海上油田透平煙氣余熱循環(huán)利用技術

鄧常紅

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

能源問題是關系我國經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和國家安全的重大戰(zhàn)略問題[1]。 余熱資源被視為是繼煤、石油、天然氣和水力之后的第五大常規(guī)能源，其屬于二次能源， 是一次能源或燃料轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物，或是燃料燃燒過程中所發(fā)出的熱量在完成某一工藝過程后所剩下的熱量。 當前我國能源利用率相比發(fā)達國家約低10%，至少50%的工業(yè)耗能以各種形式的余熱被直接廢棄，工業(yè)余熱沒有得到充分利用[2]。透平作為發(fā)電設備具有效率高、占地面積小、重量輕等特點，因此在海上油田被廣泛應用，其所排放的煙氣溫度一般為300～550℃，余熱回收潛力巨大，如何高效回收透平高溫煙氣余熱成為海上油田亟待解決的問題。

聚合物驅(qū)作為一種有效提高原油采收率的技術，已經(jīng)在海上油田得到了規(guī)模化應用，成為海上油田增儲上產(chǎn)的重要技術之一[3-6]。 目前海上油田含聚原油脫水加熱采用傳統(tǒng)的管殼式換熱器，將高溫導熱油與低溫含聚原油進行熱交換，以滿足含聚原油脫水的溫度要求。 當濃度較高的聚合物隨原油返出地面后，受聚合物析出膠結的影響，管殼式換熱器的加熱盤管結垢和結焦問題嚴重，造成換熱效率明顯下降，原油脫水困難，由此需要頻繁地清洗管殼式換熱器的加熱盤管，這樣就大大增加了清洗費用及操作人員的工作量。

（一）豬瘟 對抽選采集的200份生豬血清采用HerdChek豬瘟抗體檢測試劑盒進行豬瘟抗體監(jiān)測，按照試劑盒檢測標準，如果被檢樣品的阻斷率大于或等于40%，該樣品就可以判為陽性（即有CSFV抗體存在），試驗結果見表1。

由表2可以看出，當訓練樣本數(shù)與測試樣本數(shù)一致時，MKSRC比其它算法具有更高識別率。同時，從表中可以看出，隨著訓練樣本數(shù)的增加，各算法的識別率明顯提高，尤其當每個類別拿出9副人臉人耳圖像用作訓練樣本時，MSRC與MKSRC算法都達到了識別率為100%的良好識別效果。又因為本實驗所使用的人臉人耳數(shù)據(jù)庫具有豐富的光照、姿態(tài)、表情及拍攝角度變化，故MKSRC算法針對人臉人耳圖像變化具有較強的魯棒性。

技術創(chuàng)新是解決海上油田生產(chǎn)難題的關鍵，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研與反復的技術、經(jīng)濟分析論證，確定采用透平煙氣余熱循環(huán)利用技術解決以上問題，并選擇SZ36-1 油田進行示范應用， 該油田為目前我國最大的自營海上油田， 于2003 年9 月開始實施注聚合物提高原油采收率技術。

1 透平煙氣分析

2.2.1 熱管蒸汽發(fā)生器

表1 透平主要技術參數(shù)

表2 透平煙氣主要成分及含量

2 余熱循環(huán)利用技術方案

2.1 工藝流程

透平煙氣余熱循環(huán)利用技術在SZ36-1 油田CEP 平臺進行示范應用，2015 年12 月，透平煙氣余熱循環(huán)利用系統(tǒng)現(xiàn)場安裝完成并調(diào)試成功，實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行。 該系統(tǒng)運行后，透平排氣壓力1.2kPa，熱管蒸汽發(fā)生器排氣溫度240℃，產(chǎn)生壓力650kPa、溫度168℃、流量8t/h 的高溫低壓飽和蒸汽，含聚原油摻混蒸汽后溫度由60℃升至90℃，而含水體積分數(shù)僅升高1.2%，成功實現(xiàn)了透平煙氣余熱的循環(huán)利用，達到了預期效果。 取得的成效如下：（1）系統(tǒng)產(chǎn)生高溫低壓飽和蒸汽8t/h， 每噸蒸汽折算標準煤128.6kg，每年節(jié)約標準煤8148.1t，而系統(tǒng)用電功率90kW/h，每年折算消耗標準煤87.6t，這樣每年實際節(jié)約標準煤8060.5t （考慮透平需要停機維護或檢修，以系統(tǒng)每年運行330d 計算），相當于每年減少CO2排放量20150t，節(jié)能環(huán)保效果顯著；（2）采用蒸汽直接摻混加熱含聚原油，替代傳統(tǒng)的管殼式換熱器加熱方式， 避免了結垢和結焦嚴重問題的出現(xiàn)，換熱效率提高20%～30%；（3） 降低了排煙熱效應，減輕了環(huán)境熱污染；透平煙氣噪音變小，降低了噪音污染，減輕了熱輻射和噪聲對生產(chǎn)人員身體健康的影響，明顯改善了生產(chǎn)人員的工作環(huán)境。

圖1 透平煙氣余熱循環(huán)利用工藝流程圖

熱管蒸汽發(fā)生器主要技術參數(shù)： 數(shù)量1 臺，功率5200kW，熱效率≥95%，熱管數(shù)量1227 根，熱管長度6m， 熱管規(guī)格Φ28mm×2mm， 進口煙氣溫度420℃，進口煙氣流量130t/h，給水流量8m3/h，給水溫度50℃，蒸汽壓力650kPa，蒸汽溫度168℃，蒸汽流量8t/h。

2.2 主要設備

SZ36-1 油田CEP 平臺的透平D 機選型為美國Solar Mars 100，以天然氣和柴油為燃料，正常工況下采用天然氣，而柴油在應急工況下使用。 透平主要技術參數(shù)如表1 所示，透平正常運行時，排氣流量為130t/h，排氣溫度為420℃，采用Testo300M-1煙氣成分分析儀對透平煙氣進行成分分析，結果如表2 所示。 從表2 可以看出，透平煙氣中的腐蝕性氣體含量較少。

熱管蒸汽發(fā)生器是由若干獨立傳熱的熱管按一定的排列方式所組成， 其熱量傳遞依賴于熱管。熱管為一種高效傳熱元件，可以利用非常小的截面積將大量的熱量進行遠距離傳輸并且不需要施加任何動力，具有高效的導熱性、良好的等溫性和優(yōu)良的熱響應性[7-8]，其有一個密閉的、內(nèi)部經(jīng)過特殊處理的處于真空狀態(tài)的管殼，管內(nèi)充裝一定量的液體工質(zhì)。 熱管蒸汽發(fā)生器將熱管的蒸發(fā)段置于煙道內(nèi)， 煙氣余熱通過熱管管壁傳給管內(nèi)的液體工質(zhì)，使其汽化，在內(nèi)部壓差的作用下，蒸汽攜帶的大量潛熱被輸送到冷凝段，在冷凝段蒸汽凝結，釋放出的潛熱被管外的水吸收，水被汽化，管內(nèi)的工作介質(zhì)冷凝成液體，回流至蒸發(fā)段，繼續(xù)吸熱、汽化、輸送和冷凝，周而復始，從而不斷地把煙氣余熱傳遞給水而使水變成蒸汽。 熱管工作原理如圖2 所示。

圖2 熱管工作原理圖

熱管用比例積分微分（PID）反饋控制方式，通過調(diào)節(jié)煙氣擋板開度來自動控制熱管蒸汽發(fā)生器的煙氣流入量。 相變摻熱器的蒸汽管線上設有溫度調(diào)節(jié)閥，其調(diào)節(jié)對象為流經(jīng)相變摻熱器后的含聚原油，采用比例積分微分反饋控制方式對所加熱的含聚原油溫度實施自動控制，通過閥開度的變化而自動調(diào)節(jié)飽和蒸汽的摻入量來實現(xiàn)，使所加熱的含聚原油達到脫水溫度要求。 在相變摻熱器的含聚原油進口管線與出口管線的底部分別設有取樣閥，用來取油樣化驗以比對摻混蒸汽前后含聚原油含水率的變化。

綜上可知，《周易》的“象”即易象和某種簡單的物象全然不同，一方面它是“道”的存在方式，具有神秘性、象征性、形上性等特征，另一方面又是人們把握“道”的方式，具有直觀性特征。

相變摻熱器由摻熱套管、摻熱管、蒸汽噴孔、蒸汽進口管、含聚原油進口管、含聚原油出口管、檢修端蓋和防震橇座等組成，結構如圖3 所示。 摻熱套管套裝在摻熱管上，在摻熱套管上有含聚原油進口管和含聚原油出口管； 摻熱管中的介質(zhì)為蒸汽，摻熱管環(huán)周上均勻布設有蒸汽噴孔，蒸汽噴孔軸線與摻熱管軸線呈45°。 相變摻熱器采用直接摻混的方式將高溫低壓飽和蒸汽通過蒸汽噴孔直接摻入含聚原油中，蒸汽經(jīng)歷由氣態(tài)變?yōu)闇囟容^低的液態(tài)的相變過程，釋放出大量的熱，對含聚原油進行加熱，并通過加熱和摻熱水對含聚原油起到降粘的作用。

2.2.2 相變摻熱器

處理個別私人利益與社會整體利益的關系，不僅是近代西方政治哲學的核心議題，也是馬克思意識形態(tài)思想展開的一個基點。通過對于利益主體的理論自覺，對于階級特殊利益的明確指認，馬克思深化了對于意識形態(tài)問題的認識。這一認識的歷史起點是，1841年普魯士王室內(nèi)閣頒布新的書報檢查令，1842年萊茵省議會關于林木盜竊法的辯論、摩塞爾記者遭當局指責等一系列私人利益凌駕于社會整體利益之上的事件。這些事件逐漸讓馬克思清醒地認識到，在先驗理性主義的思維框架中，國家和法作為原子式個人聯(lián)合體的存在形式，無法保障大多數(shù)人的普遍利益，僅能代表統(tǒng)治階級的特殊利益。

圖3 相變摻熱器結構示意圖

透平煙氣余熱循環(huán)利用技術主要具有以下特點：（1）傳熱量大，熱響應快，受熱均勻，換熱效率高；（2）運行穩(wěn)定，性能可靠；（3）熱管相互獨立，單根熱管損壞不影響系統(tǒng)整體運行；（4） 自動化程度高，免維護，操作簡便；（5）流程短，結構緊湊，占地面積小。

2.3 技術特點

相變摻熱器主要技術參數(shù)： 數(shù)量1 臺， 功率5200kW，熱效率≥95%，設計壓力950kPa，設計溫度195℃， 原油處理量115m3/h， 原油進口壓力450kPa， 原油進口溫度60℃， 原油密度964.7kg/m3（50℃），原油粘度616.8mPa·s（50℃），原油含水體積分數(shù)30%，蒸汽壓力650kPa，蒸汽溫度168℃，蒸汽流量8t/h。

3 應用效果

將透平高溫煙氣通過煙氣擋板閥控制引入熱管蒸汽發(fā)生器，熱管蒸汽發(fā)生器利用透平高溫煙氣余熱與水進行熱交換，產(chǎn)生低壓飽和蒸汽，而熱交換后的煙氣通過熱管蒸汽發(fā)生器的煙囪排放到大氣中，實現(xiàn)透平煙氣余熱的回收；通過相變摻熱器將高溫低壓飽和蒸汽注入含聚原油中，蒸汽直接摻混加熱含聚原油， 使含聚原油達到脫水溫度要求，從而實現(xiàn)透平煙氣余熱的循環(huán)利用，透平煙氣余熱循環(huán)利用工藝流程如圖1 所示。

4 結論

為了解決海上油田透平煙氣余熱回收和含聚原油脫水加熱的問題，采用透平煙氣余熱循環(huán)利用技術對透平高溫煙氣余熱進行循環(huán)利用， 并在SZ36-1 油田進行示范應用，得出以下結論：

（1）每年節(jié)約標準煤8060.5t 及減少CO2排放量20150t，節(jié)能環(huán)保效果顯著；采用蒸汽直接摻混加熱含聚原油， 替代傳統(tǒng)的管殼式換熱器加熱方式，避免了結垢和結焦嚴重問題的出現(xiàn)，換熱效率提高20%～30%。

（2）透平煙氣余熱循環(huán)利用技術可以有效解決海上油田透平煙氣余熱回收和含聚原油脫水加熱的問題，具有熱響應快、換熱效率高、運行穩(wěn)定、自動化程度高和結構緊湊等特點。

*Zhang Jian is director of CICIR’s Institute of European Studies.His primary research areas are European integration,EU diplomacy and Sino-EU relations.

（3）透平煙氣余熱循環(huán)利用技術在SZ36-1 油田的成功示范應用為其它海上油田透平煙氣余熱回收利用提供了一套成熟的技術和一個成功的范例，具有很好的示范作用。