大港天然氣處理站余熱回收與利用

武茂芹（大港油田天然氣公司）

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

大港油田天然氣公司是對本油田生產(chǎn)的天然氣進(jìn)行集輸、凈化處理、外輸和銷售于一體的綜合性公司，實(shí)際生產(chǎn)能力為年集輸、凈化處理油田伴生氣3.6×108m3，輸送長慶油田陜氣10×108m3，以及從油田伴生氣中生產(chǎn)出高附加值的液化石油氣、穩(wěn)定輕烴及其深加工產(chǎn)品，為大港油田公司創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟(jì)效益。

公司生產(chǎn)系統(tǒng)具有設(shè)備密集、自動(dòng)化程度高、能耗巨大等特點(diǎn)，其中天然氣處理站能耗占公司總能耗90%以上，該站為24h運(yùn)行的集天然氣的凈化外輸、液化氣的生產(chǎn)、輕烴深加工為一體的綜合性大站，主要生產(chǎn)裝置為液化氣回收裝置，用于進(jìn)行天然氣的凈化外輸和液化氣、輕烴回收。

1.1 生產(chǎn)能耗

天然氣處理站生產(chǎn)裝置在運(yùn)行過程中，為保證辦公樓夏季制冷、冬季正常采暖和伴熱需要，使用空調(diào)和鍋爐，耗能巨大。

夏季，處理站辦公樓均采用空調(diào)制冷，總共有功率為735～3675W的空調(diào)近80余臺(tái)，每天耗電1200kWh以上。

冬季，運(yùn)行一臺(tái)10t的蒸汽鍋爐，為生產(chǎn)工藝管線提供伴熱，同時(shí)為職工辦公室采暖提供熱源，每天消耗天然氣12000m3、水220m3、電960kWh。

1.2 可利用余熱

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，工藝天然氣需要升溫和降溫過程，有大量的廢熱被排放到大氣中，如果將工藝廢熱加以合理利用，將有效降低處理站能源消耗。

壓縮機(jī)組廢熱：由于汽缸需要冷卻，冷卻水不斷降低汽缸溫度，冷卻水通過風(fēng)冷卻，產(chǎn)生廢熱；

生產(chǎn)裝置的熱媒爐和再生氣加熱爐為裝置提供熱源，同時(shí)將大量廢熱通過煙囪散放到大氣中。

2 余熱回收關(guān)鍵技術(shù)

2.1 一體化熱水直燃非電空調(diào)技術(shù)

2.1.1 制冷原理

在正常大氣壓力條件下，水要達(dá)到100℃才沸騰蒸發(fā)，在低于大氣壓力（真空）環(huán)境下，水可以在溫度很低時(shí)沸騰。本項(xiàng)目空調(diào)機(jī)組使用的溴化鋰是一種吸水性極強(qiáng)的鹽類物質(zhì)，可以連續(xù)不斷地將周圍的水蒸氣吸收過來，維持容器中的真空度。

直燃機(jī)正是利用溴化鋰作吸收劑，用水作制冷劑，用天然氣、柴油等燃料作加熱濃縮的能源。其制冷機(jī)理如下：從空調(diào)系統(tǒng)來的12℃冷水流經(jīng)蒸發(fā)器的換熱管，被換熱管外真空環(huán)境下的4℃的冷劑水噴淋，冷劑水蒸發(fā)吸熱，使冷水降溫到7度。冷劑水吸收了空調(diào)冷凍水的熱量變成水蒸氣，進(jìn)入吸收器，溴化鋰溶液將蒸發(fā)的熱量吸收，通過冷卻水系統(tǒng)釋放到大氣中去。變稀了的溶液經(jīng)過燃燒再次加熱產(chǎn)生水蒸汽，如此循環(huán)[1]。

2.1.2 制熱循環(huán)

燃燒的火焰加熱溴化鋰溶液，溶液產(chǎn)生的水蒸氣將換熱管內(nèi)的制熱溫水、衛(wèi)生熱水加熱，凝結(jié)水流回溶液中，再次被加熱，往復(fù)循環(huán)。

2.2 高溫?zé)岜眉夹g(shù)

高溫水源熱泵機(jī)組工作原理：熱泵中的制冷劑通過壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)，在閉合的管道回路中不斷循環(huán)，簡單地說就是制冷劑通過壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)在蒸發(fā)器（與低溫?zé)嵩唇佑|） 膨脹蒸發(fā)吸收熱量，變成高溫低壓氣體，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后變成高溫高壓氣體，然后進(jìn)入冷凝器（與高溫?zé)嵩唇佑|） 放出相變潛熱，成為低溫高壓液體，此后又經(jīng)節(jié)流器絕熱節(jié)流成為低溫低壓液體再回到低溫?zé)嵩刺庍M(jìn)入下一次工作循環(huán)，見圖1。經(jīng)過制冷劑的循環(huán)，高溫?zé)嵩刺幉粩嗟玫綗崃繌亩_(dá)到制熱的目的。在整個(gè)過程中，制冷劑只是把從低溫?zé)嵩刺幬盏降臒崃窟B同壓縮機(jī)對其所做的功傳遞給高溫?zé)嵩矗圆⑽催`背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律[2，3]。

圖1 熱泵工作原理

3 改造方案

3.1 加熱爐煙氣余熱利用改造方案

在處理站加熱爐區(qū)為2臺(tái)加熱爐各新建1臺(tái)煙氣余熱回收裝置，具體作法為在現(xiàn)有加熱爐煙囪處引煙氣旁路，進(jìn)煙氣裝置換熱，換熱后煙氣再排至煙囪，煙氣余熱回收裝置產(chǎn)生的95℃熱水由循環(huán)泵輸送至溴化鋰一體化機(jī)組，為機(jī)組蒸發(fā)器提供熱源，回水再回至余熱裝置進(jìn)行加熱。系統(tǒng)補(bǔ)水采用站內(nèi)自來水。

3.2 壓縮機(jī)熱水余熱利用改造方案

在壓縮機(jī)裝置區(qū)新建1套高溫水源熱泵。2臺(tái)壓縮機(jī)冷卻水出壓縮機(jī)后分別進(jìn)入2臺(tái)板式換熱器，換熱降溫后再輸回壓縮機(jī)，冷卻水的循環(huán)依靠壓縮機(jī)自帶的冷卻水循環(huán)泵進(jìn)行。

板式換熱器加熱的熱媒先輸至熱泵，為熱泵的蒸發(fā)器提供熱源，然后再回至熱媒泵，經(jīng)泵加壓后輸送至板式換熱器循環(huán)工作。

熱泵產(chǎn)生的80℃熱水通過伴熱總管輸至站內(nèi)工藝伴熱和采暖熱用戶，回水通過熱水循環(huán)泵再送至熱泵進(jìn)行加熱。伴熱、采暖熱水循環(huán)系統(tǒng)采用站內(nèi)自來水進(jìn)行定壓補(bǔ)水。

3.3 一體化機(jī)組連接方案

一體化機(jī)組衛(wèi)生（采暖）熱水接至鍋爐房，與原有熱水采暖系統(tǒng)相接，利用原有室外熱水采暖管網(wǎng)，供原熱水采暖單體冬季采暖。一體化機(jī)組與熱泵機(jī)組并聯(lián)，一旦熱泵機(jī)組停機(jī)，由一體化機(jī)組臨時(shí)供熱泵機(jī)組負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)緊急備用。

4 實(shí)施效果

項(xiàng)目實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了處理站生產(chǎn)過程余熱的利用，停掉了耗水耗電的設(shè)備，節(jié)約了天然氣和電能，提高了大港油田公司的整體經(jīng)濟(jì)效益。

1）經(jīng)濟(jì)效益。方案實(shí)施前，公司每年需投入191.1984萬元，用于保障正常生產(chǎn)伴熱和職工夏冬季辦公；實(shí)施后，每年公司僅需要投入成本51.08萬元，每年可節(jié)約費(fèi)用140.12萬元。

2）社會(huì)和安全效益：

◇工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。實(shí)施前，需要12個(gè)人對鍋爐系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)進(jìn)行檢查和巡檢，實(shí)施后，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)視和無人操作。

◇降低了安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，停止大型壓力容器設(shè)備——鍋爐的使用，有效減少生產(chǎn)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，提高安全平穩(wěn)生產(chǎn)的能力。同時(shí)，鍋爐系統(tǒng)作為供熱的緊急備用爐，還為每年裝置大檢修安全處理提供蒸汽。

[1]陳文緊.天然氣直燃型溴化鋰吸收式冷熱機(jī)組在辦公樓中的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].廣東土木與建筑,2011(11):52.

[2]李洪斌,楊先.熱泵與節(jié)能[J].現(xiàn)代物理知識(shí),1994(10):15-16.

[3]孟富春,董明,李先瑞.組合式熱泵系統(tǒng)的原理分析[J].供熱制冷,2003(10):54-56.