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摘要：在全(quan)球能(neng)(neng)(neng)(neng)源加速轉型、我國(guo)新能(neng)(neng)(neng)(neng)源轉向(xiang)全(quan)面推廣的(de)關鍵(jian)期，減少化石能(neng)(neng)(neng)(neng)源消(xiao)(xiao)耗(hao)首當其沖(chong)。目前國(guo)內油田(tian)(tian)在生(sheng)產(chan)過程中化石能(neng)(neng)(neng)(neng)源消(xiao)(xiao)耗(hao)普遍占比較高，都在積(ji)極開展(zhan)(zhan)綠(lv)色低(di)碳轉型發展(zhan)(zhan)。熔(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術是利用(yong)熔(rong)鹽(yan)高熱(re)(re)容、高分(fen)解溫度、高流動(dong)性(xing)、低(di)腐(fu)蝕性(xing)等(deng)特(te)點(dian)，以其作為(wei)儲(chu)(chu)熱(re)(re)介質，將谷(gu)時電(dian)(dian)或綠(lv)電(dian)(dian)等(deng)以熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)形式儲(chu)(chu)存(cun)(cun)起(qi)來，再利用(yong)儲(chu)(chu)存(cun)(cun)的(de)熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)放(fang)熱(re)(re)進(jin)行工業(ye)生(sheng)產(chan)的(de)技術，該技術已(yi)廣泛(fan)應(ying)用(yong)于太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)光熱(re)(re)發電(dian)(dian)、火力發電(dian)(dian)機組(zu)的(de)調(diao)峰調(diao)頻、供暖(nuan)與(yu)余熱(re)(re)回(hui)收利用(yong)等(deng)領域.目前對熔(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技術的(de)研究(jiu)普遍以太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)光熱(re)(re)發電(dian)(dian)為(wei)中心展(zhan)(zhan)開，探索熔(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技術如何在油田(tian)(tian)生(sheng)產(chan)系(xi)統中得(de)到應(ying)用(yong)，分(fen)析(xi)熔(rong)鹽(yan)物性(xing)，研究(jiu)其蓄熱(re)(re)溫度區間，適宜的(de)加熱(re)(re)方式、關鍵(jian)設(she)備部(bu)件及系(xi)統工藝流程等(deng)，實現(xian)以較為(wei)低(di)廉的(de)谷(gu)時電(dian)(dian)加熱(re)(re)熔(rong)鹽(yan)進(jin)行儲(chu)(chu)熱(re)(re)放(fang)熱(re)(re)循(xun)環，滿足油田(tian)(tian)生(sheng)產(chan)加熱(re)(re)需求(qiu)，提高油田(tian)(tian)綠(lv)電(dian)(dian)消(xiao)(xiao)納水平(ping)，減少化石能(neng)(neng)(neng)(neng)源消(xiao)(xiao)耗(hao)，對于“雙碳”目標實現(xian)意義(yi)重大。

在(zai)全球能源加速轉(zhuan)型、我國新能源轉(zhuan)向全面推廣的(de)關鍵期，減(jian)少化石能源消耗首當(dang)其沖。習(xi)近平總書(shu)記在(zai)2020年(nian)9月22日聯合國大會(hui)上提出“力爭2030年(nian)碳達峰(feng)(feng)，2060年(nian)碳中和(he)”的(de)戰略目標，中國石油天(tian)然氣(qi)集團(tuan)公司(si)制定了“清潔(jie)替代、戰略接替、綠色轉(zhuan)型”的(de)三步走戰略，明(ming)確“2025年(nian)碳達峰(feng)(feng)，2050年(nian)近零排放”的(de)目標路徑。

遼河油田原油產量連續30年(nian)保(bao)持千萬噸規模，其(qi)中，稠油、超(chao)稠油產量約占60%，2021年(nian)生產系統消耗(hao)天然(ran)氣(qi)18.2億m3、電(dian)(dian)22.4億kW·h，折合(he)269.59萬t標煤(mei)，CO2排(pai)放量567.54萬t，能(neng)耗(hao)主(zhu)要為天然(ran)氣(qi)。隨著(zhu)近年(nian)來光(guang)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)項目建設，熔鹽儲熱(re)技術(shu)為油田“以電(dian)(dian)代氣(qi)”，綠(lv)色轉型(xing)提供了(le)技術(shu)選擇，因此，在油氣(qi)生產高能(neng)耗(hao)系統應用(yong)熔鹽儲熱(re)技術(shu)，不僅有利于油田清潔能(neng)源替代，減碳排(pai)綠(lv)色發(fa)(fa)展(zhan)，同(tong)時(shi)為國家電(dian)(dian)網(wang)起到(dao)填谷(gu)作用(yong)，以接納更多的風電(dian)(dian)容(rong)量，降低電(dian)(dian)網(wang)棄(qi)風率。

1熔鹽簡介

熔鹽(yan)一般是指無機(ji)鹽(yan)或其混(hun)合(he)物的熔融態液(ye)體。常(chang)見(jian)的熔鹽(yan)由(you)堿(jian)金屬的硝酸(suan)鹽(yan)、氯化鹽(yan)、氟化鹽(yan)、碳酸(suan)鹽(yan)等(deng)組(zu)成，每(mei)種熔鹽(yan)的特性見(jian)表(biao)1。

由(you)表1可見，硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)熔(rong)(rong)點(dian)低、腐蝕(shi)性(xing)低并已廣泛應用(yong)于太(tai)陽能發電(dian)及電(dian)加熱熔(rong)(rong)鹽(yan)儲能熱力站等(deng)(deng)領域。工程上(shang)常用(yong)的硝(xiao)酸(suan)(suan)熔(rong)(rong)鹽(yan)分別為二元鹽(yan)(40%硝(xiao)酸(suan)(suan)鉀(KNO3)、60%硝(xiao)酸(suan)(suan)鈉(na)(NaNO3))和(he)三元鹽(yan)(53%硝(xiao)酸(suan)(suan)鉀(KNO3)、40%亞硝(xiao)酸(suan)(suan)鈉(na)(NaNO2)、7%硝(xiao)酸(suan)(suan)鈉(na)(NaNO3))，特(te)性(xing)參數見表2，二元鹽(yan)具有(you)(you)上(shang)限(xian)使用(yong)溫度高，接觸空氣不氧化(hua)，高溫下(xia)黏度接近于水，具有(you)(you)較好的流動性(xing)等(deng)(deng)特(te)點(dian)，整(zheng)個(ge)系(xi)統運行更(geng)加安全(quan)。

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(yan)(yan)儲(chu)(chu)熱技(ji)術(shu)于20世紀80年(nian)代就已經在光(guang)熱發(fa)電領域中(zhong)應(ying)用(yong)，熔鹽(yan)(yan)作為(wei)儲(chu)(chu)熱工質，被聚(ju)焦(jiao)光(guang)斑(ban)加熱后進入高溫罐儲(chu)(chu)存，可(ke)以(yi)解決光(guang)熱發(fa)電中(zhong)的能源儲(chu)(chu)存難題，發(fa)電時作為(wei)傳(chuan)熱工質與給水換熱產生過熱蒸汽，驅動汽輪機做功(gong)(gong)。表3為(wei)國內外光(guang)熱發(fa)電成功(gong)(gong)案例，表4為(wei)青海德(de)令哈光(guang)熱發(fa)電具體參數。該(gai)技(ji)術(shu)在油田生產領域尚無(wu)應(ying)用(yong)，可(ke)以(yi)借鑒其儲(chu)(chu)熱放熱循(xun)環技(ji)術(shu)，開展相關(guan)技(ji)術(shu)研究與應(ying)用(yong)。

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(he)井場加熱(re)(re)爐(lu)數量多且布置分散，主要用(yong)于采(cai)出(chu)液(ye)加熱(re)(re)升(sheng)溫(wen)，加熱(re)(re)爐(lu)的(de)平(ping)均負荷率多在60%～70%，一般從30℃左(zuo)右(you)升(sheng)溫(wen)至60℃左(zuo)右(you)，井場加熱(re)(re)爐(lu)規格有32、90、170、290 kW等，實際常(chang)用(yong)的(de)加熱(re)(re)負荷為(wei)(wei)30、60 kW。以(yi)遼河(he)油(you)田某采(cai)油(you)井場生產(chan)實際為(wei)(wei)例(li)，加熱(re)(re)液(ye)量為(wei)(wei)25 m3/d，含(han)水(shui)率84%，加熱(re)(re)溫(wen)度為(wei)(wei)26～50℃，計算加熱(re)(re)負荷為(wei)(wei)26.85 kW。

4熔鹽儲熱技術在油田生產的探索

在現有熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)熱(re)技(ji)術(shu)基(ji)礎上，創新熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)—熱(re)風(feng)(feng)(feng)換熱(re)技(ji)術(shu)路線，利用谷時電(dian)(22∶00—5∶00)或(huo)結合光伏發電(dian)系統白天(tian)時段(duan)進(jin)行補(bu)電(dian)，通過設置在熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)罐的電(dian)加熱(re)器，將(jiang)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)由260℃加熱(re)至(zhi)340℃，電(dian)能(neng)轉化為熱(re)能(neng)儲(chu)存在熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)中;全天(tian)連續釋放(fang)高溫(wen)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)中的熱(re)能(neng)，通過鼓風(feng)(feng)(feng)機將(jiang)空(kong)氣與高溫(wen)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)換熱(re)成熱(re)風(feng)(feng)(feng)(220/170℃)，熱(re)風(feng)(feng)(feng)再與采(cai)出液(ye)進(jin)行換熱(re)，將(jiang)采(cai)出液(ye)提溫(wen)后外輸。詳細(xi)設計如下：

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：30/120 kW;

（2)熔鹽設計溫(wen)度(du)：260～340℃(二(er)元熔鹽);

(3)熔鹽(yan)密度(du)：1924～1873 kg/m3;

(4)熔鹽熱容：1488～1502 J/(kg·K);

(5)熔鹽儲罐：20 m3。

2)主要設備設計

(1)熔鹽儲罐。設(she)(she)備為臥式結構，鞍(an)(an)座(zuo)支撐型式，鞍(an)(an)座(zuo)采用120°包(bao)角，設(she)(she)有電加(jia)(jia)熱(re)(re)器供(gong)熔鹽蓄熱(re)(re)使(shi)用，設(she)(she)備內(nei)部設(she)(she)有加(jia)(jia)熱(re)(re)盤管供(gong)熔鹽給空(kong)氣加(jia)(jia)熱(re)(re)(見(jian)圖(tu)1)。

圖1熔鹽儲罐設計圖

（2)設(she)備主(zhu)要參數：

直(zhi)徑：2 400 mm;

筒體長度：4700 mm;

設計壓力：管程(cheng)：0.77 kPa/殼程(cheng)：常(chang)壓;

工(gong)作(zuo)溫度(du)：管程：170～220℃/殼程：260～340℃;

工(gong)作(zuo)介質：管程(cheng)：空氣/殼程(cheng)：熔(rong)鹽;

主要(yao)材質：管(guan)程：20鋼(gang)(gang)管(guan)/殼程：Q345Ｒ鋼(gang)(gang)板(ban);

殼體厚度(du)：10 mm;

設(she)備總重：8.05 t;

管道換熱參數：換熱面積：80㎡。

3)熔鹽－熱風換熱器

設備為臥式結構，鞍座支撐型式，鞍座采用120°包角(jiao)，本(ben)設備設置上下兩個(ge)筒體，通過換熱盤管連(lian)接為一(yi)體，含水油在管程輸(shu)送，殼(ke)程內為熱空(kong)氣給(gei)盤管內含水油加(jia)熱(見圖2)。

圖2熔(rong)鹽－熱(re)風換熱(re)器(qi)設計圖

設備主要參數：

直(zhi)徑：600 mm;

筒體長(chang)度：3050 mm;

設計壓(ya)(ya)力：管程：1.0 MPa/殼程：常壓(ya)(ya);

工作溫度：管(guan)程35～50℃/殼程：170～220℃;

工作介質：管程：含(han)水油/殼程：空氣;

主要材質：管程：20鋼管/殼程：Q345Ｒ鋼板;

殼(ke)體厚度：8 mm;

設備總重：2 t;

管道換熱參數：換熱面(mian)積：20㎡。

5熔鹽儲熱技術在油田生產的應用效果及意義

通(tong)過(guo)(guo)理論分(fen)析計算，遼(liao)河油田建(jian)設一臺試(shi)驗(yan)裝置，并于(yu)2023年(nian)1月(yue)投產運(yun)行(xing)(xing)，目前(qian)運(yun)行(xing)(xing)平穩。該(gai)裝置每天(tian)利用(yong)7小時(shi)谷時(shi)電(dian)(840 kW·h)加熱熔(rong)鹽儲存熱量(2 963 MJ)，通(tong)過(guo)(guo)熱風循(xun)環換熱系統全(quan)天(tian)連(lian)續加熱采(cai)出液(ye)，采(cai)出液(ye)溫度由26℃加熱至50℃后(hou)(全(quan)天(tian)熱量2758 MJ)，外輸至集油平臺，綜合熱效率為91.2%，達到節省天(tian)然氣2.7萬方/年(nian)，減(jian)排二氧化碳(tan)58.4 t/年(nian)的(de)運(yun)行(xing)(xing)效果。

該裝置的(de)投產，填補(bu)了(le)熔鹽儲熱(re)技(ji)術(shu)(shu)在油田(tian)(tian)生(sheng)產的(de)技(ji)術(shu)(shu)空白，可以幫(bang)助技(ji)術(shu)(shu)人員建(jian)(jian)立對(dui)熔鹽特性的(de)認識，分(fen)(fen)析系(xi)統(tong)中熔鹽各部分(fen)(fen)的(de)換熱(re)效(xiao)率，掌握熔鹽系(xi)統(tong)運行與維(wei)護(hu)安全措施，分(fen)(fen)析對(dui)比(bi)熔鹽儲熱(re)與其他(ta)儲熱(re)方(fang)式的(de)不同(tong)，探索建(jian)(jian)造、運行、安全、環保、碳交易、電價機制等(deng)一系(xi)列生(sheng)產運營經驗，為熔鹽儲熱(re)技(ji)術(shu)(shu)逐(zhu)步擴大(da)建(jian)(jian)設(she)規模，應用于采油站、聯合(he)站及注汽系(xi)統(tong)加熱(re)積累經驗，實(shi)現油田(tian)(tian)生(sheng)產的(de)綠(lv)色低碳轉型發(fa)展(zhan)，助力雙碳目標實(shi)現。

本文(wen)作者：中油遼河工程有限公司(si)，劉兵。