宝鸡钛镍储罐厂家深度解析熔盐储热技术在油田生产的探索与应用

在全球能源加速转型、我国新能源转向全面推广的关键期，减少化石能源消耗首当其冲。习近平总书记在 2020 年 9 月 22 日联合国大会上提出“力争 2030年碳达峰，2060 年碳中和”的战略目标，中国石油天然气集团公司制定了“清洁替代、战略接替、绿色转型”的三步走战略，明确“2025 年碳达峰，2050 年近零排放”的目标路径。

辽河油田原油产量连续 30 年保持千万吨规模，其中，稠油、超稠油产量约占 60%，2021 年生产系统消耗天然气18. 2 亿 m³、电22. 4 亿 kW·h，折合269. 59 万 t标煤，CO₂2排放量 567. 54 万 t，能耗主要为天然气。随着近年来光热发电项目建设，熔盐储热技术为油田“以电代气”，绿色转型提供了技术选择，因此，在油气生产高能耗系统应用熔盐储热技术，不仅有利于油田清洁能源替代，减碳排绿色发展，同时为国家电网起到填谷作用，以接纳更多的风电容量，降低电网弃风率 ［1－3］ 。

1、 熔盐简介

熔盐一般是指无机盐或其混合物的熔融态液体。

常见的熔盐由碱金属的硝酸盐、氯化盐、氟化盐、碳酸盐等组成，每种熔盐的特性见表 1 ［4］ 。

由表 1 可见，硝酸盐熔点低、腐蚀性低并已广泛应用于太阳能发电及电加热熔盐储能热力站等领域 ［5］ 。工程上常用的硝酸熔盐分别为二元盐(40% 硝酸钾(KNO 3 )、60% 硝酸钠(NaNO₃) )和三元盐(53% 硝酸钾 ( KNO₃ )、40% 亚 硝 酸 钠 ( NaNO₂ )、7% 硝 酸 钠(NaNO₃ ))，特性参数见表 2，二元盐具有上限使用温度高，接触空气不氧化，高温下黏度接近于水，具有较好的流动性等特点，整个系统运行更加安全 ［6－8］ 。

2、 熔盐储热技术简介

熔盐储热技术于 20 世纪 80 年代就已经在光热发电领域中应用［9］ ，熔盐作为储热工质，被聚焦光斑加热后进入高温罐储存，可以解决光热发电中的能源储存难题，发电时作为传热工质与给水换热产生过热蒸汽，驱动汽轮机做功［10］ 。表 3 为国内外光热发电成功案例，表 4 为青海德令哈光热发电具体参数［11］ 。该技术在油田生产领域尚无应用，可以借鉴其储热放热循环技术，开展相关技术研究与应用 ［12－14］ 。

3、 油田井场生产现状

辽河井场加热炉数量多且布置分散，主要用于采出液加热升温，加热炉的平均负荷率多在 60% ～70%，一般从 30 ℃左右升温至 60 ℃左右，井场加热炉规格有 32、90、170、290 kW 等，实际常用的加热负荷为 30、60 kW。以辽河油田某采油井场生产实际为例，加热液量为 25 m³/d，含水率 84%，加热温度为 26 ～50 ℃，计算加热负荷为 26. 85 kW。

4 、熔盐储热技术在油田生产的探索

在现有熔盐储热技术基础上［15－17］ ，创新熔盐—热风换热技术路线，利用谷时电(22∶ 00—5∶ 00)或结合光伏发电系统白天时段进行补电，通过设置在熔盐储罐的电加热器，将熔盐由 260 ℃加热至 340 ℃，电能转化为热能储存在熔盐中;全天连续释放高温熔盐中的热能，通过鼓风机将空气与高温熔盐换热成热风(220/170 ℃)，热风再与采出液进行换热，将采出液提温后外输。详细设计如下:

1)设计参数及熔盐基础数据

(1)熔盐储热橇设计加热/储热功率:30/120 kW;

(2)熔盐设计温度:260 ～340 ℃(二元熔盐);

(3)熔盐密度:1 924 ～1 873 kg/m³;

(4)熔盐热容:1 488 ～1 502 J/(kg·K);

(5)熔盐储罐:20 m³。

2)主要设备设计

(1)熔盐储罐。设备为卧式结构，鞍座支撑型式，鞍座采用 120°包角，设有电加热器供熔盐蓄热使用，设备内部设有加热盘管供熔盐给空气加热(见图 1)。

(2)设备主要参数:

直径:2 400 mm;

筒体长度:4 700 mm;

设计压力:管程:0. 77 kPa/壳程:常压;

工作温度:管程:170 ～220 ℃ /壳程:260 ～340 ℃;

工作介质:管程:空气/壳程:熔盐;

主要材质:管程:20 钢管/壳程:Q345Ｒ 钢板;

壳体厚度:10 mm;

设备总重:8. 05 t;

管道换热参数:换热面积:80 m² 。

3)熔盐 － 热风换热器

设备为卧式结构，鞍座支撑型式，鞍座采用 120°包角，本设备设置上下两个筒体，通过换热盘管连接为一体，含水油在管程输送，壳程内为热空气给盘管内含水油加热(见图 2)。

设备主要参数:

直径:600 mm;

筒体长度:3 050 mm;

设计压力:管程:1. 0 MPa/壳程:常压;

工作温度:管程 35 ～50 ℃ /壳程:170 ～220 ℃;

工作介质:管程:含水油/壳程:空气;

主要材质:管程:20 钢管/壳程:Q345Ｒ 钢板;

壳体厚度:8 mm;

设备总重:2 t;

管道换热参数:换热面积:20m² 。

5、 熔盐储热技术在油田生产的应用效果及意义

通过理论分析计算，辽河油田建设一台试验装置，并于 2023 年 1 月投产运行，目前运行平稳。该装置每天利用 7 小时谷时电(840 kW·h)加热熔盐储存热量(2 963 MJ)，通过热风循环换热系统全天连续加热采出液，采出液温度由 26 ℃加热至 50 ℃后(全天热量 2758 MJ)，外输至集油平台，综合热效率为91. 2%，达到节省天然气2. 7 万方/年，减排二氧化碳58. 4 t/年的运行效果。

该装置的投产，填补了熔盐储热技术在油田生产的技术空白，可以帮助技术人员建立对熔盐特性的认识，分析系统中熔盐各部分的换热效率，掌握熔盐系统运行与维护安全措施，分析对比熔盐储热与其他储热方式的不同，探索建造、运行、安全、环保、碳交易、电价机制等一系列生产运营经验，为熔盐储热技术逐步扩大建设规模，应用于采油站、联合站及注汽系统加热积累经验，实现油田生产的绿色低碳转型发展，助力双碳目标实现。

参考文献

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