利用內(nèi)燃機(jī)余熱為熱介質(zhì)系統(tǒng)加熱研究

龔 玉 林王棟

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)深圳分公司廣東深圳518067）

利用內(nèi)燃機(jī)余熱為熱介質(zhì)系統(tǒng)加熱研究

龔 玉 林王棟

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)深圳分公司廣東深圳518067）

本文介紹了111FPSO余熱回收工程的熱介質(zhì)系統(tǒng)，總結(jié)了熱介質(zhì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)原有系統(tǒng)和新增系統(tǒng)的鏈接和隔離，并闡述了熱介質(zhì)系統(tǒng)的注油、調(diào)試方案和操作規(guī)程。在類似的余熱回收項(xiàng)目中，對熱介質(zhì)系統(tǒng)應(yīng)保留原有的功能，采用閥門隔離的方式較為符合工程實(shí)際。特別是增加余熱回收后，熱介質(zhì)系統(tǒng)的最高點(diǎn)可能會(huì)高于膨脹罐的高度，給膨脹罐加壓是較為合理的方式。

FPSO；內(nèi)燃機(jī)；余熱利用；熱介質(zhì)系統(tǒng)

1 前言

海洋石油111FPSO目前共配有5臺7760kW的原油發(fā)電機(jī)。三臺10000kW的熱介質(zhì)油鍋爐，用于原油加熱。目前熱介質(zhì)油鍋爐長期處于最低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，每日消耗原油8t～10t。同時(shí)發(fā)電機(jī)的尾氣長期對空排放，既浪費(fèi)了大量的可回收能源，同時(shí)也造成了對大氣的熱污染。

因此，采油服務(wù)公司于2011年提出了本項(xiàng)目，通過加裝余熱回收裝置對發(fā)電機(jī)尾氣余熱進(jìn)行回收利用，替代熱油鍋爐加熱熱介質(zhì)油，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 未安裝余熱回收時(shí)熱介質(zhì)系統(tǒng)現(xiàn)狀

熱介質(zhì)系統(tǒng)的目的是為FPSO上的熱用戶提供充足的熱源，使各熱用戶達(dá)到一定的溫度，以滿足工藝處理的要求。本系統(tǒng)選用性質(zhì)穩(wěn)定的合成烴混合物作為熱介質(zhì)，其攜熱能力強(qiáng)，難揮發(fā)，不易燃，可循環(huán)使用。燃料為原油或柴油，正常生產(chǎn)時(shí)以原油為燃料，燃料原油系統(tǒng)供油故障時(shí)以柴油作燃料。

熱介質(zhì)系統(tǒng)是一套密閉系統(tǒng)，熱介質(zhì)運(yùn)行在獨(dú)立封閉的管路中，只與熱用戶交換熱能。熱介質(zhì)經(jīng)過循環(huán)泵加壓，進(jìn)入熱介質(zhì)鍋爐內(nèi)被加熱，然后攜帶著大量的熱能，流經(jīng)各用戶（熱交換器、加熱盤管等）進(jìn)行熱能傳遞，經(jīng)過換熱后，冷的熱介質(zhì)匯集在一起，又回到循環(huán)泵進(jìn)口，再進(jìn)行增壓，加熱，換熱，如此反復(fù)循環(huán)，提供穩(wěn)定的熱源。在加熱過程中產(chǎn)生的煙道尾氣進(jìn)入惰氣系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)最高點(diǎn)設(shè)有膨脹罐，收集熱循環(huán)過程中的熱介質(zhì)膨脹余量，亦可補(bǔ)充循環(huán)過程中的熱介質(zhì)損耗，從而保證系統(tǒng)中有相對穩(wěn)定的熱介質(zhì)循環(huán)量。在機(jī)艙內(nèi)設(shè)有熱介質(zhì)儲存（補(bǔ)充）罐和熱介質(zhì)泄放罐，可在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行熱介質(zhì)補(bǔ)充和在應(yīng)急時(shí)接收熱介質(zhì)的排放。熱介質(zhì)鍋爐設(shè)有二氧化碳保護(hù)裝置，當(dāng)爐內(nèi)溫度過高或管線破裂發(fā)生火災(zāi)時(shí)可自動(dòng)噴放，消除火災(zāi)。

表1 熱介質(zhì)系統(tǒng)組成

表2 熱介質(zhì)用戶表

表3 熱介質(zhì)鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 熱介質(zhì)系統(tǒng)組成（設(shè)備及用戶）

表1所示為111FPSO熱介質(zhì)系統(tǒng)的基本設(shè)備，該系統(tǒng)已經(jīng)通過幾年的運(yùn)行，完全能夠滿足生產(chǎn)所需。當(dāng)增加余熱回收裝置后，則需增加一部分熱介質(zhì)油，同時(shí)增加余熱回收裝置，故對原有的系統(tǒng)造成一定的沖擊。因此，在設(shè)計(jì)余熱回收裝置來替代鍋爐時(shí)，應(yīng)考慮熱介質(zhì)系統(tǒng)最優(yōu)化的解決方式，保證原有系統(tǒng)改動(dòng)最小且滿足功能需求。

表2所示為各個(gè)用熱設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場和工程師交流可知，原油首先經(jīng)過高壓分離器，然后是原油換熱器，最后經(jīng)過低壓分離器和靜壓脫水器。熱介質(zhì)油在加熱原油過程中，由于從鉆井平臺的原油溫度較高，故給原油加熱的熱介質(zhì)油的用量不大，熱介質(zhì)油的主要在于給倉底的原油保溫，使其處于流動(dòng)狀態(tài)。

2.2 熱介質(zhì)系統(tǒng)運(yùn)行情況

表3所示為熱介質(zhì)鍋爐設(shè)計(jì)情況，實(shí)際是設(shè)計(jì)值偏大，運(yùn)行1臺鍋爐就能滿足現(xiàn)場加熱需求。注明：熱介質(zhì)循環(huán)泵的排量：301m3/h；實(shí)際進(jìn)出鍋爐的熱介質(zhì)溫度：進(jìn)口75℃、出口96℃；目前用一臺鍋爐即可滿足熱介質(zhì)用戶的需要。

圖1 二期余熱回收改造工程熱介質(zhì)系統(tǒng)圖

3 增加余熱回收后熱介質(zhì)系統(tǒng)情況

燃油鍋爐系統(tǒng)與余熱回收裝置系統(tǒng)采取并聯(lián)的方式運(yùn)行。兩臺余熱回收裝置D/E形成一個(gè)余熱回收裝置系統(tǒng)，每臺之間采取并聯(lián)的方式運(yùn)行，每臺余熱回收裝置進(jìn)出口都有快關(guān)閥，當(dāng)余熱回收裝置不運(yùn)行時(shí)關(guān)閉進(jìn)出口快關(guān)閥，通過余熱回收裝置系統(tǒng)熱油進(jìn)口總管與出口總管之間的手動(dòng)調(diào)節(jié)旁通閥，熱油會(huì)直接旁通到出口總管。原先的3臺燃油鍋爐A/B/C組合成一個(gè)燃油鍋爐系統(tǒng)，每臺之間都是并聯(lián)方式運(yùn)行。原先的4臺循環(huán)泵組成一個(gè)循環(huán)泵系統(tǒng)，每臺之間都是并聯(lián)運(yùn)行。經(jīng)過余熱回收裝置系統(tǒng)加熱后的熱油經(jīng)過節(jié)流孔板后直接到達(dá)熱油分配系統(tǒng)，經(jīng)過分配系統(tǒng)的分配供給到各個(gè)艙室加熱。故現(xiàn)場需要增加4個(gè)大閥門來隔離現(xiàn)有系統(tǒng)和原有系統(tǒng)。

熱介質(zhì)膨脹罐的改造：沒有安裝余熱回收裝置時(shí)運(yùn)行液位為0.55m～0.6m，高度與發(fā)電機(jī)組的水平煙囪低上2.5m。現(xiàn)有的膨脹罐采用閉式系統(tǒng)，新增熱油系統(tǒng)盡管熱油整體高度有所提高，只需將氮?dú)馄康膲毫?bar～1.5bar即可。

圖2 現(xiàn)場熱油總管改造圖

4 注油、蒸發(fā)調(diào)試方案

4.1 加注熱油

膨脹罐注油加壓，加壓至100KPa；檢查熱油管線閥門開關(guān)狀態(tài)，抽掉熱油閥門盲板；關(guān)閉泄放隔離閥和泄放閥；打開進(jìn)出口快關(guān)閥（DE余熱回收裝置同時(shí)打開）；打開補(bǔ)油閥（DE余熱回收裝置）和補(bǔ)油隔離閥；打開管路頂端透氣閥（DE），用桶接滲油（觀察都無空氣放出都是滲油時(shí)關(guān)閉透氣閥）；啟動(dòng)補(bǔ)油泵，加注熱油；補(bǔ)油結(jié)束后關(guān)閉補(bǔ)油泵；關(guān)閉補(bǔ)油閥（DE余熱回收裝置）和補(bǔ)油隔離閥。

注意事項(xiàng)：膨脹罐注油加壓前后需保持膨脹罐油位，確保油位在1/3-1/2并且不低于低位報(bào)警位；加注熱油過程中，注意觀察管線、閥門、法蘭等等，防止熱油泄露；打開管路頂端透氣閥，派專人看守觀察，防止非正常泄露，補(bǔ)油結(jié)束后應(yīng)馬上關(guān)閉。

4.2 水分蒸發(fā)

啟動(dòng)兩臺（至少兩臺）熱油循環(huán)泵，其中一臺作為余熱回收裝置系統(tǒng)循環(huán)泵；打開對應(yīng)的兩個(gè)隔離閥（運(yùn)行鍋爐對應(yīng)的隔離閥開度調(diào)?。?；打開總管隔離閥后，關(guān)閉非運(yùn)行鍋爐的熱油出口閥門；通過運(yùn)行鍋爐將熱油溫度逐步升高至130℃以上（分階段運(yùn)行，2～3天）；每一階段水分蒸發(fā)過程結(jié)束，循環(huán)泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)30min后，停止余熱回收裝置對應(yīng)的循環(huán)泵，關(guān)閉對應(yīng)的兩個(gè)隔離閥、總管隔離閥，打開非運(yùn)行鍋爐熱油出口閥門；重復(fù)上述過程，直到全部運(yùn)行24h以上。

注意事項(xiàng)：每一階段水分蒸發(fā)結(jié)束后，打開膨脹罐頂部透氣閥門，將水蒸氣排除后關(guān)閉；過程中注意觀察管線、閥門、法蘭等等，防止熱油泄露；過程中一直要持續(xù)運(yùn)行鍋爐保持熱油溫度在130℃以上，以實(shí)現(xiàn)水分完全蒸發(fā)。

5 合并后的熱油系統(tǒng)操作規(guī)程

檢查熱介質(zhì)膨脹罐液位，確保油位在1/3-1/2并且不低于低位報(bào)警液位，檢查膨脹罐壓力并進(jìn)行加壓至1.5bar；檢查并打開準(zhǔn)備要啟動(dòng)的用于余熱回收裝置系統(tǒng)的熱介質(zhì)循環(huán)泵的進(jìn)出口閥、往余熱回收裝置系統(tǒng)的對應(yīng)的進(jìn)口隔離閥、余熱回收裝置系統(tǒng)的總出口隔離閥、余熱回收裝置的進(jìn)出口快關(guān)閥、余熱回收裝置的出口手動(dòng)調(diào)節(jié)閥、測量孔板兩端的截止閥和所有壓力表閥等，關(guān)閉對應(yīng)熱介質(zhì)鍋爐的出口閥門；檢查并啟動(dòng)對應(yīng)的熱介質(zhì)循環(huán)泵，檢查余熱回收裝置的進(jìn)出口壓力值、壓差流量計(jì)的壓差值、壓差變送器的壓差值和流量積算儀的流量值等參數(shù)；維持熱介質(zhì)循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)30min后，停止循環(huán)泵，關(guān)閉余熱回收裝置系統(tǒng)的進(jìn)口隔離閥和總出口隔離閥。一般情況下，煙氣旁通后不關(guān)閉余熱回收裝置系統(tǒng)的進(jìn)口隔離閥和總出口隔離閥，維持熱介質(zhì)循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)保持熱介質(zhì)在余熱回收裝置內(nèi)循環(huán)即可；如果需要運(yùn)行對應(yīng)的熱介質(zhì)鍋爐，則等待熱介質(zhì)循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)30min后關(guān)閉余熱回收裝置系統(tǒng)的進(jìn)口隔離閥和總出口隔離閥，打開熱介質(zhì)鍋爐對應(yīng)的進(jìn)出口閥門，啟動(dòng)熱介質(zhì)鍋爐即可。

注意事項(xiàng)：如果需要保持熱介質(zhì)循環(huán)泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，需要打開熱介質(zhì)循環(huán)泵對應(yīng)的鍋爐進(jìn)出口閥以保持循環(huán)；余熱回收裝置出現(xiàn)泄漏報(bào)警時(shí)，應(yīng)先打開泄漏報(bào)警裝置出口閥門，確認(rèn)泄漏報(bào)警物質(zhì)（油或者水），如果水直接排放，如果是油則需排至污水倉；當(dāng)余熱回收裝置熱負(fù)荷大于生產(chǎn)所需熱負(fù)荷時(shí)，建議將熱量用掉，防止進(jìn)入余熱回收裝置熱油溫度過高，影響熱回收效率。

6 結(jié)語

本文通過介紹了111FPSO余熱回收工程的熱介質(zhì)系統(tǒng)，闡述了熱介質(zhì)系統(tǒng)的注油、調(diào)試方案和操作規(guī)程，得出了如下結(jié)論：在類似的余熱回收項(xiàng)目中，對熱介質(zhì)系統(tǒng)應(yīng)保留原有的功能，采用閥門隔離的方式較為負(fù)荷工程實(shí)際。加注熱介質(zhì)油和給熱介質(zhì)油蒸發(fā)水分時(shí)應(yīng)注意防止泄露。特別是增加余熱回收后，熱介質(zhì)系統(tǒng)的最高點(diǎn)可能會(huì)高于膨脹罐的高度，給膨脹罐加壓是較為合理的方式。