微型燃氣輪機分布式供能系統在轉油放水站中的應用探討

劉 勇，左京勇

（新地能源工程技術有限公司，河北 廊坊 065000）

在能源形勢日益嚴峻和環境保護觀念日益加強的情況下，如何高效合理地利用能源成為我國能源發展的重中之重。微型燃氣輪機具有體積小、配置靈活、啟停迅速、可遠程控制檢測等特點，可在城市、郊區、農村乃至偏遠山區安裝使用，非常適合像油田這樣供能需求分散的廠區對熱電聯供的要求。

文章通過闡述轉油放水站的工藝流程和存在的問題，結合案例，對微型燃氣輪機分布式供能系統的應用進行了詳細分析。

1 轉油放水站的生產流程及運行過程存在的問題

1.1 轉油放水站的生產流程

轉油放水站屬于油田開發中地面工程的一部分。轉油站主要是給油（液）補充能量，以便將其輸送到集中處理站。放水站是將含水較高的原油分離出大部分游離水，并將低含水原油和含油污水分別輸往原油脫水站和污水處理站。為了便于管理，通常將轉油站和放水站合建在一處。

轉油放水站的主要工作流程是將從計量間輸送過來的原油通過分離緩沖游離水脫除器（又叫“三合一”）進行油、氣、水的三項分離，然后由“二合一”熱水爐對分離后的水進行加熱，加熱后的水通過摻水泵或熱洗泵送入油田用于摻水降稠或洗井清蠟；分離后的天然氣經過天然氣除油器裝置，輸送至天然氣增壓站；分離后的原油，送入脫水站進一步予以脫水處理。

轉油放水站的工藝流程圖如圖1所示。

1.2 “二合一”熱水爐運行過程存在的問題

在轉油放水站整套設備體系中“二合一”熱水爐屬于明火設備，火災風險性較大，出現的事故和問題也較多。

（1）熱水爐加熱的水中雜質較多，長時間運行時后熱水爐內結垢嚴重，進而降低其運行效率。通常，運行5年以上的熱水爐運行效率只有65%左右，運行經濟效益較差。

（2）被加熱水水質較差，熱水爐內的水管腐蝕嚴重。熱水爐內正常運行時，在爐內會存儲一定量的污油，熱水爐內的水管一旦被燒漏容易引燃污油，導致熱水爐燃燒或爆炸。

（3）熱水爐運行溫度控制難度較大。熱洗工藝通常要求80℃的熱水，而熱水爐運行壓力較低，一旦供水水溫超過90℃極易發生汽化，造成水泵報警停機，在冬季運行時極容易造成大面積凍井事故。

（4）轉油放水站一般設置多臺熱水爐，自動化程度較低，運行時間段需要有人值守，運行成本較高。另外，部分老舊熱水爐的燒嘴采用人工點火，風險較大。

圖1 轉油放水站的工藝流程示意圖

（5）熱水爐的煙囪腐蝕嚴重，熱水爐火焰越小，燃燒越不充分，煙囪的腐蝕越嚴重。使用5年以上的熱水爐，煙囪根部都會出現不同程度的腐蝕。

通過充分利用微型燃氣輪機分布式供能系統，可以較好地解決上述問題。

2 微型燃氣輪機的優勢

微型燃氣輪機主要的功能是通過燃氣燃燒推動發電機發電。在微型燃氣輪機后設置有煙氣-水換熱器，可降低排煙溫度，實現能源梯級利用，提高系統的能源利用效率。

微型燃氣輪機尺寸較小，可成撬安裝，安裝空間要求小，施工和安裝成本相對較小，比較適合在轉油放水站這樣站內空地較小的廠區設置。部分新一代微型燃氣輪機的主要技術參數如表1所示。

由表1可知，微型燃氣輪機的排煙溫度通常低于300℃，原油的自燃點在380～530℃，排煙溫度低于原油的自燃點。因此，避免了因為換熱器水管泄露至煙氣中導致原油燃燒的情況發生，也降低了因換熱器泄露導致油田停產的可能性。

煙氣-水換熱器通常選擇管殼式換熱器，該換熱器可作為承壓設備，因而，通常在熱水進入換熱器之前，在管道增設升壓水泵，適當加快水在換熱器流速，避免因為水流速過低導致換熱器水管內結垢。相比于“二合一”熱水爐，管殼式換熱器的清洗更為靈活、方便，有利于控制供能系統的運行效率。

微型燃氣輪機分布式供能系統的自動化程度高，對于熱水溫度可以從燃氣量、排煙量和進水量三個方向進行調節，可避免出現供水溫度高于90℃的情況出現。

微型燃氣輪機可遠程進行遙控、檢測和診斷，可實現多臺集成擴容、多臺自動并聯運行，可實現無人值守，降低生產運行人員工作強度。另外，由于微型燃氣輪機采用低碳燃燒技術，煙氣中污染物排放量低，有利于環境保護。

3 微型燃氣輪機供能系統的方案設計

按照結合轉油放水站的實際情況，在轉油放水站空地上增設2臺300kW微型燃氣輪機及其配套的設備，具體的工藝流程如圖2所示。

由圖2可知，摻水和熱洗工藝所需的熱水從“二合一”熱水爐回水母管上接出，經過增壓水泵送至煙氣-熱水換熱器中，由微型燃氣輪機排出的高溫煙加熱后，再送至摻水和熱洗工藝的供水母管內，再由摻水泵和熱洗泵分別送至各自的輸送管網中。增壓水泵選用變頻水泵，使增壓水泵的揚程滿足克服管道和設備的阻力變化需求。

圖2 新增微型燃氣輪機分布式供能系統流程示意圖

燃氣管道由油田內的天然氣母管引出，經過穩壓罐進入天然氣壓縮機內，增壓合格后的燃氣進入微型燃氣輪機內與空氣混合燃燒，推動微型燃氣輪機旋轉發電。燃燒后的煙氣經過煙氣-熱水換熱器進一步余熱回收，再經煙囪排入大氣。

微型燃氣輪機發出的電量除自身電力設備消耗以外，還可以供給轉油放水站內電力設備，多余的電量送入油田內部電網，供給其他用電設備。

該次工程采用集裝箱撬裝式微型燃氣輪機，所有設備均可在室外露天放置，這樣可以縮短設備的安裝周期和減少工程安裝量。

4 結束語

通過實際運行，微型燃氣輪機分布式供能系統可完全滿足轉油放水站對消除安全隱患、降低運行成本、減少運行人員、提高運行效率等多方面的要求。微型燃氣輪機分布式供能系統具有優異的適應性和節能潛力，可以為油田帶來了極佳的社會、經濟和環保效益。

表1 新一代微型燃氣輪機的主要技術參數