一種原油脫水節能減排設備及工藝的製作方法

2023-04-30 19:40:21

本發明涉及一種油田低品位熱能利用的工藝及設備，特別涉及一種原油脫水節能減排設備及工藝。

背景技術：

油田在生產過程中產生大量含油汙水，這些含油汙水的溫度往往較高，如勝利油田的含油汙水在夏季可以達到57℃，在冬季可以達到53℃；大慶油田含油汙水的溫度一般在36~42℃。我國油田每天含油汙水日產量為200萬立方米，海上油田每年含油汙水排放5000多萬噸。由此可見，我國油田含油汙水的餘熱回收潛力巨大。人們一直在關注著如何回收利用這部分熱能來為油田的生產和生活服務，同時解決因燃燒礦物燃料造成的汙染問題（同時因為原油在我國來說是屬於稀缺資源，因此有必要節約使用）。這部分熱能的特點是品位比較低，但是可以利用壓縮低沸工質來提高其溫度，可以節約大量的燃油或天然氣。

含油汙水餘熱的回收利用用於供暖，只解決了很小一部分含油汙水的利用問題，仍然有相當多的含油汙水的餘熱被排放到大氣中，即造成熱汙染又浪費資源。一方面，隨著油田的開發進入中後期，油井的含油汙水的水量越來越大；另一方面，原油的脫水和外輸都需要加熱，尤其是稠油，由於其粘度較高，必須加熱降粘之後才可以外輸。目前可以採用的加熱爐主要為燃油或天然氣水套加熱爐的形式，原油加熱的溫度範圍為40~70℃，這種形式的能量利用方式實際是採用燃燒高品位能源獲得低品位熱能，有用能效率較低。即使不考慮有用能效率的問題，這種加熱爐的一次能源利用效率約為85%。採用低沸工質在汙水中沸騰和壓縮後在冷凝器的凝結，可以滿足原油脫水工藝加熱的需求。

在近幾年的專利申請文獻和各大油田壓縮低沸工質工藝中，敘述了多種油田汙水廢熱驅動熱泵的工藝及設備，由於油田採出水（汙水）結垢嚴重及某些區塊三次採油聚合物成分較多，在使用中對換熱器產生結垢、堵塞及腐蝕的問題，幾年來未能大面積推廣應用，且各種熱泵都自成系統，其蒸發器和清水換熱器換熱，清水換熱器又和汙水換熱器換熱，進行了兩次間接換熱，增大了低溫端和高溫端的溫差，因此制熱係數較小（約為3—4），節能效果不明顯。

技術實現要素：

本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種原油脫水節能減排設備及工藝，其環保、節能、運行壓力低、設備較少，相變換熱、系統相對簡單、可靠、能效比高、原油出口溫度較高，不需要補熱爐、運行費用低、耐腐蝕、不結垢，該設備及工藝可穩定提供原油脫水加熱的熱源。

本發明提到的一種原油脫水節能減排設備，其技術方案是：包括汙水罐（1）、兩相分離器（2）、壓縮機（3）、工質冷卻器（4）、原油沉降罐（5）、工質冷凝器（6）、泵（7）、三相分離器（8）、低沸工質蒸發器（9），所述三相分離器（8）的進口連接原油來液管，底部出口通過管道連接低沸工質蒸發器（9），低沸工質蒸發器（9）的輸出端經過兩相分離器（2）連接到汙水罐（1），兩相分離器（2）的頂部分離出的低沸制熱工質蒸汽被壓縮機（3）吸入，壓縮機（3）的輸出端連接工質冷卻器（4），工質冷卻器（4）的輸出端連接工質冷凝器（6），工質冷凝器（6）的輸出端連接到低沸工質蒸發器（9）的頂部；所述的三相分離器（8）的中部出口通過管道及泵（7）連接到工質冷凝器（6），頂部出口為天然氣出口，三相分離器（8）的中部出口輸出的含水原油經過經泵（7）加壓後進入工質冷凝器（6）的管程吸熱升溫，而後進入工質冷卻器（4）管程再次吸熱升溫後送入原油沉降罐（5）。

優選的，上述工質冷凝器（6）與低沸工質蒸發器（9）之間設有節流閥，低沸制熱工質經節流閥降壓後送入低沸工質蒸發器（9）吸熱汽化。

優選的，上述汙水罐（1）上部為原油輸出管（1.1），下部設有汙水輸出管（1.2）。

優選的，上述原油沉降罐（5）的上部設有輕炔氣輸出管（5.1），中上部設有原油排出管（5.2），下部設有汙水排出管（5.4），且汙水排出管（5.4）再連接到低沸工質蒸發器（9），可以對液態的低沸制熱工質放熱。

優選的，上述原油沉降罐（5）的中下部設有原油輸入管（5.3），且原油輸入管（5.3）的另一端連接到工質冷卻器（4）。

本發明提到的一種原油脫水節能減排設備的工藝，包括以下過程：

原油來液通過原油來液管（10）進入三相分離器（8），油田採出汙水從三相分離器（8）經管道進入低沸工質蒸發器（9），與液態低沸制熱工質混合放熱降溫後進入兩相分離器（2），經管線進入汙水罐（1），在汙水罐中沉降分離出少量原油後的油田採出汙水外排至回注管線；

兩相分離器（2）的頂部分離出的低沸制熱工質蒸汽被壓縮機（3）吸入，壓縮升壓升溫後經管道送至工質冷卻器（4）放熱，然後送入工質冷凝器（6）放熱凝結成為液體，經節流閥降壓後送入低沸工質蒸發器（9）吸熱汽化；

從三相分離器（8）中分離出的含水原油經泵（7）加壓後進入工質冷凝器（6）的管程吸熱升溫，而後進入工質冷卻器（4）管程再次吸熱升溫後送入原油沉降罐（5）。

優選的，上述原油沉降罐（5）中分離出的原油可進入另一原油加熱節能減排工藝流程，原油沉降罐（5）中分離出的汙水可以進入低沸工質蒸發器（9）對液態的低沸制熱工質放熱。

本發明的有益效果是：利用本發明的原油脫水節能減排設備及工藝，不僅能使油田採出水（汙水）熱能得到高效利用，而且，原油脫水節能減排設備及工藝不直接燃燒燃料，不產生 廢氣排放，是一種對環境友好的設備；同時，利用原油脫水節能減排設備及工藝為原油脫水生產工藝提供所需的熱量，可節約大量的天然氣或石油，與常規的原油加熱爐相比，油田採出水（汙水）原油脫水節能減排設備及工藝能效比較高，約為1 : 6，油田採出水（汙水）溫度、流量穩定，設備無高溫部件，不易損壞，壽命長，維修保養方便。

附圖說明

附圖1是本發明的結構示意圖；

圖中：汙水罐1、兩相分離器2、壓縮機3、工質冷卻器4、原油沉降罐5、工質冷凝器6、泵7、三相分離器8、低沸工質蒸發器9、原油來液管10、原油輸出管1.1、汙水輸出管1.2、輕炔氣輸出管5.1、原油排出管5.2、原油輸入管5.3、汙水排出管5.4、天然氣出口8.1。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。

本發明提到的一種原油脫水節能減排設備，包括汙水罐1、兩相分離器2、壓縮機3、工質冷卻器4、原油沉降罐5、工質冷凝器6、泵7、三相分離器8、低沸工質蒸發器9，所述三相分離器8的進口連接原油來液管，底部出口通過管道連接低沸工質蒸發器9，低沸工質蒸發器9的輸出端經過兩相分離器2連接到汙水罐1，兩相分離器2的頂部分離出的低沸制熱工質蒸汽被壓縮機3吸入，壓縮機3的輸出端連接工質冷卻器4，工質冷卻器4的輸出端連接工質冷凝器6，工質冷凝器6的輸出端連接到低沸工質蒸發器9的頂部；所述的三相分離器8的中部出口通過管道及泵7連接到工質冷凝器6，頂部出口為天然氣出口8.1，三相分離器8的中部出口輸出的含水原油經過經泵7加壓後進入工質冷凝器6的管程吸熱升溫，而後進入工質冷卻器4管程再次吸熱升溫後送入原油沉降罐5。

其中，工質冷凝器6與低沸工質蒸發器9之間設有節流閥，低沸制熱工質經節流閥降壓後送入低沸工質蒸發器9吸熱汽化。

汙水罐1上部為原油輸出管1.1，下部設有汙水輸出管1.2。

原油沉降罐5的上部設有輕炔氣輸出管5.1，中上部設有原油排出管5.2，下部設有汙水排出管5.4，且汙水排出管5.4再連接到低沸工質蒸發器9，可以對液態的低沸制熱工質放熱。

原油沉降罐5的中下部設有原油輸入管5.3，且原油輸入管5.3的另一端連接到工質冷卻器4。

本發明提到的一種原油脫水節能減排設備的工藝，包括以下減排工藝過程：

A、原油來液通過原油來液管10進入三相分離器8，油田採出汙水從三相分離器8經管道進入低沸工質蒸發器9，與液態低沸制熱工質混合放熱降溫後進入兩相分離器2，經管線進入汙水罐1，在汙水罐中沉降分離出少量原油後的油田採出汙水外排至回注管線；

B、兩相分離器2的頂部分離出的低沸制熱工質蒸汽被壓縮機3吸入，壓縮升壓升溫後經管道送至工質冷卻器4放熱，然後送入工質冷凝器6放熱凝結成為液體，經節流閥降壓後送入低沸工質蒸發器9吸熱汽化；

C、從三相分離器8中分離出的含水原油經泵7加壓後進入工質冷凝器6的管程吸熱升溫，而後進入工質冷卻器4管程再次吸熱升溫後送入原油沉降罐5。

D、上述原油沉降罐5中分離出的原油可進入另一原油加熱節能減排工藝流程，原油沉降罐（5）中分離出的汙水可以進入低沸工質蒸發器（9）對液態的低沸制熱工質放熱。

本發明的設備及工藝利用油田採出水（汙水）為熱源，低沸工質壓縮制熱為原油加熱工藝提供所需的熱能，原油脫水節能減排設備及工藝能效比約為6 ，具有明顯的節能效果，與常規的油田採出水熱泵相比，制熱係數較高、相變換熱不堵塞、溫差小、結構簡單、成本低、不易損壞，壽命長，維修保養方便。

該工藝流程中，油田採出水（汙水）易結垢，強腐蝕性，因此採用耐腐蝕，抗結垢且有一定膨脹除汙性能的塑料管作為塑料管換熱器的基本換熱部件；採用上述工藝流程後，利用油田聯合站油水分離後產生的油田採出水（汙水）低品味熱能和壓縮機對低沸制熱工質壓縮凝結放熱，能實現將外輸原油提高10—30℃，以滿足原油脫水工藝或原油外輸加熱工藝，替代現有的原油脫水爐和原油外輸加熱爐，實現節能減排的目的。

本發明的熱源是油田採出水（汙水），溫度、流量穩定，是一種理想的熱源，本發明所用設備簡單、容易防腐、防垢，不會堵塞換熱器，維護簡單、制熱係數高。

以上所述，僅是本發明的部分較佳實施例，任何熟悉本領域的技術人員均可能利用上述闡述的技術方案加以修改或將其修改為等同的技術方案。因此，依據本發明的技術方案所進行的任何簡單修改或等同置換，盡屬於本發明要求保護的範圍。