淺析陸地終端節(jié)能措施的應(yīng)用

陳曉英

(中海油研究總院有限責(zé)任公司 工程研究設(shè)計院，北京 100028)

陸上終端節(jié)能通用做法主要由兩個方面構(gòu)成：一是采用高效用能設(shè)備，二是機械設(shè)備充分利用系統(tǒng)能量。結(jié)合陸上終端工藝裝置用熱及流程需求，節(jié)能措施主要有天然氣回收技術(shù)、LPG回收技術(shù)、燃?xì)馔钙礁邷責(zé)煔庥酂峄厥?、系統(tǒng)壓力能轉(zhuǎn)化利用、火炬點火系統(tǒng)升級改造、氣換電節(jié)能技術(shù)等。在陸上終端新建、改擴建設(shè)計研究工作時充分利用可回收利用資源，優(yōu)化能源利用方式，可以提高能源使用效率，達到節(jié)能減排目的。

1 天然氣回收技術(shù)

通過增加閃蒸氣壓縮機，將天然氣脫碳系統(tǒng)閃蒸塔閃蒸出來的天然氣增壓脫碳處理后外輸給下游用戶。此技術(shù)的應(yīng)用大大提高了天然氣綜合利用能力，降低了能源的損耗和浪費。

以某終端為例，脫碳系統(tǒng)用于脫除海上來氣中所含的CO2。原設(shè)計脫碳系統(tǒng)閃蒸塔閃蒸出的含有部分甲烷的閃蒸氣直接排放。通過增加閃蒸氣壓縮機，將閃蒸氣進一步脫碳處理后外輸給下游用戶，每年回收天然氣310萬m3，緩解了下游用氣緊張局勢，也減少了溫室氣體排放。脫碳系統(tǒng)工藝流程如圖1。

本措施適合含碳?xì)馓镞M行天然氣脫碳處理的陸地終端，當(dāng)回收氣量過小時，應(yīng)評價其回收的經(jīng)濟性。

圖1 脫碳系統(tǒng)工藝流程圖

2 LPG回收技術(shù)

通過增加LPG回收裝置，回收上岸富氣中的C3、C4組分，在滿足天然氣用戶最低熱值要求的前提下，盡可能回收LPG，使得收益最大化。

以某終端為例，原設(shè)計處理由海上平臺輸送過來的天然氣和凝析油，天然氣脫水控?zé)N后送下游用戶；凝析油進行脫水，穩(wěn)定后儲存外銷。但由于上岸氣組分變富，氣體中含有大量C3、C4組分，回收LPG可大大增加終端的經(jīng)濟效益，同時，降低了進入火炬排放系統(tǒng)的天然氣熱值。于2012年在終端建設(shè)了一套LPG回收裝置，項目投產(chǎn)后，年回收LPG產(chǎn)品2000～2500 t。LPG回收系統(tǒng)工藝流程見圖2。

圖2 LPG回收系統(tǒng)工藝流程圖

3 燃?xì)馔钙礁邷責(zé)煔庥酂峄厥?/h2>

3.1 燃?xì)馔钙桨l(fā)電機組

某終端處理廠已建四臺西門子Typhoon73型燃?xì)廨啓C發(fā)電機組和兩臺6MW UGT6000型燃?xì)廨啓C發(fā)電機組，燃?xì)廨啓C大部分熱能都通過燃?xì)廨啓C煙氣直接排入大氣，不僅造成了環(huán)境的熱污染，增加了二氧化碳的排放，更是一種能源的浪費。因此，終端考慮將目前以簡單循環(huán)模式運行的燃?xì)廨啓C發(fā)電機組改建為燃-蒸聯(lián)合循環(huán)電站，在已建六臺燃?xì)廨啓C發(fā)電機組排氣端加裝余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電，對燃機排出的中品位余熱進行回收，在有效補充當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電力缺口和滿足未來發(fā)展需要的同時更是節(jié)能減排，提高能源利用效率。熱力平衡見圖3。

圖3 熱力平衡圖

已建燃?xì)廨啓C發(fā)電機組運行參數(shù)如表1所示。

表1 燃?xì)廨啓C發(fā)電機組運行參數(shù)

經(jīng)核算，3臺Typhoon73型燃?xì)廨啓C發(fā)電機組配置1臺雙壓立式余熱鍋爐，可生產(chǎn) 2.6 MPa 、430 ℃ 中溫中壓過熱蒸汽 17.3 t/h，0.42 MPa、205 ℃ 低溫低壓過熱蒸汽 3.6 t/h；2臺UGT6000型燃?xì)廨啓C發(fā)電機組配置1臺雙壓立式余熱鍋爐，可生產(chǎn) 2.6 MPa、430 ℃ 中溫中壓過熱蒸汽 15.1 t/h，0.42 MPa、205 ℃ 低溫低壓過熱蒸汽 3.78 t/h，項目共配置2臺余熱鍋爐。兩臺余熱鍋爐中、低壓蒸汽分別匯入高、低壓蒸汽母管并供往1臺 10 MW 汽輪發(fā)電機組發(fā)電，可推動汽輪發(fā)電機組產(chǎn)生 8095 kW 的電力。如將所發(fā)電力折合成燃煤電廠的標(biāo)準(zhǔn)煤耗，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)煤量 20836 t(發(fā)電按 350 g/kWh 計算,8000 h/a)，達到提高能源利用效率、節(jié)約能源的目的。

3.2 燃驅(qū)外輸壓縮機透平驅(qū)動端高溫?zé)煔庥酂峄厥?/h3>

某終端合格天然氣增壓后外輸，終端配置燃驅(qū)外輸壓縮機，壓縮機高溫?zé)煔庵苯优欧糯髿?。結(jié)合工藝裝置用熱負(fù)荷需求，考慮將燃驅(qū)外輸壓縮機高溫?zé)煔鉄崃坷?，配置余熱回收鍋爐，滿足用熱負(fù)荷需求的同時，提高能源利用效率。雙溫位余熱回收導(dǎo)熱油系統(tǒng)流程見圖4。

圖4 雙溫位余熱回收導(dǎo)熱油系統(tǒng)流程圖

根據(jù)上游開發(fā)方案，終端進站氣量達40億m3/a。擴建后，高溫位熱用戶用熱負(fù)荷 3378 kW ，低溫位熱用戶用熱負(fù)荷 14050 kW，終端已建供熱系統(tǒng)無法滿足用熱需求。寧波終端已建3臺 11 MW 燃驅(qū)外輸壓縮機(2用1備)，根據(jù)外輸氣量及壓力需求，擬增加1臺 7 MW 燃驅(qū)外輸壓縮機組，供熱系統(tǒng)設(shè)計中將燃驅(qū)壓縮機組高溫?zé)煔庥酂峄厥绽?，配?臺 8.5 MW 余熱回收鍋爐和1臺 5 MW 余熱回收鍋爐，滿足工藝裝置用熱負(fù)荷需求，原供熱系統(tǒng)機組作為備用[1-3]。采用余熱回收鍋爐配置方案，節(jié)省燃料氣約2475×104m3/a。

4 系統(tǒng)壓力能轉(zhuǎn)化利用

脫碳裝置中吸收塔通常在高壓下操作，吸收塔底出來的高壓富液降壓后進富液閃蒸罐，罐底富液升溫后進再生塔。而再生塔在低壓下操作，再生塔底的MDEA貧液降溫冷卻后增壓進入吸收塔頂部，因此需要用貧液泵將再生塔底來的貧液加壓至高壓后進入吸收塔。

為充分利用富液壓力能，可考慮在脫碳裝置中設(shè)置液力透平，富液壓力能經(jīng)過透平，將富液能量轉(zhuǎn)化成泵軸的旋轉(zhuǎn)機械能驅(qū)動貧液泵，從而減少貧液泵的電機出力[4]，見圖5。

在某項目中，經(jīng)方案比選，采用液力透平+電動機驅(qū)動貧液泵方式，可回收能量 151 kW，全壽命周期內(nèi)節(jié)省投資193萬元。在其他已建終端脫碳裝置中也配置了液力透平泵，有效提高了能源利用。

針對脫碳裝置中貧液泵配置還應(yīng)綜合系統(tǒng)能量利用、設(shè)備運行工況及裝置全周期經(jīng)濟性進行方案比選，合理配置貧液泵選型。

圖5 MDEA脫碳裝置-配置貧液透平泵

5 火炬點火系統(tǒng)升級改造

在改進型火炬點火系統(tǒng)中采用亞格布電梯理論，并輔以PC機和PLC智能控制技術(shù)，實現(xiàn)了自動點火管理系統(tǒng)，提高了火炬點燃的可靠性。

某終端的高、低壓放空火炬由于地處海邊，當(dāng)風(fēng)速過高時必須保證點火火焰足夠大，以防可能出現(xiàn)脫火現(xiàn)象，所以高空點火器的燃料氣源一定要足夠，且保證在高量氣源下的點火成功率。設(shè)計中利用現(xiàn)有的工藝和電氣條件，給高、低壓放空火炬增加一套可靠的現(xiàn)場手動點火系統(tǒng)。高、低壓火炬手動點火系統(tǒng)包括：現(xiàn)場控制柜、二次式高空點火器、高壓發(fā)生調(diào)理器、電磁閥配套總成、高壓瓷橫擔(dān)及安裝總成、多股不銹鋼絲繩等，某終端安裝新型火炬頭后，從上述火炬點火的成功率達到了100%，可靠性也提高到100%，操作安全性大為提高?；鹁娴姆趴樟恳矎拿刻炀挤帕康?.8×104m3/d，減至0.5×104m3/d。每年可節(jié)約天然氣25.5×104m3/d[4]，實現(xiàn)經(jīng)濟效益20.2萬元。

6 氣換電節(jié)能技術(shù)

將地方電網(wǎng)引入陸地終端，代替終端自發(fā)電燃?xì)馔钙綑C組，既提高供電可靠性，又節(jié)約了優(yōu)質(zhì)天然氣，降低了終端溫室氣體的排放。

陸地某終端除生產(chǎn)合格天然氣外，還負(fù)責(zé)向周邊電廠、省市居民供氣。在終端建造初期，由于當(dāng)?shù)夭痪邆浞€(wěn)定供電條件，為保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常連續(xù)運行，在研究設(shè)計階段就確定了完整的自供電系統(tǒng)方案(終端自供電由兩臺燃?xì)廨啓C發(fā)電機、應(yīng)急發(fā)電機及配套的控制系統(tǒng)組成)。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的高速發(fā)展，地方電網(wǎng)在海南的供電系統(tǒng)已經(jīng)完善，具備可靠、穩(wěn)定的供電能力；加上本地市民用氣的快速增加，原商定的燃?xì)夤?yīng)量已無法滿足市民用氣要求。為解決本地市民供、用氣存在的矛盾及響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，本著“雙贏”原則，擬將終端由自備供電改為南方電網(wǎng)供電，停用終端兩臺燃?xì)廨啺l(fā)電機組，將節(jié)省的天然氣供給當(dāng)?shù)鼐用裼脷狻?/p>

終端改造工程量如下：新裝SCB-2500/10/3.3 kV 帶保護外殼干式變壓器2臺、新裝 10 kV 配電柜11面、新裝 3.3 kV 配電柜12面、電容器組2組(補償容量為 800 kVar)、直流電源裝置1面、新增計算機監(jiān)控系統(tǒng)一套、自動滅火裝置一套、敷設(shè)YJV22-3.6/6-3×300電纜雙回、敷設(shè)市網(wǎng)電纜、新增配電房內(nèi)照明及通風(fēng)裝置。

項目實施后每年可以給下游增加供氣 414 m3，由此可增加天然氣銷售收入約828萬元(天然氣價格按2元/m3計算)；每年外購電力473萬kW·h，費用為307.45萬元(電價按0.65元/kW·h計算)。本項目每年可帶來約500萬元的經(jīng)濟效益。

7 結(jié)語

通過研究分析，在陸上終端新建、改擴建設(shè)計研究工作時應(yīng)充分利用可回收資源，優(yōu)化能源利用方式，提高能源使用效率，同時降低煙氣排放對環(huán)境的污染。這也是深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，落實“碳達峰、碳中和”的措施。