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原油电脱水经济运行研究

张帅  
【摘要】:随着油田开发的逐渐深入和海上油田的开发,开采出的原油含水率不断增大,导致原油脱水系统的能源消耗和运行成本提高,脱水效果也变差。本文主要的研究内容就是在不改造现有电脱水工艺流程和设备的前提下,根据最优化理论知识,结合某联合站实际生产数据,对原油电脱水系统的操作条件进行优化,从而达到节约能源、降低资源消耗、减少原油脱水系统运行成本的目的。本文首先对电脱水系统工艺流程和主要设备进行了分析研究,确定了电脱水系统的主要耗能设备。其次,借助多物理场耦合分析软件进行数值模拟,探究了交流电场中油水混合物水滴的感应电荷密度、电势及电场力分布,以及分散相的运动情况,进一步对油水乳状液的分散相水滴聚结机理和影响因素进行了分析。第三,从各个设备的工作原理出发,确定了原油电脱水系统运行时产生的电费、燃料费和破乳剂费用,并建立了优化问题的目标函数;选择了电脱水器的操作电压和电流、化学破乳剂浓度以及脱水加热炉出口温度为优化变量;根据国家和行业标准及各个设备设计参数,确定了优化模型的约束条件,并对实测数据拟进行了拟合,得出了优化变量与脱水率之间的数学关系,对优化模型进行补充,使其更加完整和贴合实际。最后,使用粒子群算法编写MATLAB程序对模型进行求解,得出了最优脱水方案运行条件。本文分别对电压强度为340V、360V和380V时的优化模型进行了求解。结果表明:脱水器电压值为380V、电流强度为52A、破乳剂浓度为61.4ppm、脱水温度为57.2℃时电脱水系统运行费用最低,且能满足原油品质要求。三种优化方案中,运行费用最高为235万元/年,最少则只需212万元/年,即采用该运行方案每年最多可以节约23万元运行费用,优化效果比较明显。因此在不改造现有工艺的基础上,仅通过调整操作条件,便达到了低生产成本、节能降耗的目的。


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