FPSO鍋爐節能減排技術應用研究

楊軼[1] 梁光山[2] 刁福俊[3]

【1】、【2】中海油能源發展采油服務公司，天津市塘沽區渤海石油新村582信箱，郵編 300452

【3】中油管道機械制造有限公司，河北省廊坊市和平路17#，065000

FPSO鍋爐節能減排技術應用研究

楊軼[1] 梁光山[2] 刁福俊[3]

【1】、【2】中海油能源發展采油服務公司，天津市塘沽區渤海石油新村582信箱，郵編 300452

【3】中油管道機械制造有限公司，河北省廊坊市和平路17#，065000

本文系統分析了海洋石油111號FPSO鍋爐工藝改造及利用鍋爐尾氣實現惰氣系統煙道氣模式的可行性,應用這種節能減排技術，提高鍋爐燃燒效果、實現鍋爐尾氣再利用，運行結果表明，節能減排效果顯著，經濟性非常好。

FPSO鍋爐尾氣改造節能減排

FPSO由于具有海域適應性好、經濟性好、可靠性高和可重復利用的特點，目前，已支撐著我國海洋石油開發70%以上的產能【1】，設計壽命一般在20-30年，在百年一遇環境條件下，可以不解脫、不進塢維修，正逐步成為海上油（氣）田生產、處理、儲運和外輸的主流設施。熱介質鍋爐作為FPSO關鍵設備，為貨油艙、分離器、重油柜等熱能消耗設備源源不斷提供熱能供應，鍋爐續燃燒后產生的高溫煙氣直接排往大氣，一方面造成熱能的巨大浪費，另一方面煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質，未經凈化時其排放指標可達國家環境排放許可指標的幾倍到數十倍，造成環境污染，因此，應用鍋爐節能減排技術，提高鍋爐燃燒效果、回收利用高溫煙氣和余熱，具有很大的社會、環境和經濟效益。

提高鍋爐燃燒效率的技能技術改造

海洋石油111FPSO自投產以來，為最大限度確保鍋爐的燃燒效果，減少排煙粉塵，現場多次對鍋爐進行了改造：包括對鍋爐油嘴/風門開度的燃燒配風比優化，調整二次風導風板，獲得最適宜與空氣接觸的“杯狀”霧化噴射形態、油霧最終充分燃燒等。為盡可能實現節能減排目標，在進行充分調研后，對B爐進行了以下改造。

熱介質鍋爐原設計燃油供油方式為：重油儲罐的重質油－供油泵－重油泵A/B－重油加熱器－壓力三通閥進行選擇（大于壓力設定點的部分從出口2流回重油儲罐，小于壓力設定點的部分從出口3提供給鍋爐進行噴射霧化，圖中所示的供油進出口連通閥V1保持常關狀態。其目的是通過換熱把燃油的溫度提高，降低燃油霧化前的粘度，但從實際運行效果來看，原設計的換熱器換熱量偏小，不能迅速加熱燃油，使其溫度不能在短時間內大幅度提升，當熱介質鍋爐大負荷燃燒時，燃油在燃燒前，換熱效果并不理想，往往是還沒有充分換熱，就開始燃燒，這樣導致燃油霧化效果不理想，針對此問題，現場進行了如下改造：

圖1、改造前燃油供油方式

圖2、改造后燃油供給方式

將重油泵A旁通短接，將供油泵更換成大排量泵，鍋爐供油方式轉換為：重油儲罐的重質油－大排量供油泵－－壓力三通閥進行選擇，供油進出口連通閥V1由常閉狀態調整到始終保持一定開度，改造后，通過壓力三通閥的自選擇和供油進出口連同閥V1閥的一定開度，加強重油儲罐重質油的流動循環，大大降低了儲罐重質油的粘度，同時，把儲罐的油溫提升并傳遞到鍋爐油噴嘴端。改造后，燃油的使用好比在一個高速循環的閉環回路上不斷提取，始終能獲得回路上粘度低的部分燃油，監測一段時間發現，供油泵換成排量較大泵以后，燃油循環量增加，燃油霧化充分、燃燒效果很理想，燃燒效能大幅度提高，減少重油消耗的同時，排放的尾氣中，粉塵（灰）大大減少，另外，改造后的供油方式擺脫了油換熱器故障、熱交換慢、換熱效率不理想和燃油泄漏的困擾。

B鍋爐改造后，經過一段時間的運行，鍋爐各方面監測數據顯示狀態良好，節能減排效果顯著，現場后來陸續對A爐和C爐也進行了類似改造。

在線監控及電子式風油控制裝置的應用

鍋爐燃燒是否充分與配風（空氣與燃料的混合比）有很大關系，理論上，可以通過對煙氣成分進行分析來判斷，但FPSO上安裝的鍋爐沒有這樣的監測設備，現場只能通過火焰的顏色或者煙氣的顏色判斷，受個人經驗影響較大。氧量微調控制技術在FPSO鍋爐上得到了很好的應用，該裝置對燃料組分變化有自動適應能力，能使煙氣含氧量控制在3%～5%之間，當燃料熱值發生變化時，煙氣的含氧量會偏離正常值，氧量過低會使燃料氣因缺氧而燃燒不充分，氧量過高則會提高排煙溫度，這兩種情況都會降低鍋爐的熱效率【2】。運行時，含氧分析儀將信息反饋到控制盤，通過PLC預設程序進行自動調節，氧量微調控制系統會調節助燃空氣及燃料的伺服馬達開度大小，及時修正助燃風和燃料氣的配比，提高了鍋爐的燃燒性能，減少了燃油消耗。

鍋爐與惰氣發生器的聯合優化改造

FPSO在原油外輸時，惰氣系統產生大量惰氣為貨油艙補充惰氣，每次外輸大約需要補氣20～30個h，惰氣發生器的運轉消耗大量柴油。將鍋爐的尾氣利用起來（經過處理后，各項指標符合惰性氣體標準）用于原油外輸期間的惰性氣體補充，既減少惰氣發生器的柴油消耗，又減少鍋爐的煙氣排放，進行了鍋爐與惰氣發生器的聯合優化改造。

改造前，鍋爐去惰氣管路的關斷閥、惰氣入口管路關斷閥、預冷器海水入口管路關斷閥，無法自動開啟。經過技術分析和安全評估后，將三個關斷閥信號線路改造，跳過控制信號的約束，當閥門打開，啟動“模式”后，鍋爐煙氣順利進入惰氣預冷器，經過預冷器冷卻、惰氣滌氣裝置過濾，出口氣體的含氧量控制在5.3%，完全滿足原油艙惰封的要求。當出口含氧量高于6%時，系統自動報警并關閉惰氣出口下艙閥，自動打開放空閥放空。改造后工藝流程圖見圖3。

經過長時間運行，對鍋爐B的壓力控制閥開度和惰氣出口含氧量監測如下：

（見表一）

惰氣發生器的煙道氣模式用于原油外輸作業，系統測試數據如下：

鍋爐B－壓力控制閥開度：20度

鍋爐B－油嘴開度：100%（大火燃燒）

惰氣出口含氧量：2.8%-3.2%

惰氣出口 壓力：2900mmWG

表一

節能減排效果分析

改造前后鍋爐適用及燃料消耗情況如表二：

表二

改造前，必須同時運行兩臺鍋爐才能滿足原油艙貨油溫度保持70℃的要求，改造后，僅需1臺鍋爐運行就能達到同樣的要求，燃油消耗平均每天減少5方左右，每年平均減少燃油消耗1800方；使用“鍋爐B的尾氣運轉主惰發生器的煙道氣模式”后，減少柴油消耗340方（每次原油外輸作業惰氣系統消耗柴油約7方，按平均每月外輸4次計），另外，大大減少了鍋爐的尾氣排放。

【1】海上浮式生產儲油裝置（FPSO）及其在中國海域的應用范模中海油研究中心。

【2】油田熱采鍋爐燃燒監測控制系統的研究與應用任旭虎郭曙光（石油大學山東東營257061）