续及时地把蒸汽中的凝结水和空气等其他不凝性气体排到系统之外，同时还要阻止蒸汽的泄漏，直接影响加热过程中蒸汽的耗量或加热设备的使用效率。且关系到后续凝结水回收系统的工作，决定着整个蒸汽系统与凝结水回收系统的使用效果。为确保加热效率以及可能出现的负荷波动，通过对比实验，最终选择机械式疏水器。酒东联合站在各种换热器及蒸汽伴热换线末端安装疏水器共计16个。

2.2.2回收流程

酒东油田冷凝水回收系统具体流程如图1。设备有冷凝水罐、疏水器、冷凝水回收泵、智能软化水装置等。换热器及伴热管线返回的冷凝水经由疏水器分离后集中储存至冷凝水罐，水罐体积60 m3，罐内冷凝水温度95℃左右，一般情况，因回收的凝结水品质较好，冷凝水直接泵至软化水罐与软化水混合至60℃左右后供锅炉使用（锅炉供水温度不宜过高），如此形成冷凝水循环回收利用，当检验水质发现冷凝水不达标时，备有一套应急管线流程，可将冷凝水泵至智能软化水装置进行处理，然后加以利用。

与此同时，酒东油田还将95℃冷凝水通过保温管线引致采出水处理厂为管线伴热及厂房供暖，增加了冷凝水的回收利用途径，提高了能源利用率，解决了厂区保暖、管线冻堵和加药装置易结晶等问题。

2.2.3运行和维护

开放式冷凝水回收的关键是对回收水质的控制，锅炉给水的水质在硬度、pH值、溶解氧三项指标有严格要求（10≤pH≤12、硬度≤0.03 mmol/l、溶解氧≤0.1 mg/l）。锅炉中碳酸氢根、碳酸根受热分解成CO2气体进入蒸汽相，之后随着蒸汽凝结溶解到冷凝水中形成碳酸，从而降低锅炉水pH值。同时开放式回收使冷凝水有机会与空气接触，可能增加水中的溶解氧。该系统冷凝水回收过程中，要求每天对冷凝水及软化水水质三项指标进行测量，当参数偏离指标值时，采取措施来控制水质。水质控制的核心设备是智能软化水装置，该装置含钠离子交换机和除溶解氧装置，当冷凝水溶解氧、硬度指标不达标时，可通过更改流程进智能软化水装置，达标后进软化水罐供给锅炉，冷凝水是洁净的蒸馏水，在硬度指标方面，一般都会在标准值以内。对于pH值的控制，该系统采用添加药品的方法，所加药品为磷酸三钠。此外还要保证蒸汽使用及冷凝水回收系统的连续运行，且使用小开口冷凝水罐，使冷凝水回收罐处于正压，杜绝罐内空气的吸入，并做好冷凝水罐的保温，使水中氧气溶解度降低，由此可控制冷凝水水质。

3　经济效益分析

酒东油田锅炉蒸发量冬季为4 t/h（150天）、夏季为2 t/h（200天），每天运行24 h，锅炉热效率为80.25%，冷凝水回收率80%（闪蒸率20%），则冬季回收2.6 t/h，夏季为1.3 t/h。冷凝水回收温度约95℃。

图1　酒东油田冷凝水回收利用系统流程图

1）节约燃料。冬季每天回收利用热量2273× 104kJ；夏季每天回收利用热量1032×104kJ（95℃时饱和冷凝水热焓为398.48 kJ/kg，改造前供水温度：冬季7℃，水焓为34.215 kJ/kg，夏季16℃，水焓为67.740 kJ/kg）；

2）折标煤。冬天0.997 t，夏天0.439 t（1 t标煤热值29.308×106kJ/t），每年节能量237.35 t（标煤）；折天然气量178 458.65 m3天然气（天然气折标系数1.330 kgce/m3，天然气2元/m3），每年天然气费用35.69万元；

3）节约水费。每年节约软化水量1.56×104t；节约清水使用量1.64×104t（钠离子软化水装置效率95%）；清水3元/t，年节约水费4.93万元。

4）其他节约费用。回收利用前需用6 m3/h软水器1套，消耗环氧树脂7 t/a，消耗工业盐60 t/a，回收利用后需2 m3/h软水器1套，消耗环氧树脂2 t/a，消耗工业盐20 t/a，减少了工业盐和环氧树脂的消耗。并且，因减少软化水量而减少1套4 m3/h钠离子软水器建设投入20万元，使用周期为15年，每年节约投入1.33万元。综合减少的设备维护费、电费、人工费每年节能费用73.85万元，见表1。

表1　冷凝水回收系统投运前后年费用变化

酒东油田冷凝水回收系统的投用后较之投运前，每年可节约能源237.35 t（标煤），减少新鲜用水16 421 t，直接间接节约成本费用73.85万元。

该项流程中负责冷凝水回收的主要设备有冷凝水回收罐、离心泵、保温管线、阀门等，共计投资17.5万元，投资回收年限为0.237年，即该系统投用3个月就可回收这部分投资费用。

4　结论

酒东油田所采用的冷凝水回收系统是一种因地制宜、行之有效的节能减排设施。该系统具有以下优点：

1）投资成本低，操作方便，运行稳定，维修简单，故障率低，占地面积小。

2）可实现热力系统接近完善的能源梯级作用。缩短了锅炉运行时间，提高能源利用水平，节能降耗。同时，降低了烟尘排放量，减少热污染，改善工作环境。

3）实现蒸汽稳定供应，避免管线汽阻、水击等现象，能够将溶解氧、pH值、硬度等参数控制在变准范围，延长锅炉等设备和管道的使用寿命。

该系统的投用不仅能带来良好的节能效果和可观的经济效益，也可以产生良好的环境效益和社会效益，适合具有类似情况的单位推广使用。

［1］汤凤，尹显录，胡念武，等.蒸汽锅炉冷凝水回收控制方法及效益分析［J］.工业锅炉，2008（4）：32-35.

［2］章建华，王伟，金蕴智，等.蒸汽热力系统冷凝水及乏汽回收实践与分析［J］.节能，2011（7）：99-100.

［3］郑渊蔚，倪三明，赵丹华.锅炉冷凝水开闭式回收效益分析［J］.机电产品开发与创新，2013（3）：64-67.

北京石油开启“质量月”活动

中石化北京石油公司2015年9月开启多项“质量月”活动，加大宣传力度，各加油站、油库等一线窗口都悬挂了横幅，提醒员工提高质量意识，欢迎顾客监督。同时该公司以各部门、各片区、加油站为单位开展全员培训，一线员工重点培训工作流程、质量抽检规定及应急预案，机关员工重点培训油品知识、质量管理制度及法律法规等内容，以明确各岗位的制度、流程和职责，普及质量知识，提高全员质量意识。

胡庆明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.021

2015-07-17）

张作鹏，工程师，2007年毕业于长江大学（石油工程专业），从事油田生产管理工作，E-mail：ymzzp@petrochina.com. cn，地址：甘肃省酒泉市肃州区油田档案楼，735000。