塔里木油田重点用能系统能效分析与评价

孟波 曹莹 马海波 葛永广 李泓霏

1塔里木油田公司油气工程研究院

2东北石油大学机械科学与工程学院

3新疆油田公司西北油田节能监测中心

塔里木油田位于我国最大的含油气盆地——塔里木盆地，油气资源量达178×108t，目前累计发现和探明31 个油气田，探明油气储量当量26.2×108t，生产油气产量当量超3.6×108t，已建成2 600×104t 级大油气田，是我国陆上第三大油气田和西气东输主力气源地。2017 年，国家发改委制定发布“重点用能单位百千万行动”工作方案，提出实行能源消耗总量和强度的“双控”目标及考核要求。塔里木油田公司作为“万家”企业之一，为有效贯彻落实国家要求及“双控”目标的实现，需要对其重点用能系统开展能耗及能效水平分析，发现目前存在的问题，并提出有效的改进措施和方案。

1 重点用能系统能耗构成分析

塔里木油田重点用能系统主要包括机械采油、注水、原油集输以及天然气集输与处理，各用能系统的工艺及耗能设备、能耗种类等见表1[1-3]。

由表1可知，塔里木油田重点用能系统的能耗主要为电力、天然气，其中天然气消耗最大，其次为电力。在塔里木油田实际生产过程中，还会涉及到其他能源消耗，如原油、热力等，但整体能耗占比很小。

2 重点用能系统能效指标体系

2.1 能效指标体系构架

根据塔里木油田的实际生产特点，将能效指标体系分为三个层级构建。

（1）第一层级，宏观综合指标。反映公司整体能源利用水平，主要以最终产品（或工作量）的单位能耗来表示。

（2）第二层级，生产系统指标。反映公司内部各用能生产系统（环节/工艺）的能效水平，主要以系统效率或单耗来表示。

（3）第三层级，终端设备指标。反映耗能设备的能效水平，主要以设备效率来表示。

塔里木油田公司能效指标体系框架见图1[4]。

图1 塔里木油田公司能效指标体系框架Fig.1 Framework of the energy efficiency index system of Tarim Oilfield Company

2.2 能效指标体系建立

根据图1所示的体系框架，结合塔里木油田公司的实际生产工艺及用能特点，建立了塔里木油田公司能效指标体系（图2），该指标体系共包含三个层级16项指标。

图2 塔里木油田公司能效指标体系Fig.2 Energy efficiency index system of Tarim Oilfield Company

2.2.1 宏观综合指标

宏观综合指标为油气田生产综合能耗，具体可分为以下2项指标：

（1）对于油田而言，即单位油（气）生产综合能耗，反映油田每产出1 t 原油（原油当量）时能源的消耗量，是统计期内油田生产能源消耗总量与油气当量的比值。

表1 塔里木油田重点用能系统工艺及能耗组成特点Tab.1 Process and energy consumption characteristics of key energy consumption system in Tarim Oilfield

（2）对于气田而言，即单位天然气生产综合能耗，反映气田产出1×104t 商品天然气时能源的总消耗量，是统计期内气田生产能源消耗量与天然气产量的比值。

2.2.2 生产系统及终端设备指标

生产系统及终端设备指标包括4大类生产系统及其设备的能效指标14 项，具体的指标测试和计算方法见表2。

吨液百米耗电更注重反映系统的耗电情况，是直观的量化指标，较符合现场人员的理解和认知。

注水系统效率是从系统整体能耗情况入手，着重系统的能效；单位压力注水量电耗是从系统的单耗情况入手，着重系统的耗电情况，是直观的量化指标，更符合现场人员的理解和认知习惯。虽然这两项指标都不能完全合理反映注水系统的能效水平，在油田企业间的横向对比分析中表征性较差，但对于企业内部的纵向对比分析具有重要的参考价值。

3 能效评价方法

现场调研表明，塔里木油田下属各油气开发部及其所辖区块的地质条件、油气物性、含水率、系统布局规模等不尽相同，故导致能效指标体系中的5 项指标（2 项宏观综合指标；3 项生产系统指标：单位液量集输综合能耗、单位气田集输综合能耗、单位天然气处理综合能耗）的横向可比性较差，且这些指标实质上在相应的生产系统和终端设备指标中均有体现。因此，在对塔里木油田用能系统进行能效分析与评价时，暂不考虑这5项指标，而主要从生产系统、终端设备两个层级进行能效分析与评价。

表2 生产系统及终端设备指标汇总及执行方法Tab.2 Method for summarizing and executing indexes of production system and terminal equipment

在具体开展相应的能效评价工作时，通过对能耗数据进行现场测试或在线监测，计算得到各项能效指标数值，结合各生产系统实际情况，采用标准对照、加权综合评价方法进行指标及系统能效的分析与评价。

3.1 生产系统评价

生产系统评价主要采用标准对照、加权综合评价相结合的方式进行。

机采、注水系统的能效评价采用标准对照法，原油集输和天然气集输与处理系统采用加权综合评价法进行评价，具体见表3。

表3 生产系统能效评价方法Tab.3 Energy efficiency evaluation method of production system

3.2 终端设备评价

终端设备评价采用标准对照法，其评价指标及依据见表4。

表4 终端设备评价方法Tab.4 Evaluation method of terminal equipment

3.3 加权综合评价方法

3.3.1 加权综合评价函数计算

在进行加权综合评价函数之前，首先对权重矩阵与各分项计算矩阵分别进行计算。

权重矩阵A表达式为

式中：A为权重矩阵；m为各类系统对应的设备种类数目，如原油集输系统主要包括泵和加热炉，则m=2；i为某系统内对应设备种类的变量，i=1，2，…，m；Pi为某系统内第i类设备的额定功率之和，kW；PΣ为某系统内所有设备的额定功率之和，kW。

各分项计算矩阵B表达式为

式中：bi为第i类设备的能效加权值；Pij为第i类设备中第j台的额定功率，kW；n为各系统中某类设备的台数，如原油集输系统共有5 台泵，则n=5；j为对应的某类设备台数的变量，j=1，2，…，n；ηij为第i类设备中第j台的实际运行效率，%，如第j台设备为输油泵机组，实际运行效率为45%，即ηij=45%；ηi0j为第i类设备中第j台的效率合格值，%，如第j台设备对应标准中该型号设备的机组效率合格值为55%，即ηi0j=55%；B为各分项计算矩阵。

表5 各厂站的主要耗能设备情况Tab.5 Main energy-consuming equipment of each plant and station

某生产系统的能效加权综合评价函数C表达式为

3.3.2 能效加权综合评价方法

能效综合评价的具体步骤如下：

（1）对各类系统单独分析。根据前文的计算方法，分别计算得到各类生产系统的加权综合评价函数C1，C2，…，Ck。

（2）排序。将需评价的k个系统（如机采、注水等）的所有C值按由高到低进行排序。

（3）指标限值确定。根据C值排序后，限值的确定方法分为两种情况：①若测试数据量大，具有统计规律，则取排序前30%的数值作为优良值，取前60%的数值作为合格值，低于该值即为不合格；②若测试数据不足，则只对加权综合评价函数C1，C2，…，Ck按由高到低进行排序，不进行优良、合格、不合格限值的选取与确定。

（4）评价结果。根据步骤（3）的结果，最终评价结果也分为两种情况：①若测试数据量大，则根据（3）中确定的限值即可判定相应的能效水平为优良、合格或不合格；②若测试数据不充足，则通过C1，C2，…，Ck的排序情况，可初步分析判断各生产系统的能效水平高低及系统间的差异情况，为后续有针对性开展系统的改进措施提供方向。

4 实例应用

以塔里木油田下属6个厂站的主要耗能设备为例，根据SY/T 7319—2016《气田生产系统节能监测规范》的指标限值要求，采用上述加权综合评价方法，将主要耗能设备分为泵、压缩机、加热炉三类（即i=3），对6 个厂站的能效水平进行分析与评价。

4.1 计算结果

各厂站主要耗能设备分析的基本情况见表5。

对上述6个厂站的能效加权综合评价函数值分别进行计算，计算结果见表6。

表6 能效加权综合评价方法计算结果Tab.6 Calculation results of weighted comprehensive evaluation method

4.2 结果分析

通过对表5 中6 个厂站主要耗能设备情况进行分析，得到表7。

表7 各厂站耗能设备运行结果分析Tab.7 Operation result analysis of energy-consuming equipment at each plant station

由表7中数据分析可知：

（1）2#、3#、6#厂站耗能设备的效率合格率为100%，而2#厂站设备总功率较小，但设备的实际运行效率值远远高于合格值，差值为15.33%，其能效水平在6 个厂站中最高；6#厂站设备总功率较大，但实际运行效率值与限定值差值较小（6.75%），能效水平仅次于2#厂站；3#厂站设备实际运行效率值与限定值差值为7.03%，略高于6#厂站，但设备总功率远小于6#厂站。3 个厂站能效排序为2#、6#、3#，与能效加权综合评价函数C的排序相同。

（2）1#、4#、5#厂站均存在不合格的耗能设备，合格率分别为0、77.78%、66.67%，能效排序为4#、5#、1#，与能效加权综合评价函数C的排序相同。

由表6 数据分析可知，6 个厂站的能效加权综合评价函数值C由大到小排序依次为：2#、6#、3#、4#、5#、1#。

5 结论

（1）设备合格率直接影响系统的能效水平，设备合格率越高，则系统能效越高。

（2）在设备合格率相同的情况下，系统能效与某类设备的功率、限定值差值的幅值大小有关，功率大、与限定值差值幅值大，则能效水平更高。

（3）能效加权综合评价函数C值越大，厂站（系统）的总体能效水平越高。同时证明了提出的能效加权综合评价方法具有一定的合理性与科学性。

此外，结合评价结果，可判断6个厂站的设备能效情况，进而明确影响系统能效水平的关键设备，在开展相应节能挖潜等工作时，可以对评价结果为不合格的设备有针对性地采取节能改造措施，以提升系统的能效水平，促使“双控”目标的实现。