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摘要：在(zai)全球能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)加速(su)轉型、我國(guo)新能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)轉向(xiang)全面推廣的(de)關鍵(jian)期，減(jian)少化(hua)(hua)石(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消耗(hao)(hao)首當其沖。目(mu)前(qian)(qian)國(guo)內油(you)(you)田在(zai)生產(chan)過程中(zhong)化(hua)(hua)石(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消耗(hao)(hao)普(pu)遍占比較高，都(dou)在(zai)積極(ji)開(kai)展綠(lv)色低碳(tan)(tan)轉型發展。熔(rong)鹽(yan)儲能(neng)(neng)技術是利用(yong)(yong)熔(rong)鹽(yan)高熱(re)(re)容、高分(fen)解溫度、高流動性(xing)、低腐蝕(shi)性(xing)等(deng)(deng)特點，以(yi)其作為(wei)儲熱(re)(re)介(jie)質，將(jiang)谷時電(dian)(dian)或綠(lv)電(dian)(dian)等(deng)(deng)以(yi)熱(re)(re)能(neng)(neng)的(de)形式(shi)(shi)儲存(cun)起來，再(zai)利用(yong)(yong)儲存(cun)的(de)熱(re)(re)能(neng)(neng)放(fang)熱(re)(re)進(jin)(jin)行工業生產(chan)的(de)技術，該技術已廣泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)于(yu)太陽能(neng)(neng)光熱(re)(re)發電(dian)(dian)、火力發電(dian)(dian)機組的(de)調峰調頻、供暖與余熱(re)(re)回(hui)收利用(yong)(yong)等(deng)(deng)領域.目(mu)前(qian)(qian)對(dui)(dui)熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)技術的(de)研究普(pu)遍以(yi)太陽能(neng)(neng)光熱(re)(re)發電(dian)(dian)為(wei)中(zhong)心展開(kai)，探索熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)技術如何在(zai)油(you)(you)田生產(chan)系統(tong)中(zhong)得到(dao)應(ying)用(yong)(yong)，分(fen)析熔(rong)鹽(yan)物性(xing)，研究其蓄熱(re)(re)溫度區(qu)間，適宜的(de)加熱(re)(re)方式(shi)(shi)、關鍵(jian)設備部件及系統(tong)工藝流程等(deng)(deng)，實(shi)(shi)現以(yi)較為(wei)低廉的(de)谷時電(dian)(dian)加熱(re)(re)熔(rong)鹽(yan)進(jin)(jin)行儲熱(re)(re)放(fang)熱(re)(re)循環，滿足(zu)油(you)(you)田生產(chan)加熱(re)(re)需求，提(ti)高油(you)(you)田綠(lv)電(dian)(dian)消納(na)水平，減(jian)少化(hua)(hua)石(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消耗(hao)(hao)，對(dui)(dui)于(yu)“雙碳(tan)(tan)”目(mu)標實(shi)(shi)現意(yi)義重大(da)。

在全(quan)球能(neng)源加(jia)速(su)轉型(xing)、我國(guo)(guo)新能(neng)源轉向全(quan)面推廣的關鍵(jian)期，減少(shao)化(hua)石能(neng)源消耗首當其沖。習近(jin)平總書(shu)記(ji)在2020年(nian)9月22日聯(lian)合國(guo)(guo)大會上提出“力爭2030年(nian)碳(tan)(tan)達(da)峰，2060年(nian)碳(tan)(tan)中和”的戰略目標(biao)，中國(guo)(guo)石油天(tian)然氣(qi)集團公司制(zhi)定了“清(qing)潔(jie)替代、戰略接替、綠色(se)轉型(xing)”的三步走戰略，明確(que)“2025年(nian)碳(tan)(tan)達(da)峰，2050年(nian)近(jin)零排(pai)放”的目標(biao)路(lu)徑(jing)。

遼河(he)油(you)(you)田(tian)原油(you)(you)產量連續30年(nian)保(bao)持千萬噸規模，其中，稠油(you)(you)、超(chao)稠油(you)(you)產量約(yue)占60%，2021年(nian)生(sheng)產系統消耗天(tian)然(ran)(ran)氣(qi)18.2億(yi)m3、電22.4億(yi)kW·h，折(zhe)合269.59萬t標煤，CO2排(pai)放(fang)量567.54萬t，能耗主要為(wei)天(tian)然(ran)(ran)氣(qi)。隨著近年(nian)來光熱發(fa)電項目建設，熔鹽儲熱技術(shu)為(wei)油(you)(you)田(tian)“以電代氣(qi)”，綠(lv)色轉型(xing)提供了技術(shu)選擇，因此，在油(you)(you)氣(qi)生(sheng)產高能耗系統應(ying)用(yong)(yong)熔鹽儲熱技術(shu)，不僅(jin)有(you)利(li)于(yu)油(you)(you)田(tian)清潔能源(yuan)替代，減碳排(pai)綠(lv)色發(fa)展，同(tong)時為(wei)國家電網起(qi)到填谷(gu)作(zuo)用(yong)(yong)，以接納更多(duo)的風電容量，降低電網棄(qi)風率(lv)。

1熔鹽簡介

熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)一般(ban)是指無(wu)機鹽(yan)或其混(hun)合物的熔(rong)(rong)(rong)融態(tai)液體。常見的熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)由堿金屬的硝酸(suan)鹽(yan)、氯化鹽(yan)、氟化鹽(yan)、碳酸(suan)鹽(yan)等組成，每種熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)的特性(xing)見表(biao)1。

由(you)表1可見，硝酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)熔點低、腐蝕(shi)性(xing)低并已廣泛應用于太陽能(neng)發電(dian)及電(dian)加熱熔鹽(yan)儲能(neng)熱力(li)站等領域。工程上常用的(de)(de)硝酸(suan)(suan)(suan)熔鹽(yan)分(fen)別為二(er)元(yuan)鹽(yan)(40%硝酸(suan)(suan)(suan)鉀(KNO3)、60%硝酸(suan)(suan)(suan)鈉(NaNO3))和三(san)元(yuan)鹽(yan)(53%硝酸(suan)(suan)(suan)鉀(KNO3)、40%亞硝酸(suan)(suan)(suan)鈉(NaNO2)、7%硝酸(suan)(suan)(suan)鈉(NaNO3))，特(te)性(xing)參數見表2，二(er)元(yuan)鹽(yan)具有(you)上限使(shi)用溫(wen)度高，接觸空氣不氧化(hua)，高溫(wen)下黏度接近于水，具有(you)較好的(de)(de)流動性(xing)等特(te)點，整個系統運行更加安全。

表1熔鹽種類介紹

表2硝酸鹽熔鹽特性參數

2熔鹽儲熱技術簡介

熔鹽儲熱(re)(re)(re)技(ji)術于20世(shi)紀80年代就已經在(zai)光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)電領域中應(ying)用，熔鹽作(zuo)為(wei)儲熱(re)(re)(re)工質(zhi)，被聚焦光(guang)(guang)(guang)斑加熱(re)(re)(re)后進(jin)入高溫罐儲存，可(ke)以解決光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)電中的能源儲存難(nan)題(ti)，發(fa)電時作(zuo)為(wei)傳熱(re)(re)(re)工質(zhi)與給水換(huan)熱(re)(re)(re)產生(sheng)過熱(re)(re)(re)蒸汽，驅(qu)動汽輪機做功(gong)。表3為(wei)國內(nei)外光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)電成功(gong)案例，表4為(wei)青(qing)海德令哈光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)電具體參(can)數(shu)。該技(ji)術在(zai)油田生(sheng)產領域尚無應(ying)用，可(ke)以借鑒其儲熱(re)(re)(re)放熱(re)(re)(re)循環技(ji)術，開(kai)展(zhan)相關(guan)技(ji)術研究(jiu)與應(ying)用。

表3國內外光熱發電成功案例

表 4 青海德令哈熔鹽儲熱工況參數

3油田井場生產現狀

遼河井場(chang)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)爐數量(liang)(liang)多(duo)且布置分散，主要(yao)用(yong)于(yu)采出(chu)液加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)升(sheng)溫(wen)，加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)爐的(de)平均負荷(he)率(lv)多(duo)在(zai)60%～70%，一(yi)般從30℃左右升(sheng)溫(wen)至60℃左右，井場(chang)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)爐規格(ge)有32、90、170、290 kW等，實際(ji)常用(yong)的(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)負荷(he)為30、60 kW。以(yi)遼河油(you)田某采油(you)井場(chang)生產(chan)實際(ji)為例，加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)液量(liang)(liang)為25 m3/d，含(han)水率(lv)84%，加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度(du)為26～50℃，計算加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)負荷(he)為26.85 kW。

4熔鹽儲熱技術在油田生產的探索

在現有熔(rong)鹽儲(chu)熱(re)技術基(ji)礎上，創新熔(rong)鹽—熱(re)風(feng)(feng)換(huan)熱(re)技術路(lu)線，利用谷時(shi)電(dian)(22∶00—5∶00)或結合光伏發(fa)電(dian)系統白天時(shi)段進行(xing)補(bu)電(dian)，通過設(she)置在熔(rong)鹽儲(chu)罐的(de)電(dian)加熱(re)器(qi)，將熔(rong)鹽由260℃加熱(re)至(zhi)340℃，電(dian)能轉化為熱(re)能儲(chu)存在熔(rong)鹽中;全天連(lian)續釋放高(gao)溫熔(rong)鹽中的(de)熱(re)能，通過鼓風(feng)(feng)機將空氣與高(gao)溫熔(rong)鹽換(huan)熱(re)成熱(re)風(feng)(feng)(220/170℃)，熱(re)風(feng)(feng)再與采出液進行(xing)換(huan)熱(re)，將采出液提溫后外輸。詳細設(she)計(ji)如下：

1)設計參數及熔鹽基礎數據

(1)熔鹽儲熱(re)橇設計加熱(re)/儲熱(re)功率(lv)：30/120 kW;

（2)熔鹽(yan)設計溫(wen)度：260～340℃(二元(yuan)熔鹽(yan));

(3)熔鹽密(mi)度：1924～1873 kg/m3;

(4)熔鹽熱(re)容：1488～1502 J/(kg·K);

(5)熔鹽(yan)儲罐：20 m3。

2)主要設備設計

(1)熔鹽儲(chu)罐。設(she)備(bei)為臥式結構，鞍座支撐型式，鞍座采(cai)用120°包角，設(she)有電加(jia)(jia)熱器(qi)供熔鹽蓄熱使用，設(she)備(bei)內(nei)部(bu)設(she)有加(jia)(jia)熱盤管供熔鹽給空氣加(jia)(jia)熱(見(jian)圖1)。

圖1熔鹽儲罐設計圖

（2)設備(bei)主要參(can)數：

直徑：2 400 mm;

筒體長度：4700 mm;

設(she)計壓力：管程：0.77 kPa/殼程：常壓;

工(gong)作溫度：管(guan)程：170～220℃/殼程：260～340℃;

工作介質(zhi)：管程：空氣/殼(ke)程：熔鹽;

主(zhu)要材質：管(guan)程(cheng)：20鋼管(guan)/殼(ke)程(cheng)：Q345Ｒ鋼板;

殼(ke)體厚度：10 mm;

設備總重：8.05 t;

管道換(huan)熱參數：換(huan)熱面(mian)積(ji)：80㎡。

3)熔鹽－熱風換熱器

設備為(wei)臥式結構，鞍座支撐型式，鞍座采用(yong)120°包角，本(ben)設備設置上下兩(liang)個筒體，通(tong)過(guo)換(huan)熱盤管連(lian)接為(wei)一體，含水(shui)油(you)在管程輸送，殼程內為(wei)熱空氣給盤管內含水(shui)油(you)加熱(見圖2)。

圖2熔鹽－熱風換熱器(qi)設計圖

設備主要參數：

直徑：600 mm;

筒(tong)體長度：3050 mm;

設計壓力：管程：1.0 MPa/殼(ke)程：常壓;

工作溫度：管程35～50℃/殼程：170～220℃;

工(gong)作介(jie)質：管程：含水油/殼程：空(kong)氣;

主要材質(zhi)：管程：20鋼管/殼程：Q345Ｒ鋼板(ban);

殼體厚度：8 mm;

設備總重：2 t;

管道換(huan)熱(re)參(can)數：換(huan)熱(re)面積：20㎡。

5熔鹽儲熱技術在油田生產的應用效果及意義

通過理(li)論分(fen)析(xi)計算，遼河油田建設一臺(tai)(tai)試驗(yan)裝置，并(bing)于2023年(nian)1月投(tou)產(chan)運行(xing)，目(mu)前運行(xing)平穩(wen)。該裝置每(mei)天(tian)(tian)利用7小時谷時電(840 kW·h)加(jia)熱(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)儲(chu)存熱(re)(re)(re)量(2 963 MJ)，通過熱(re)(re)(re)風循環(huan)換(huan)熱(re)(re)(re)系統全天(tian)(tian)連續加(jia)熱(re)(re)(re)采出液，采出液溫(wen)度(du)由(you)26℃加(jia)熱(re)(re)(re)至50℃后(hou)(全天(tian)(tian)熱(re)(re)(re)量2758 MJ)，外輸至集油平臺(tai)(tai)，綜合熱(re)(re)(re)效率(lv)為91.2%，達(da)到節省天(tian)(tian)然氣2.7萬方/年(nian)，減排二氧化碳58.4 t/年(nian)的運行(xing)效果。

該裝置的(de)投產，填補了熔(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)熱(re)(re)技(ji)術(shu)(shu)在油田(tian)生產的(de)技(ji)術(shu)(shu)空白，可(ke)以幫助技(ji)術(shu)(shu)人(ren)員建(jian)立對熔(rong)鹽(yan)(yan)特(te)性(xing)的(de)認識，分(fen)析系統中熔(rong)鹽(yan)(yan)各部分(fen)的(de)換熱(re)(re)效率，掌(zhang)握熔(rong)鹽(yan)(yan)系統運行(xing)與維護安(an)全措(cuo)施，分(fen)析對比熔(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)熱(re)(re)與其他儲(chu)熱(re)(re)方式的(de)不同(tong)，探索(suo)建(jian)造、運行(xing)、安(an)全、環保、碳(tan)交易、電價(jia)機制(zhi)等一系列生產運營經(jing)驗，為熔(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)熱(re)(re)技(ji)術(shu)(shu)逐步擴大建(jian)設規模，應用于采油站、聯(lian)合站及注汽系統加熱(re)(re)積累經(jing)驗，實現(xian)油田(tian)生產的(de)綠(lv)色低碳(tan)轉型發展，助力雙碳(tan)目標實現(xian)。

本文作者：中油遼河工程有(you)限(xian)公司(si)，劉兵。