錦州9-3油田廢熱回收利用

田獻(xiàn)旺，劉瑞奇

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300457)

錦州9-3油田廢熱回收利用

田獻(xiàn)旺，劉瑞奇

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300457)

面對(duì)與日俱增的油液產(chǎn)量，中海油天津分公司錦州 9-3油田燃料鍋爐已無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)所需熱能，需穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)新促使油田突破瓶頸。遼東作業(yè)公司統(tǒng)籌規(guī)劃，啟動(dòng)并實(shí)施透平廢熱回收利用項(xiàng)目，利用油田現(xiàn)有的 3臺(tái) SOLAR透平發(fā)電機(jī)排出的高溫尾氣，增容油田熱能系統(tǒng)的容量，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保。

中海油 廢熱回收利用 節(jié)能環(huán)保

0 引 言

錦州 9-3油田位于渤海灣東經(jīng) 121,°24,′～121,°36,′，北緯40,°38,′～40,°42,′。環(huán)境溫度最高 34,℃，最低－23,℃。水深6.5～10.5,m。隨著2007年WHPA和2009年WHPB平臺(tái)的相繼投產(chǎn)，以及 2009年大泵提液措施的實(shí)施，油田產(chǎn)液量逐年增加，熱負(fù)荷也隨之逐年增大。

油田原有的兩臺(tái)功率5,000,kW燃料鍋爐已無(wú)法滿(mǎn)足提供生產(chǎn)所需熱能，為了穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)新促使油田突破瓶頸，積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排低碳發(fā)展的號(hào)召，遼東作業(yè)區(qū)統(tǒng)籌規(guī)劃，啟動(dòng)并實(shí)施錦州9-3油田透平廢熱回收利用項(xiàng)目，利用油田現(xiàn)有的3臺(tái)SOLAR透平發(fā)電機(jī)排出的高溫尾氣，安裝廢熱回收鍋爐加熱油田熱油系統(tǒng)，取代原燃料鍋爐運(yùn)行，并增加油田熱能系統(tǒng)的容量，既滿(mǎn)足了由于產(chǎn)量增加而對(duì)導(dǎo)熱油用量需求增加的要求，又減少了溫室氣體排放，還節(jié)約了大量的天然氣資源，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都非常突出，具有極高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 廢熱回收利用項(xiàng)目的實(shí)施

1.1 項(xiàng)目方案確立

首先調(diào)研測(cè)試透平工況，確定廢熱回收利用項(xiàng)目的可行性。

1.1.1 錦州9-3油田發(fā)電機(jī)參數(shù)(見(jiàn)表1)

1.1.2 透平機(jī)組尺寸(見(jiàn)表2)

表2 透平機(jī)組尺寸Tab.2 Turbine dimension

1.1.3 透平不同工況參數(shù)(見(jiàn)表3)

表3 透平不同工況參數(shù)Tab.3 Parameters of different working conditions

3,000 2,994.97 71,624 426 2,900 2,921.17 82,064 332 2,500 2,708.1 71,772 394 2,000 2,430.42 81,906 290 1,700 2,275.32 71,594 346 1,600 2,223.01 81,749 270 1,400 2,121.44 71,571 331

1.1.4 透平不同使用效率下能提供給廢熱回收裝置的最大熱負(fù)荷及溫度情況(見(jiàn)表4)

表4 最大熱負(fù)荷和溫度Tab.4 The maximum heat loads and tem peratures

通過(guò)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，決定采用立式換熱鍋爐。排氣管旁通方案是兼顧了直通式方案和外延甲板方案兩個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，在直通式方案的基礎(chǔ)上增加旁通的排氣管，以便確保透平機(jī)的正常運(yùn)行不受廢熱回收裝置檢修或故障的影響。根據(jù)旁通方向的不同，可分為外延伸和側(cè)延伸兩種。采用側(cè)延伸是將排氣管向透平機(jī)中間的間隙延伸，需少量外延甲板。圖1為甲板情況圖。

圖1 甲板情況Fig.1 The deck

1.2 廢熱回收裝置的原理、設(shè)備選型與校核

1.2.1 廢熱回收裝置工作原理

廢熱回收裝置采用透平機(jī)排放的高溫?zé)煔鉃闊嵩矗瑹煔庥蓮U熱爐煙氣入口進(jìn)入到爐膛，以輻射對(duì)流的形式將熱量傳遞給導(dǎo)熱油，換熱后的煙氣再由廢熱爐煙氣出口排出至煙囪，從而完成對(duì)導(dǎo)熱油的加熱，實(shí)現(xiàn)廢熱的再次利用。布置圖如圖2所示。

圖2 布置圖Fig.2 The layout

閥門(mén)初始狀態(tài)：當(dāng)廢熱鍋爐處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，煙氣旁通閥完全打開(kāi)，閥門(mén)開(kāi)度為100%,；鍋爐調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉，閥門(mén)開(kāi)度為0%,。

負(fù)荷調(diào)節(jié)：廢熱鍋爐在加大負(fù)荷時(shí)，首先緩慢打開(kāi)鍋爐調(diào)節(jié)閥，直到100%,開(kāi)度；然后緩慢關(guān)閉煙氣旁通閥，直到達(dá)到負(fù)荷平衡(或最大限位)；當(dāng)廢熱鍋爐需要負(fù)荷減小時(shí)，首先緩慢打開(kāi)煙氣旁通閥，直到100%,開(kāi)度；然后緩慢關(guān)閉鍋爐調(diào)節(jié)閥，直到達(dá)到負(fù)荷平衡(或0%,)。

停爐流程：當(dāng)廢熱鍋爐停爐時(shí)，首先讓煙氣旁通閥開(kāi)到100%,，當(dāng)煙氣旁通閥達(dá)到 100%,后，再關(guān)閉鍋爐調(diào)節(jié)閥，直到鍋爐調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉，閥門(mén)開(kāi)度達(dá)到0%,。

1.2.2 廢熱回收裝置選型

按照透平 100%,負(fù)荷時(shí)計(jì)算可交換熱量為 5,160,kW，按此換熱量配置大負(fù)荷廢熱回收裝置，同時(shí)該方案可以取代原燃料鍋爐，廢熱鍋爐選型數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 廢熱鍋爐Tab.5 Waste heat boiler

1.3 熱系統(tǒng)流程適應(yīng)性?xún)?yōu)化改造

廢熱鍋爐的安裝，將新增廢熱鍋爐接入熱能系統(tǒng)，鑒于不同工況的運(yùn)行方式，新老鍋爐采取可單獨(dú)運(yùn)行、串聯(lián)運(yùn)行的工作方式；保障油田熱能的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

來(lái)自熱介質(zhì)系統(tǒng)回油總管的導(dǎo)熱油，先經(jīng)過(guò)循環(huán)增壓泵增壓，然后輸送到廢熱回收裝置進(jìn)油管與廢熱回收裝置內(nèi)煙氣進(jìn)行熱交換，(如果新增廢熱回收裝置無(wú)法滿(mǎn)足平臺(tái)所需熱負(fù)荷要求，可再次進(jìn)入燃料鍋爐繼續(xù)加熱)，加熱后的導(dǎo)熱油從廢熱回收裝置出來(lái)輸送至錦州 9-3油田的各個(gè)工藝用戶(hù)。透平機(jī)組排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)透平機(jī)尾部的煙道，以對(duì)流的形式進(jìn)入廢熱回收裝置內(nèi)的換熱盤(pán)管，換熱盤(pán)管獲得的熱量直接傳遞給導(dǎo)熱油，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱油的加熱。

1.4 廢熱回收系統(tǒng)施工安裝

1.4.1 廢熱鍋爐吊裝

3臺(tái)廢熱鍋爐在高質(zhì)量產(chǎn)品驗(yàn)收的情況下，整體托運(yùn)至碼頭。單臺(tái)廢熱鍋爐凈重 21.5,t，考慮海上吊裝和現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)能力的嚴(yán)重受限，規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，降低施工難度，3臺(tái)鍋爐在陸地預(yù)制安裝底座。整裝完成托運(yùn)至海上平臺(tái)，受限于吊機(jī)的工作能力，宏觀協(xié)調(diào)浮吊船舶檔期，用時(shí)1天安全將3臺(tái)廢熱鍋爐吊至平臺(tái)就位。

1.4.2 廢熱鍋爐安裝

將新增廢熱鍋爐與透平機(jī)組連接，連接方式為通過(guò)增加透平排煙管的三通，雙方向調(diào)控透平的高溫?zé)煔獾呐欧牛Ｕ贤钙綑C(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，達(dá)到廢熱鍋爐的使用的熱效率。需外擴(kuò)SLPW上甲板4,m，用于擺放新增3臺(tái)廢熱鍋爐，同時(shí)保障規(guī)范的人員安全逃生通道。

1.4.3 新增熱介質(zhì)膨脹罐的安裝

新增廢熱鍋爐需對(duì)熱油系統(tǒng)的膨脹罐的位置加高，經(jīng)核算，在原熱介質(zhì)膨脹罐位置的基礎(chǔ)上增高 4,m。安裝位置如圖3所示。

圖3 新增熱介質(zhì)膨脹罐的安裝位置Fig.3 Installation location of the new ly equipped thermal medium expansion drum

1.4.4 新老鍋爐連接方式

新增3臺(tái)廢熱鍋爐與原2臺(tái)燃料鍋爐采用串聯(lián)的安裝方式，整個(gè)系統(tǒng)的工作方式如下：①在廢熱鍋爐熱能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的情況下，運(yùn)行鍋爐，熱介質(zhì)油直接輸送至用戶(hù)使用。②若廢熱鍋爐熱能不夠，熱介質(zhì)由經(jīng)廢熱鍋爐換熱后再經(jīng)過(guò)燃料鍋爐加熱，輸送至生產(chǎn)用戶(hù)。新老鍋爐連接流程如圖4所示。

2 廢熱回收系統(tǒng)調(diào)試及投運(yùn)

廢熱回收系統(tǒng)投運(yùn)前的調(diào)試工作可謂精益求精，首先依據(jù)熱系統(tǒng)總體概況圖，逐級(jí)調(diào)試。

所有新增流程與鍋爐氣密性試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)、爆破吹掃、惰化操作；新增熱油流程與膨脹罐添加T55導(dǎo)熱油；電力系統(tǒng)為廢熱鍋爐控制盤(pán)提供穩(wěn)定供電電源 380,V/AC；儀控系統(tǒng)調(diào)試廢熱鍋爐的 ESD關(guān)斷邏輯，與透平機(jī)組聯(lián)鎖控制程序，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)通訊至中控系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控；測(cè)試火災(zāi)及消防系統(tǒng)。

圖4 新老鍋爐連接流程Fig.4 Connection process of the old and new boilers

上述各方面測(cè)試完成后，啟動(dòng)透平機(jī)組，完成吹掃程序，啟動(dòng)廢熱鍋爐，逐漸加載運(yùn)行。

2012年10月20日 完成廢熱回收系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試工作，3臺(tái)廢熱鍋爐正式投入運(yùn)：廢熱鍋爐運(yùn)行工況為一用兩備，停運(yùn)兩臺(tái)燃料鍋爐，熱介質(zhì)循環(huán)泵運(yùn)行工況為兩用一備；廢熱回收系統(tǒng)正式投運(yùn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

廢熱回收系統(tǒng)投入運(yùn)行，停運(yùn)兩臺(tái)燃料鍋爐，減少溫室氣體排放，全年節(jié)約天然氣達(dá) 288萬(wàn) m3。油田熱能系統(tǒng)容量最大增值 1.25,MW，可滿(mǎn)足油田現(xiàn)有及后期生產(chǎn)需求，同時(shí)解決錦州 9-3油田綜合調(diào)整項(xiàng)目的熱負(fù)荷瓶頸。燃料鍋爐的停運(yùn)，在節(jié)省設(shè)備運(yùn)維的操作費(fèi)的同時(shí)，長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃可考慮拆遷此設(shè)備至其他生產(chǎn)單元有效利用，油田自身也可以利用拆遷后黃金空間，規(guī)劃解決油田生產(chǎn)的其他瓶頸問(wèn)題。

此項(xiàng)目歷經(jīng)半年之久高效完成了從調(diào)研、設(shè)計(jì)到吊運(yùn)、安裝、調(diào)試等一系列施工階段，最終實(shí)現(xiàn)3臺(tái)透平廢熱回收鍋爐成功投運(yùn)。既實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，肩負(fù)起央企的社會(huì)責(zé)任，又創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了雙贏。■

［1］ 李云福，陶昌勤，陳合亮，等. 新型廢熱鍋爐的設(shè)計(jì)[J]. 壓力容器，2009(5)：18-21.

［2］ 錦州9-3油田操作維修手冊(cè)[Z].

［3］ 李耀剛. 廢熱鍋爐改造方案比較[J]. 化肥工業(yè)，2004(5)：62-64.

W aste Heat Recycling in Jinzhou 9-3 Oilfield

TIAN Xianwang，LIU Ruiqi
(Liaodong Operating Company at Tianjin Branch Company Co.，LTD of CNOOC，Tianjin 300457，China)

Facing the increasing oil production and the lagging behind fuel boiler capacity，Jinzhou 9-3 Oilfield at Tianjin branch company Co.，LTD of CNOOC makes a positive response to the call of the nation’s advocation of energy conservation and em issions reduction to break through the bottleneck and promote the stable innovation and production of the oilfield．Liaodong operating company launched a turbine waste heat recycling project，using high temperature exhaust gas from the existing three SOLAR turbine generators to expand the heat capacity of the oilfield system and realized the safe and efficient production，energy conservation and environmental protection.

CNOOC；waste heat recycling；energy conservation and environmental protection

TE992.1

：A

：1006-8945(2015)10-0062-04

2015-09-06