[发明专利]一种油田地面注气系统能耗评价方法

摘要

本发明一种油田地面注气系统能耗评价方法，具体步骤为：确定注气系统基本流程，了解系统内耗能设备；能耗计算首先从压缩机开始，包括空压机和增压机，不同类型的压缩机对应不同的评价方法；确定制氮设备为变压吸附制氮(PSA)，选择不同的能耗计算方法；最后对泵机组的能耗进行评价计算。本发明针对注气系统主要的四个设备分别建立了能耗评价模型，能够对空气进入注气系统到高压氮气输出期间的能耗进行准确评价，直观地表现出注气系统中各部的能耗量。利用该评价方法可了解地面注气系统的能耗情况，为地面注气系统节能优化提供参考与支持。

主权项

1.一种油田地面注气系统能耗评价方法，其特征在于，将注气系统划分为压缩系统、制氮系统和泵机组系统，其中所述压缩系统包括空气压缩机和氮气压缩机，并分别对各系统进行下述参数的测试和能耗评价；(1)所述压缩系统的压缩机效率；m＝Q·ρ/3600N_e＝η_mP_i式中，Q为气体标准状况即0.1MPa，0℃下的压缩机体积流量，Nm³/h；ρ为气体在标准状况下的密度，kg/m³；m为气体质量流量，kg/s；h₁为气体进口比焓，kJ/kg；h_2s为气体等熵过程出口比焓，kJ/kg；v₁为气体进口比容，m³/kg；v_2s为气体等熵过程出口比容，m³/kg；R为通用气体常数，8.314J/(K·moL)；M为气体摩尔质量，kg/mol；f为苏尔兹修正因子；R_g为气体常数，与气体种类有关，J/(kg·K)；Z₁、Z₂为气体进出口压缩因子，与温度、压力以及气体种类有关；T₁为压缩机吸气温度，K；T₂为压缩机出气温度，K；n为平均多变指数；P₂、P₁为压缩机气体进出口绝对压力，MPa；N_i为压缩机指示功率，kW；N_e为压缩机轴功率，kW；P_i为电驱压缩机电机输入功率或透平驱内功率，kW；透平机械效率或电机效率η_m，透平机械效率一般取值0.98，电机效率一般取值0.90；压缩机效率η_c；(2)制氮系统中的PSA制氮设备的单位产品氮气电耗：N_c＝N_eη_mN_all＝N_c+N_j式中，I为电机输入电流，A；U为电机输入电压，V；为功率因子；N_e为电机输入功率，kW；η_m为电机效率，一般取0.90；N_c为压缩机输入功率，kW；N_j为辅机功率，kW；N₀为单位产品氮气电耗，kW·h/Nm³；y为产品气体纯度，％；N_all为总功率，kW；Q₀为标准状态下氮气产量，Nm³/h；(3)所述泵机组系统的泵机组额定效率：P_u＝ρgHQ×10^‑3式中，P_p1、P_p2为泵进出口压力，Pa；h_e1、h_e2为泵进出口压力表高度，m；w₁、w₂为泵进出口液体流速，m/s；ρ为液体密度，kg/m³；g为重力加速度，9.81m/s²；H为泵的总扬程，m；Q为泵实际排量，m³/s；P_u为泵输出功率，kW；P_d为电机输出功率，kW；η_p为泵机组实际运行效率；η_re为泵机组额定效率；P_re,o为额定运行状态下机组输出有效功率，kW；P_re,i为额定运行状态下电源输入有效功率，kW；(4)当η_c、N₀、r同时符合以下条件时，所述注气系统为经济运行：若压缩机额定功率小于750kw，往复式η_c>0.6、离心式η_c>0.65、轴流式η_c>0.7；若压缩机额定功率在750kw至6000kw之间时，往复式η_c>0.6、离心式η_c>0.65、轴流式η_c>0.70；若压缩机额定功率在6000kw至12000kw之间时，往复式η_c>0.67、离心式η_c>0.72、轴流式η_c>0.77；若压缩机额定功率在12000kw至25000kw之间时，往复式η_c>0.72、离心式η_c>0.77、轴流式η_c>0.82；若压缩机额定功率在25000kw至50000kw之间时，往复式η_c>0.75、离心式η_c>0.80、轴流式η_c>0.85；在制氮纯度≥99.5％、氮气压力≥0.6MPa、启动时间≤40min条件下，在PSA产氮量为5‑10Nm³/h时，N₀≤0.76；PSA产氮量为20‑50Nm³/h时，N₀≤0.73；PSA产氮量为100‑200Nm³/h时，N₀≤0.70；PSA产氮量为300‑600Nm³/h时，N₀≤0.68；PSA产氮量为800‑1500Nm³/h时，N₀≤0.65；PSA产氮量为1800‑3000Nm³/h时，N₀≤0.60；r≥0.7。