錦州9-3油田廢熱回收利用

田獻旺，劉瑞奇

(中海石油(中國)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

田獻旺，劉瑞奇

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

面對與日俱增的油液產(chǎn)量，中海油天津分公司錦州 9-3油田燃料鍋爐已無法滿足生產(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，啟動并實施透平廢熱回收利用項目，利用油田現(xiàn)有的 3臺 SOLAR透平發(fā)電機排出的高溫尾氣，增容油田熱能系統(tǒng)的容量，實現(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平臺的相繼投產(chǎn)，以及 2009年大泵提液措施的實施，油田產(chǎn)液量逐年增加，熱負荷也隨之逐年增大。

油田原有的兩臺功率5,000,kW燃料鍋爐已無法滿足提供生產(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)國家節(jié)能減排低碳發(fā)展的號召，遼東作業(yè)區(qū)統(tǒng)籌規(guī)劃，啟動并實施錦州9-3油田透平廢熱回收利用項目，利用油田現(xiàn)有的3臺SOLAR透平發(fā)電機排出的高溫尾氣，安裝廢熱回收鍋爐加熱油田熱油系統(tǒng)，取代原燃料鍋爐運行，并增加油田熱能系統(tǒng)的容量，既滿足了由于產(chǎn)量增加而對導(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)濟效益和社會效益都非常突出，具有極高的推廣應(yīng)用價值。

1 廢熱回收利用項目的實施

1.1 項目方案確立

首先調(diào)研測試透平工況，確定廢熱回收利用項目的可行性。

1.1.1 錦州9-3油田發(fā)電機參數(shù)(見表1)

1.1.2 透平機組尺寸(見表2)

表2 透平機組尺寸Tab.2 Turbine dimension

1.1.3 透平不同工況參數(shù)(見表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荷及溫度情況(見表4)

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

通過上述測試數(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設(shè)計方案的優(yōu)缺點，在直通式方案的基礎(chǔ)上增加旁通的排氣管，以便確保透平機的正常運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排放的高溫?zé)煔鉃闊嵩矗瑹煔庥蓮U熱爐煙氣入口進入到爐膛，以輻射對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，從而完成對導(dǎo)熱油的加熱，實現(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

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

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

停爐流程：當(dāng)廢熱鍋爐停爐時，首先讓煙氣旁通閥開到100%,，當(dāng)煙氣旁通閥達到 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，閥門開度達到0%,。

1.2.2 廢熱回收裝置選型

按照透平 100%,負荷時計算可交換熱量為 5,160,kW，按此換熱量配置大負荷廢熱回收裝置，同時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)性優(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)，鑒于不同工況的運行方式，新老鍋爐采取可單獨運行、串聯(lián)運行的工作方式；保障油田熱能的系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

來自熱介質(zhì)系統(tǒng)回油總管的導(dǎo)熱油，先經(jīng)過循環(huán)增壓泵增壓，然后輸送到廢熱回收裝置進油管與廢熱回收裝置內(nèi)煙氣進行熱交換，(如果新增廢熱回收裝置無法滿足平臺所需熱負荷要求，可再次進入燃料鍋爐繼續(xù)加熱)，加熱后的導(dǎo)熱油從廢熱回收裝置出來輸送至錦州 9-3油田的各個工藝用戶。透平機組排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^透平機尾部的煙道，以對流的形式進入廢熱回收裝置內(nèi)的換熱盤管，換熱盤管獲得的熱量直接傳遞給導(dǎo)熱油，實現(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臺廢熱鍋爐在高質(zhì)量產(chǎn)品驗收的情況下，整體托運至碼頭。單臺廢熱鍋爐凈重 21.5,t，考慮海上吊裝和現(xiàn)場施工作業(yè)能力的嚴重受限，規(guī)避施工風(fēng)險，降低施工難度，3臺鍋爐在陸地預(yù)制安裝底座。整裝完成托運至海上平臺，受限于吊機的工作能力，宏觀協(xié)調(diào)浮吊船舶檔期，用時1天安全將3臺廢熱鍋爐吊至平臺就位。

1.4.2 廢熱鍋爐安裝

將新增廢熱鍋爐與透平機組連接，連接方式為通過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?，保障透平機組正常運轉(zhuǎn)的同時，達到廢熱鍋爐的使用的熱效率。需外擴SLPW上甲板4,m，用于擺放新增3臺廢熱鍋爐，同時保障規(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臺廢熱鍋爐與原2臺燃料鍋爐采用串聯(lián)的安裝方式，整個系統(tǒng)的工作方式如下：①在廢熱鍋爐熱能滿足生產(chǎn)要求的情況下，運行鍋爐，熱介質(zhì)油直接輸送至用戶使用。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)過燃料鍋爐加熱，輸送至生產(chǎn)用戶。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

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

所有新增流程與鍋爐氣密性試驗，水壓試驗、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，與透平機組聯(lián)鎖控制程序，設(shè)備運行參數(shù)通訊至中控系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控；測試火災(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

上述各方面測試完成后，啟動透平機組，完成吹掃程序，啟動廢熱鍋爐，逐漸加載運行。

2012年10月20日 完成廢熱回收系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試工作，3臺廢熱鍋爐正式投入運：廢熱鍋爐運行工況為一用兩備，停運兩臺燃料鍋爐，熱介質(zhì)循環(huán)泵運行工況為兩用一備；廢熱回收系統(tǒng)正式投運。

3 結(jié) 語

廢熱回收系統(tǒng)投入運行，停運兩臺燃料鍋爐，減少溫室氣體排放，全年節(jié)約天然氣達 288萬 m3。油田熱能系統(tǒng)容量最大增值 1.25,MW，可滿足油田現(xiàn)有及后期生產(chǎn)需求，同時解決錦州 9-3油田綜合調(diào)整項目的熱負荷瓶頸。燃料鍋爐的停運，在節(jié)省設(shè)備運維的操作費的同時，長遠規(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)的其他瓶頸問題。

此項目歷經(jīng)半年之久高效完成了從調(diào)研、設(shè)計到吊運、安裝、調(diào)試等一系列施工階段，最終實現(xiàn)3臺透平廢熱回收鍋爐成功投運。既實現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，肩負起央企的社會責(zé)任，又創(chuàng)造了經(jīng)濟價值，實現(xiàn)了雙贏?！?/p>

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

［2］ 錦州9-3油田操作維修手冊[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