海上油氣田余熱回收利用探究與實踐

呂 冰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

海上油氣田余熱回收利用探究與實踐

呂 冰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

海上油氣田在開采和生產(chǎn)中蘊(yùn)含著豐富的余熱資源，回收再利用的空間和潛力巨大。充分利用后，節(jié)能降耗和溫室氣體減排優(yōu)勢明顯，同時，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。對海上油氣田高、中、低溫余熱資源的回收和利用進(jìn)行闡述，對部分實踐經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，以供同行參考借鑒。

余熱；回收利用；海上油氣田；熱泵；實踐

能源是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，促進(jìn)能源循環(huán)使用，是緩解我國目前能源緊張的必要手段，也是未來解決我國能源問題的重要途徑。

國家已將“節(jié)能減排”上升到國家戰(zhàn)略高度，資源的有效開發(fā)和高效利用將同等重要。海上油氣生產(chǎn)中的余熱資源豐富，但長期受制于各種客觀因素，利用率偏低，余熱回收利用的潛力巨大。

本文通過對海上油氣田高、中、低溫余熱資源回收利用的實踐進(jìn)行歸納總結(jié)，具有較好借鑒和參考價值，能對今后類似項目起到一定的示范效應(yīng)。

1 余熱回收利用現(xiàn)狀

海上油氣田的能源消耗主要源于發(fā)電機(jī)組和熱介質(zhì)鍋爐，運(yùn)行中會排放大量高溫?zé)煔猓@部分煙氣中蘊(yùn)含著豐富的余熱資源，但受制于諸多客觀因素并沒有得到有效的回收利用，大量的煙氣廢熱，直排大氣，既污染環(huán)境又浪費(fèi)熱能，此種狀態(tài)亟待改觀。

海上油氣生產(chǎn)中尤以高、中溫余熱回收利用的潛力巨大。大量燃?xì)?燃油發(fā)電機(jī)組和熱介質(zhì)鍋爐不停運(yùn)轉(zhuǎn)，排放大量煙氣，該部分煙氣余熱的溫度一般都在300～500℃，如此可觀的富余熱能急待回收利用。也正因為此，公司在余熱回收利用上持續(xù)挖潛，加大投入，一批余熱綜合利用項目相繼上馬，效果明顯。與此同時，大力發(fā)展余熱綜合利用已經(jīng)成為公司優(yōu)化能源配置，改善能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

2 余熱煙氣回收利用的技術(shù)探究

針對海上油氣開采的實際情況，余熱煙氣的回收利用主要方向集中以下幾個方面：

2.1高溫余熱

一般來自于海上油氣田燃?xì)馊加洼啓C(jī)的排放煙氣，溫度在350～480℃，具有排放量大、持續(xù)穩(wěn)定、利用價值高等特點。

回收利用方式：①主要通過換熱裝置，將其裝換為供熱裝置的一次熱源，為供熱裝置提供熱源，不再使用或減少化石能源的使用量，達(dá)到降低能耗、減少排放的目的。目前，海上油氣田主要存在有兩種利用趨勢，一種是對海洋平臺透平發(fā)電機(jī)的煙氣余熱進(jìn)行回收利用，利用高溫余熱將水加熱為飽和蒸汽通過換熱器給原油和注水流程加熱，從而替代現(xiàn)有的熱介質(zhì)油加熱原油流程的模式，以解決現(xiàn)有模式下原油換熱器換熱效果不佳、熱效低和熱油運(yùn)行養(yǎng)護(hù)成本高等實際問題。②另一種是通過加裝余熱回收利用裝置，加熱熱介質(zhì)油，作為熱介質(zhì)鍋爐的替代或補(bǔ)充。

2.2中溫余熱

是對供熱鍋爐產(chǎn)生的二次熱源（熱介質(zhì)或煙氣）進(jìn)行回收利用，進(jìn)而提高熱能的利用效率。

回收利用形式：熱介質(zhì)鍋爐的排煙溫度在200～350℃，且長期運(yùn)行，通過加裝廢熱回收裝置，修改供熱流程，利用鍋爐排煙余熱加熱采暖水，提供冬季生活采暖用熱，在不降低鍋爐熱效的情況下，充分利用排煙余熱，節(jié)約能耗降低運(yùn)行成本。

2.3低溫余熱

在海上油氣生產(chǎn)過程中，通常會產(chǎn)生大量廢熱的油、氣和水，溫度在40～80℃左右，高些的會達(dá)到150℃左右，這部分低溫余熱中的油、氣需要進(jìn)行有效的降溫后進(jìn)行（油氣）儲存和外輸，其他處理后的廢熱水排海。處理期間熱能白白浪費(fèi)，既增加處理成本也造成溫室氣體排放壓力，合理回收利用這些低溫余熱意義重大，目前還處在探索和實驗階段。

回收利用方式或途徑：通過熱泵循環(huán)將這部分低溫余熱引入空調(diào)系統(tǒng)，由原來依靠電加熱體加熱改為換熱模式。對于較低的余熱還可以安裝太陽能熱泵進(jìn)行熱源補(bǔ)充，充分發(fā)揮低溫余熱的熱效能。

3 余熱的實際利用

海上油氣田余熱資源豐富，特別是高溫余熱資源量大且開發(fā)利用潛力大，技術(shù)較為成熟，實踐經(jīng)驗豐富，具有經(jīng)濟(jì)性好、推廣價值高等特點，適合海上油氣田的實際需求。

3.1透平發(fā)電機(jī)組高溫排煙余熱回收利用實踐

目前，海上平臺透平發(fā)電機(jī)組高溫余熱回收利用方式主要有兩類，一類在透平機(jī)組排煙管道上加裝余熱鍋爐，通過高溫?zé)煔饧訜釤峤橘|(zhì)或水，提供熱站所需標(biāo)準(zhǔn)熱源或飽和蒸汽；另一類是熱管換熱，采用熱管（Heat Pipe）技術(shù)，通過熱管所具有的高導(dǎo)熱性能，將全封閉真空管殼內(nèi)的工質(zhì)間的熱能傳導(dǎo)，實現(xiàn)熱量的互換。其具有較高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、溫度可控等優(yōu)點，經(jīng)濟(jì)效益顯著。但在實際使用中也暴露出抗氧化、耐高溫、耐腐蝕性較差等不足，需進(jìn)一步改進(jìn)完善。

案例1：xxx油田CEP平臺透平發(fā)電機(jī)高溫?zé)煔庥酂峄厥绽庙椖俊?/p>

以透平機(jī)組高溫?zé)煔庾鳛檎羝l(fā)生器的熱源，替換原有燃油/燃?xì)忮仩t，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)蒸汽滿足生產(chǎn)用伴熱需求。具體實施：增加一臺余熱蒸汽鍋爐或者熱管換熱器作為蒸汽發(fā)生器裝置、一臺原油摻混蒸汽加熱裝置、一套汽水混合器回注水加熱裝置以及一套水處理裝置。水處理裝置為蒸汽發(fā)生器提供合格的鍋爐用水，合格的水質(zhì)進(jìn)入蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽。

產(chǎn)出的標(biāo)準(zhǔn)蒸汽根據(jù)透平實際運(yùn)行情況分為兩路：一路蒸汽進(jìn)入蒸汽摻混原油裝置來加熱原油，蒸汽混入原油后變?yōu)樗?，且與加熱后的原油混合進(jìn)入電脫，替代現(xiàn)有的熱介質(zhì)油與原油換熱的模式；另外一路進(jìn)入回注水，進(jìn)入汽水混合器將回注水加熱。實踐中可根據(jù)蒸汽量大小切換控制回路，滿足使用的使用需求。

案例2：xxx油氣田CEP動力平臺，對透平發(fā)電機(jī)組排煙裝置改造，加裝廢熱回收裝置，通過透平高溫?zé)煔馀c導(dǎo)熱油進(jìn)行換熱來實現(xiàn)對導(dǎo)熱油的加熱，實現(xiàn)透平機(jī)組高溫余熱的充分回收、再次利用，同時減少溫室氣體的直接排放。

該項技術(shù)改造需加裝膨脹罐，并對部分生產(chǎn)工藝進(jìn)行提升，廢熱回收裝置投運(yùn)后，節(jié)能效果顯著，基本替代原有熱介質(zhì)鍋爐的熱效，天然氣消耗量大為降低，經(jīng)濟(jì)效益可觀（效果：節(jié)省天然氣8 000m3/d，全年節(jié)氣200萬m3左右，折合標(biāo)準(zhǔn)煤5 000 t左右，產(chǎn)生500萬元/a以上的經(jīng)濟(jì)效益），具有較廣泛的推廣價值。

3.2鍋爐中溫排煙余熱回收利用實踐

隨著油氣開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及運(yùn)行成本的不斷升高，調(diào)整用能結(jié)構(gòu)和提高用能效率逐漸成為節(jié)能重點，也自然成為進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力的突破口，高溫余熱回收利用已被廣泛接受，推進(jìn)中溫余熱有效利用也逐漸加速，其中，鍋爐排煙余熱有效利用就是實踐中的有效途徑之一，節(jié)能減排效果也日益顯現(xiàn)。

案例1：xxx油田油氣終端處理廠采用余熱回收技術(shù)，通過給熱介質(zhì)鍋爐加裝余熱回收裝置，回收利用熱介質(zhì)爐的排煙余熱，穩(wěn)壓恒溫后用于處理廠生活辦公綜合樓宇及生產(chǎn)區(qū)域的采暖。該處理廠熱介質(zhì)鍋爐正常運(yùn)行期間，排煙溫度一般在310～320℃，且兩臺主用熱介質(zhì)鍋爐為全年運(yùn)行，余熱資源量豐富，利用處理廠3臺（2主1備）熱煤爐的排煙，驅(qū)動余熱鍋爐加熱采暖系統(tǒng)循環(huán)水，換熱循環(huán)水再進(jìn)入原熱水鍋爐進(jìn)行二次加熱，經(jīng)過充分換熱后的循環(huán)水只需吸收少量熱能就能達(dá)到供熱要求的采暖水標(biāo)準(zhǔn)，大大降低了燃?xì)忮仩t的天然氣消耗量，同時降低了碳排放量。

考慮項目成本、運(yùn)行可靠性、使用壽命、后期維護(hù)等因素，該項目采用翅片管式余熱回收裝置，與其他類型余熱回收裝置（如管殼式、熱管式、板翅式等）相比具有安全可靠、加工工藝簡單、適用性廣、阻力小、結(jié)構(gòu)緊湊、布置方便等諸多優(yōu)點，廣泛用于氣液換熱場所。缺點是耐腐蝕性較差、由于鍋爐燃燒器背壓不足流程壓降較小等，需在回收裝置設(shè)計、安裝時充分考慮上述因素，降低管路阻力、減少熱能損失、提高回收熱效率。

案例2：xxx油氣處理廠通過利用三臺熱媒爐煙氣余熱及原油凝析的原通過煙囪點燃排放的天然氣實現(xiàn)生活和辦公樓宇的夏季制冷及冬季采暖。

實施形式：夏季制冷，鍋爐煙氣（300℃左右）通過煙氣換熱器置換出熱水，驅(qū)動溴化鋰空調(diào)機(jī)組，溴化鋰空調(diào)機(jī)組產(chǎn)出7～12℃冷媒水，冷媒水通過原有供冷盤管經(jīng)風(fēng)冷對樓宇進(jìn)行降溫，替代原電力中央空調(diào)系統(tǒng)。冬季則利用煙氣換熱器置換出的熱水并入供暖系統(tǒng)，替代或補(bǔ)充供暖蒸汽鍋爐的熱效，具體見下圖1。

圖1　鍋爐中溫排煙余熱回收利用流程框圖

3.3油氣處理流程低溫廢液利用實踐

海上油氣生產(chǎn)熱能損耗主要分布在油氣水加熱、分離、儲存、外輸?shù)攘鞒讨?，受技術(shù)、工藝、成本等諸多因素限制，處理流程中低溫余熱并沒有得到有效利用，而是以生產(chǎn)廢水直接排放入海，這不僅對海洋環(huán)境造成損害，也是熱資源的浪費(fèi)，通過技術(shù)分析和可行性研究，對這部分低溫廢熱進(jìn)行回收利用具有現(xiàn)實意義。

生產(chǎn)流程中存在大量穩(wěn)定的低溫?zé)嵩?，溫度一般?0～80℃左右，回收后，開發(fā)利用的潛力較大，途徑主要是通過熱泵技術(shù)，適當(dāng)提高溫度壓力，給熱站用戶提供合格熱源，達(dá)到節(jié)能降耗效果。

案例1：xxx作業(yè)公司開展余熱循環(huán)利用可行性研究，利用熱泵技術(shù)，對中低溫?zé)煔夂蜕a(chǎn)廢水中的廢熱進(jìn)一步加以利用，進(jìn)而回收排煙和流程余熱中熱能。

一類形式：通過汽水換熱器，向排煙中噴水降溫，所產(chǎn)生的汽水進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器中，進(jìn)一步回收煙氣的熱量，其工藝流程如下圖2所示。

圖2　油氣處理流程低溫廢液利用流程框圖

其優(yōu)缺點：

（1）熱泵設(shè)備尺寸小，重量輕，占用空間??；能效比高。（2）系統(tǒng)工藝復(fù)雜，前期投資大，耗電量較高。

另一類形式：通過溴化鋰吸收式熱泵初級回收后，再經(jīng)過汽水換熱器換熱，將產(chǎn)生的熱水作為煙氣型溴化鋰吸收式熱泵的熱源。該方案的工藝流程如下圖3所示。

圖3　溴化鋰吸收式熱泵工藝流程框圖

其優(yōu)缺點：

（1）耗電量少，輔助裝置較少。

（2）造價較高，防腐設(shè)計要求高。

4 結(jié)語

余熱的回收與利用是節(jié)能降耗中的重要途徑之一，雖然海上油氣田余熱回收利用項目不斷實施，節(jié)能環(huán)保效果也較為明顯，但海上平臺的設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)等情況各不相同，在回收利用中應(yīng)從量和質(zhì)兩方面考慮，本著“按量求質(zhì)，梯級利用”原則，高、中、低溫余熱科學(xué)分級，不同介質(zhì)余熱合理匹配，互為補(bǔ)充，將是海上油氣田余熱回收利用的發(fā)展方向。

換熱裝置在海上油氣田余熱回收利用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，開展余熱回收換熱器方面的研究是提高余熱利用效果的重要手段。

The Research and Practice of Waste Heat Recovery and Utilization in Offshore Oil-Gas Fields

Lv Bing

In the process of offshore oil-gas exploration and production，there contains abundant waste heat resources，recycling and reusing have great space and potential.Make full use of these resources，ES consumption reduction and GHG emission reduction of advantages are obvious，at the same time，with higher effi ciency.In this paper，the high/medium and low temperature waste heat resources in the offshore oil-gas field of recycling and utilization to expound，summarize some practical experience in order to the colleague reference.

wste heat；recycle；offshore oil-gas fi eld；heat pump；practice experience

TE98；TE08

A

1003-6490（2016）01-0030-02

2015-12-26

呂冰（1974—），男，天津人，工程師，主要從事節(jié)能減排和能源管理體系建設(shè)工作。