天然氣深冷裝置燃機(jī)尾氣余熱回收技術(shù)改造

胡建國（中國石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價(jià)中心）

天然氣深冷裝置燃機(jī)尾氣余熱回收技術(shù)改造

胡建國（中國石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價(jià)中心）

天然氣深冷裝置中壓縮機(jī)燃機(jī)產(chǎn)生大量的高溫尾氣，具有很高的回收利用價(jià)值，是提高能源利用率的重要方向之一。某天然氣處理廠針對前期投入的蒸汽余熱鍋爐具有管理難度大、運(yùn)行費(fèi)用高和安全性差等問題，提出采用導(dǎo)熱油作為熱載體回收尾氣余熱的方案，實(shí)施后取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

天然氣處理 深冷裝置 燃機(jī)尾氣 余熱利用 導(dǎo)熱油

天然氣深冷分離回收裝置 （簡稱深冷裝置），主要用于提高天然氣的加工深度，從天然氣或油田伴生氣中回收乙烷和乙烷以上的液態(tài)烴，以滿足石油化工對乙烷及液態(tài)烴日益增長的需求。在深冷分離過程中，燃?xì)鈮嚎s機(jī)對集氣站輸送來的天然氣或油田伴生氣進(jìn)行壓縮時(shí)產(chǎn)生的大量高溫尾氣，攜帶大量的熱能，具有很高的回收利用價(jià)值。

1 改造前余熱回收情況

某天然氣處理廠深冷裝置，原設(shè)計(jì)采用的是蒸汽鍋爐回收燃機(jī)排出的 400 ℃的高溫尾氣余熱，生產(chǎn) 0.6MPa、190 ℃ 過 熱蒸汽 10t/h，為原 穩(wěn) 裝 置和冬季采暖提供熱源，實(shí)現(xiàn)能源梯級利用，節(jié)約能源。燃機(jī)由簡單熱循環(huán)變成聯(lián)合熱循環(huán)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，綜合熱效率可由28%提高到 80%以上。但該余熱鍋爐自投產(chǎn)以來，主要存在下列問題，致使余熱鍋爐不能連續(xù)運(yùn)行，未能達(dá)到預(yù)期效果。

1） 開工率低。兩套深冷余熱鍋爐平均開工率不到30%，維護(hù)一次只能連續(xù)運(yùn)行幾個(gè)月。

2） 維護(hù)量大、費(fèi)用高。深冷余熱鍋爐雖然運(yùn)行時(shí)間不長，但是投入了大量維護(hù)，該天然氣處理廠深冷自投產(chǎn)以來，余熱鍋爐累計(jì)運(yùn)行時(shí)間不到4年，省煤器更換4臺(tái)，除氧器更換 2臺(tái)，維護(hù)2次，大修1次，保溫3次，加上儀表維護(hù)等，投入費(fèi)用240萬元以上。

3） 余熱鍋爐原有儀表損壞嚴(yán)重，多數(shù)已經(jīng)報(bào)廢。

4）余熱鍋爐帶過熱器，要求水質(zhì)除鹽，原水處理 （酸堿再生） 報(bào)廢后，現(xiàn)在水處理為 NaCl再生，只除堿度不除鹽，對鍋爐影響較大。

5） 余熱鍋爐爐體保溫?fù)p壞嚴(yán)重，熱損失量大，這是儀表損壞的主要原因。

2 余熱回收改造

2.1方案選擇

方案一：恢復(fù)運(yùn)行余熱鍋爐。需要更換水處理設(shè)備、儀表系統(tǒng)、換熱器，維修費(fèi)用高，而且不能解決水質(zhì)問題，無法實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐長周期平穩(wěn)運(yùn)行。

方案二：改造成過熱水爐加熱原油。由于水的沸點(diǎn)較低，要傳遞這部分熱量需要較高的水壓（160 ℃的過熱水需要 0.6MPa以上的壓力），壓力波動(dòng)時(shí)，過熱水容易汽化，操作平穩(wěn)性差，而且配備工程量大。

方案三：改造成介質(zhì)油爐。即將余熱鍋爐改造成導(dǎo)熱油加熱爐，再用高溫導(dǎo)熱油加熱原穩(wěn)裝置的穩(wěn) 前 原 油 。此方案 的 優(yōu) 點(diǎn)[1]如 下 ：

1）導(dǎo)熱油對設(shè)備無腐蝕，可以延長設(shè)備使用壽命。

2） 導(dǎo)熱油傳熱沒有相變過程，溫度調(diào)節(jié)靈活，可以使原穩(wěn)裝置平穩(wěn)升溫，徹底避免原穩(wěn)裝置采用蒸汽換熱經(jīng)常出現(xiàn)的生產(chǎn)難題。

3） 系統(tǒng)效率高，熱回收率可達(dá) 95%，比蒸汽系統(tǒng) 66.9%提高28%，相當(dāng)于多節(jié)氣271×104m3。

4）操作簡單、安全，運(yùn)行費(fèi)用低。

天然氣深冷裝置燃機(jī)高溫尾氣蒸汽余熱鍋爐回收與導(dǎo)熱油回收方案對比見表1。

表1 燃機(jī)尾氣蒸汽余熱鍋爐回收與導(dǎo)熱油回收方案對比表

經(jīng)過方案對比，決定采用導(dǎo)熱油回收燃機(jī)尾氣余熱技術(shù)對該天然氣處理廠余熱鍋爐進(jìn)行改造。

2.2導(dǎo)熱油系統(tǒng)工藝過程

導(dǎo)熱油回收系統(tǒng)包括：傳熱循環(huán)子系統(tǒng)、補(bǔ)燃子系統(tǒng)、氮?dú)飧采w子系統(tǒng)、儲(chǔ)存及注油子系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等，流程見圖1。

圖1 導(dǎo)熱油加熱爐回收燃機(jī)尾氣余熱流程圖

工藝過程導(dǎo)熱油經(jīng)泵加壓后，進(jìn)入導(dǎo)熱油-煙氣換熱器與高溫燃機(jī)尾氣換熱，吸收燃機(jī)尾氣余熱。升溫后的導(dǎo)熱油經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)，在導(dǎo)熱油-原油換熱器中對穩(wěn)前原油進(jìn)行加熱，從而把尾氣余熱間接傳給用熱工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)余熱的回收利用。換熱后的導(dǎo)熱油回到循環(huán)泵的入口，進(jìn)行連續(xù)循環(huán)。為了確保原穩(wěn)裝置的連續(xù)用熱需要，在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了補(bǔ)燃輻射室，與導(dǎo)熱油-煙氣換熱器構(gòu)成導(dǎo)熱油加熱器，燃機(jī)故障停機(jī)時(shí)，可以啟動(dòng)補(bǔ)燃系統(tǒng)，利用補(bǔ)燃輻射室加熱原油，滿足原穩(wěn)連續(xù)用熱需要。

3 余熱回收改造效果

該工程項(xiàng)目總投資 400萬元，投入運(yùn)行，經(jīng)過9個(gè)月的運(yùn)行考核，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，收到明顯的效果，擋板只開 1/3，回收熱負(fù)荷就達(dá) 4MW 左右，滿足了原穩(wěn)用熱需要。改造效果見表2。

表2 導(dǎo)熱油回收與余熱鍋爐運(yùn)行效果對比表

1） 年 可 節(jié) 約 天 然 氣 479× 104m3， 節(jié) 水 4.75× 104t， 節(jié)電 6.41× 104kWh，年創(chuàng)效益 332 萬 元， 投資回收期為 1.2 年。

2） 余熱回收最大量約7MW，燃機(jī)由簡單熱循環(huán)變成聯(lián)合熱循環(huán)，燃機(jī)綜合熱效率由30% （未投運(yùn)蒸汽余熱鍋爐前） 上升到 80% （投運(yùn)導(dǎo)熱油系統(tǒng)后）以上。

3） 導(dǎo)熱油傳熱沒有相變過程，溫度調(diào)節(jié)靈活，可以使原穩(wěn)裝置平穩(wěn)升溫，徹底避免了原換熱器因采用蒸汽換熱經(jīng)常出現(xiàn)的應(yīng)力拉裂造成“跑油”的生產(chǎn)難題。

4） 系統(tǒng)效率高。導(dǎo)熱油回收系統(tǒng)效率可達(dá)95%，比蒸汽系統(tǒng)的 55%提高 40%，相當(dāng)于多節(jié)氣271×104m3。

5）導(dǎo)熱油余熱回收系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了該廠區(qū)夏季停運(yùn)蒸汽鍋爐，既節(jié)約能源又減少環(huán)境污染，而且操作簡單、安全，運(yùn)行費(fèi)用低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)論

該天然氣處理廠深冷裝置燃機(jī)尾氣導(dǎo)熱油余熱回收技術(shù)改造后，回收燃機(jī)尾氣余熱 4.0MW，相當(dāng)于年節(jié)氣 479×104m3，創(chuàng)效益 332 萬元，收到了明顯的節(jié)能效果。同時(shí)，夏季停運(yùn)動(dòng)力站的鍋爐運(yùn)行減少了工人的操作強(qiáng)度，提高了裝置運(yùn)行的安全性，具有較好的社會(huì)效益。

導(dǎo)熱油系統(tǒng)可回收余熱能力為 7.27MW，目前除 原 穩(wěn) 裝 置 利 用 4.0MW 外 ， 尚 有 3.27MW 的 熱 能無用戶，相當(dāng)于 4.0t/h 的蒸汽被排放到大氣中，非常可惜。下一步本著余熱“收好用凈”的原則，做好余熱利用的配套工作，如生活熱水、冬季采暖伴熱等，以節(jié)約更多的能源。

[1]朱光順.精苯生產(chǎn)蒸汽加熱改導(dǎo)熱油加熱實(shí)踐[J].山東冶金,2001,23(3).

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.009.007

2013-05-18）

胡建國，2008 年畢業(yè)于長江大學(xué) （化學(xué)工程與工藝專業(yè)），從 事 油 田 節(jié) 能 技 術(shù)監(jiān)測評 價(jià) 工 作 ， E-mail： hjg0710@126.com，地址：黑龍江省大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心，163453。