有機朗肯循環低溫余熱發電技術在QHD32-6FPSO上的應用

劉冬青 李洪強

摘要：余熱是在一定的經濟技術條件下，在能源利用設備中沒有被利用的能源，也就是多余、廢棄的能源。海洋石油平臺在生產過程中，主電站作為海洋平臺的電力供給設備，在運行過程中產生大量的高溫廢氣余熱，往往這部分熱量被浪費，同時對環境造成了污染。為了達到節能減排和降本增效的目的，QHD32-6世紀號FPSO計劃利用有機朗肯循環低溫余熱發電技術，實現廢熱資源的充分利用，減少主機原油消耗量，以供FPSO生活樓等使用。但經過綜合分析，在海上增加有機朗肯低溫發電系統，經濟效益較差，且影響船體穩定性，可操作難度較大。

關鍵詞：低溫余熱;有機朗肯循環發電;節能減排

0 引言

秦皇島32-6世紀號油田浮式生產儲油船（FPSO）位于渤海海域，目前世紀號上的熱介質系統有3臺熱介質鍋爐和1臺透平廢熱回收裝置同時運行，熱負荷基本無富裕熱量。主發電系統中有5臺7 300 kW原油發電機組和1臺6 500 kW燃氣透平，其中原油機組負荷目前在50%左右，本次設計考慮在現有基礎上適當增加余量，推薦按照原油機組的65%負荷考慮。

為了達到節能減排和降本增效的目的，QHD32-6世紀號計劃回收和利用主機產生的高溫煙氣（平均煙氣溫度為330 ℃），實現廢熱資源的充分利用，減少主機原油消耗量，利用有機朗肯循環低溫余熱發電技術，主機煙氣廢熱實現轉換發電，以供FPSO生活樓等使用。

1 有機朗肯循環低溫余熱發電技術系統設計

有機朗肯循環發電，即在傳統朗肯循環中，由有機工質代替水推動渦輪機組做功。本項目有機朗肯循環發電系統示意圖如圖1所示。

低壓液態有機工質經過工質泵增壓后進入預熱器、蒸發器吸收煙氣熱量轉變為高溫高壓蒸汽之后，高溫高壓有機工質蒸汽推動渦輪機做功，產生能量輸出，渦輪機出口的低壓蒸汽進入冷凝器，向低溫熱源放熱并冷凝為液態，如此往復循環，不斷由余熱轉化為電能。

2 主機運行參數及基礎數據

QHD32-6世紀號FPSO共有5臺原油發電機，型號為MAN B&W 16V32/40，額定功率7.3 MW，電站日常運行模式下機組參數如表1所示，電站外輸原油運行模式下機組參數如表2所示。

3 有機朗肯低溫余熱發電技術的運用

3.1? ? 有機朗肯低溫余熱發電系統組成

有機朗肯循環發電機系統由廢熱回收系統、ORC系統兩大系統組成。廢熱回收系統設備包括熱管換熱器、淡水循環泵、補給水泵等，設備參數如表3所示;ORC系統（低溫余熱發電系統）設備包括渦輪發電機組、蒸發器、冷凝器、循環泵、有機工質等，設備參數如表4所示。

3.2? ? 海上附屬系統校核

FPSO目前有3臺海水泵（2用1備），單臺排量為1 200 m3/h，原FPSO海水用戶用量為1 850 m3/h，有機朗肯循環發電系統中冷凝器所需冷卻水量為560 m3/h，共計最大用水量為2 410 m3/h，2臺海水泵可以滿足用量要求。

該系統需要增加一套海水淡化設備，根據平臺反饋，FPSO上有海水淡化設備及去離子處理設備，在系統首次填充后，FPSO上可以滿足系統補充淡水用量的要求。

3.3? ? 結構模擬

結構模擬為三維空間剛架，所有對結構強度和剛度有較大影響的構件都進行了詳細的模擬。主機房頂新增2層平臺（21 m×13.6 m×3.5 m），新增房間尺寸為5 m×3 m×3.5 m。結構模型示意圖如圖2所示。

3.3.1? ? 荷載及荷載組合

基本荷載包括結構自重、設備荷載、活荷載和環境荷載。以上荷載按API RP 2A-WSD的定義選取。

3.3.2? ? 結構分析

對結構的計算分析表明，通過加強結構，加強后主結構構件和節點的名義應力、沖剪應力校核結果全部滿足要求。

4 結語

有機朗肯循環低溫發電系統采購及安裝費用總計約5 662萬元，后續操作維修費約為每年30萬元，且每兩年機組需大修，費用約為100萬元，減去維修費用，每年實際節約成本約280萬元，預計20年收回成本，經濟效益較差。同時，增加2層平臺及設備后增重約252 t，船體重心將會發生變化，影響船體穩定性，并需要重新調整壓載方案，可操作難度較大。經過綜合分析，不建議在海上增加有機朗肯低溫發電系統。

[參考文獻]

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收稿日期：2020-06-10

作者簡介：劉冬青（1980—），男，天津人，高級工程師，研究方向：海洋工程機械。