浮式生產(chǎn)儲油輪主機尾氣余熱利用項目改造措施和效果

程博（中海石油有限公司深圳分公司）

1 背景及現(xiàn)狀

HYSY115服務(wù)于南海東部海域某油田，油田所在海域水深90 m，配備單點系泊系統(tǒng)，不設(shè)推進動力裝置，不具自航能力。船體總長235.6 m，設(shè)計水線長225 m，型寬46 m，型深24.1 m，設(shè)計吃水16 m，載重11.88×104t。

HYSY115工藝處理設(shè)施對海上平臺來液進行油氣水三相分離、原油脫水以及原油穩(wěn)定操作。原油處理系統(tǒng)主要包括合格原油/原油換熱器、原油熱處理器、電脫水器喂給泵、電脫水器預(yù)熱器、電脫水器、電脫鹽器和海水冷卻器。經(jīng)處理合格后的原油將儲存在貨油艙內(nèi)，并定期通過穿梭油輪外輸。從生產(chǎn)流體中分離出來的伴生氣通過火炬系統(tǒng)放空，分離出來的生產(chǎn)污水則被排到生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)作進一步處理，經(jīng)處理合格后排海。

HYSY115 主要能源消耗設(shè)備為主發(fā)電站和鍋爐，主發(fā)電站為原油/柴油雙燃料往復(fù)式發(fā)電機組。在正常生產(chǎn)情況下，3 臺發(fā)電機中的2 臺并聯(lián)運行，1 臺備用，為油田設(shè)施提供正常生產(chǎn)、生活用電。熱介質(zhì)系統(tǒng)由3 臺9 000 kW 的熱介質(zhì)鍋爐、4 臺熱介質(zhì)循環(huán)泵、1 個熱介質(zhì)膨脹罐組成，為貨油艙各個工藝環(huán)節(jié)提供熱量。熱介質(zhì)鍋爐通過燃燒自產(chǎn)原油加熱熱介質(zhì)油，油田正常生產(chǎn)時熱介質(zhì)鍋爐1用2備[1]。

主發(fā)電機排煙溫度達到350 ℃左右，存在大量的廢熱。為了充分回收利用主機尾氣的大量余熱，用以加熱熱介質(zhì)系統(tǒng)的熱介質(zhì)油，計劃在主機排煙管上加裝余熱回收裝置，從而部分取代鍋爐加熱，減少熱介質(zhì)系統(tǒng)鍋爐原油消耗，達到節(jié)能減排、減少環(huán)境污染的目的[2]。

2 加裝余熱回收裝置實施方案

2.1 尾氣余熱回收利用原則

通過加裝主機尾氣余熱回收裝置回收余熱用以加熱熱介質(zhì)油，部分或全部取代熱介質(zhì)鍋爐，減少熱介質(zhì)鍋爐的原油消耗。項目改造過程中要堅持以下基本原則[3]：

1）在同時滿足余熱利用的條件下，最大限度實現(xiàn)HYSY115主機尾氣的余熱回收利用。

2）余熱回收裝置不影響主發(fā)電機和熱介質(zhì)鍋爐的正常運行。

3）項目實施過程中盡量不影響油田正常生產(chǎn)。

2.2 熱值理論分析計算

當(dāng)主機負(fù)荷為60%時，對應(yīng)的煙氣阻力為1 010 Pa，煙氣定壓比熱容為1.2 kJ/(kg·K)。假定煙氣出口溫度達175 ℃，余熱回收裝置效率按0.9計算，單臺余熱回收裝置的熱功率[4]為1 774.71 kW。

熱介質(zhì)系統(tǒng)正常運行時，鍋爐進出口熱介質(zhì)油平均溫差為23.53 ℃，熱介質(zhì)油流量為265 m3/h，熱介質(zhì)油密度為807 kg/m3，熱介質(zhì)油定壓比熱容為2.26 kJ/(kg·K)，實際熱負(fù)荷需求為3 158.98 kW。

由此可以得出，當(dāng)2 臺主機以高于60%負(fù)荷運行、煙氣出口溫度低于175 ℃時，2 臺余熱回收裝置可提供的熱量至少為3 194 kW，大于熱介質(zhì)系統(tǒng)實際熱負(fù)荷需求3 159 kW；所以，加裝余熱回收裝置能夠滿足熱介質(zhì)系統(tǒng)對熱量的需求，可以部分或全部取代熱介質(zhì)鍋爐[5]。

2.3 余熱回收裝置選型

余熱回收裝置的工作原理：利用主發(fā)電機的高溫廢氣與加熱盤管里循環(huán)的熱介質(zhì)油進行熱交換，從而使熱介質(zhì)油達到一定的溫度為用戶供熱[6]。余熱利用效率主要取決于余熱回收裝置進煙與排煙溫度的差值，排煙溫度每降低5 ℃，余熱利用效率會提高1%；因此，為了提高余熱利用效率，余熱回收裝置應(yīng)盡可能降低排煙溫度[7]。但排煙溫度過低會帶來“凝露”問題，由于石油等燃料均含有硫，在燃燒時會產(chǎn)生硫氧化物，與水蒸氣結(jié)合后即可形成硫酸蒸汽。當(dāng)排煙溫度低于硫酸蒸汽的酸露點時，會在表面形成液態(tài)硫酸；因此，一般規(guī)定排煙溫度必須高于酸露點20 ℃左右[8]。同時，排煙溫度不是獨立的熱力參數(shù)，選擇排煙溫度時，相應(yīng)的換熱面積已確定，換熱面積直接影響系統(tǒng)的背壓。應(yīng)確保余熱回收裝置系統(tǒng)背壓小于主機排煙背壓上限，保證主機正常運行。

船用余熱回收裝置主要包括臥式和立式兩種，其特點如下：

1）臥式余熱回收裝置。將來自熱介質(zhì)循環(huán)的熱油從余熱回收裝置上部以低溫送入高溫?zé)煔獍鼑谋P管中繼續(xù)流動，熱油在余熱回收裝置的對流段被高溫?zé)煔饧訜岷螅瑥南虏浚ǜ邷囟危┧统?，供給熱用戶使用。

2）立式余熱回收裝置。盤管圍繞著同一個中心緊緊盤繞在一起并安裝在一個氣密的殼體內(nèi)，進出口盤管連接到余熱回收裝置出口的集合管上。盤管之間的間隙是選擇以利于煙氣通過時有很高的速度并且使壓降保持在容許范圍內(nèi)。高速煙氣使得從煙氣到熱介質(zhì)油有一個很好的傳熱效率，同時能夠保持盤管加熱表面的清潔。立式余熱回收裝置如圖1所示。

圖1 立式余熱回收裝置

圖2 改造后的熱介質(zhì)系統(tǒng)工藝流程

根據(jù)主發(fā)電機煙道的設(shè)計方式和余熱回收裝置的安裝位置，HYSY115 選擇加裝立式余熱回收裝置。為了保證控制和操作簡單以及對主機運行影響降到最低，選擇每臺主機配置1臺立式余熱回收裝置的方案。燃油鍋爐系統(tǒng)與余熱回收裝置系統(tǒng)使用并聯(lián)的方式運行。熱介質(zhì)油可以從循環(huán)泵系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)泵加壓后同時進入燃油鍋爐系統(tǒng)和余熱回收裝置系統(tǒng)，或者單獨進入其中的一個系統(tǒng)。改造后的熱介質(zhì)系統(tǒng)工藝流程見圖2。

3 節(jié)能效果核算

通過對HYSYS115 三臺主發(fā)電機尾氣排煙管上加裝三臺余熱利用裝置的改造，項目實施后，利用主機尾氣余熱加熱熱介質(zhì)油，熱介質(zhì)鍋爐的負(fù)載大幅下降，消耗的原油也明顯減少。利用單耗法核算該項目的節(jié)能量，計算過程如下。

加熱每噸原油單耗為

式中：e 為改造前HYSY115 加熱每噸原油的單耗，t（標(biāo)煤）； E 為改造前HYSY115 熱介質(zhì)鍋爐的能耗，t（標(biāo)煤）； P 為改造前HYSY115 加熱原油量，t。

參照HYSY115生產(chǎn)日報，改造前1年鍋爐消耗原油量為4 672.05 m3，加熱原油量為273.8×104m3，原油平均密度為878.2 kg/m3，原油折標(biāo)系數(shù)為1.428 6 t（標(biāo)煤）。改造前加熱每噸原油單耗為0.002 4 t（標(biāo)煤）。

改造后4 個月鍋爐消耗原油量為1 564.66 m3，加熱原油量為142.3×104m3，原油平均密度為878.2 kg/m3，原油折標(biāo)系數(shù)為1.428 6 t（標(biāo)煤）。改造后加熱每噸原油單耗為0.001 6 t（標(biāo)煤）。

因此，項目實施后年節(jié)約原油量為2 405 t，折合3 436 t（標(biāo)煤），每年減少二氧化碳排放7 402 t[9]。

4 結(jié)論

中海油積極踐行公司綠色低碳的發(fā)展戰(zhàn)略，持續(xù)推進節(jié)能技改項目實施，加大節(jié)能技術(shù)改造力度，充分依靠節(jié)能改造項目來挖掘節(jié)能潛力[10]。通過在HYSY115三臺主發(fā)電機尾氣排煙管上加裝3臺余熱回收裝置，利用主機煙氣余熱加熱熱介質(zhì)油，可實現(xiàn)年節(jié)約燃料原油2 405 t，折合3 436 t（標(biāo)煤），每年減少二氧化碳排放7 402 t。取得良好節(jié)能減排效果的同時，降低了原油生產(chǎn)成本，為國家生態(tài)文明建設(shè)作出貢獻。