海洋石油116余热回收利用研究.docx

篓海洋石油1 1 6余热回收利用研究金向东 (采油服务湛江公司)摘要：为了提高能源的利用效率、节约资源，通过对海洋石油116余热资源的调查分析，以及油轮空调系统的配置，通过对余热方案的对 比论证，采用透平尾气余热满足生活楼和控制场所中央空调所需冷源的问题；本文从技术上和经济上以及现场旌工条件进行了论述，该方案采 用板式换热机组和溴化锂吸收式制冷机组，能满足油轮的制冷需求关键词：余热回收、制冷、板式换热机组、溴化锂、经济效益1项目背景及必要性1．1项目背景国家《节能减排“十二五”规划》主要目标，至U2015年，全国万元国内生产总值能耗比2010年下降16％： “十二五”期 间，实现节约能源6．7亿吨标准煤2015年，全国化学需氧量和二氧化硫排放总量比2010年下降8％；全国氨氮和氮氧化物排 放总量比2010年下降10％海洋石油116火炬每天烧掉12000sm3天然气，节能减排已成为时代潮流，海洋石油116余热回收利用项目的实施必将促进中海油节能减排事业的发展1．2项目的必要性1)是改善环境的技术手段，是实现环保目标的有效途径海洋石油116余热回收利用系统可以大幅度降低透平排烟温度，大大减少二氧化碳等温室气体的排放，对缓解气候暖化有积极的作用，是改善大气环境的技术手段之一，是实现环保目标的有效途径。

2)是实现中海油“十二五”规划中提出的节能目标和可持续发展的需要，中国海洋石油有限公司2011年度节能工作会议指出，为实现公司“十二五”规划中提出的节能目标，将开展节能“12632程”建设海洋石油1 16余热回收利用项目的实施，有利于提高能源利用效率、节约资源，是实现能源与环境协调、社会经济可持续发展的需要，是实现中海油“十二五”规划中提出的节能目标和可持续发展的需要2油轮余热资源调查2．1产生余热的设备海洋石油116是文昌油田群的电力供应中心，给油轮自身及油田群五座井口平台提供电力油轮配有三台solartaurus燃气／ 燃油透平发电机，Iso状态下的输出功率7．52MW，是两用一备发电机组容量有较大富余，单台机组的日常负载率约50％海洋石油116配有三台燃油，燃气锅炉，给工艺系统原油加热及原油舱保温等，锅炉的运行方式是两用一备海洋石油116上的余热主要是三台燃气透平发电机和三台热介质锅炉排放的烟气余热透平发电机和锅炉的具体参数如下 2．1．1透平发电机参数制造厂商：美国SOLAR公司 设备编号：FPSO—GTG一7002A／B／C ISO的输出功率：7．52MW当采用项目规定的天然气燃料，环境温度为34．9℃，海拔高度15米，相对湿度为85％，进气管损失75ram水柱，排气管损 失lOOmm水柱时厂商保证现场功率为6．02MW。

机组外型尺寸(长×宽×高)：16．0×3．8×8．0m机组撬总重量：净重大约90t，湿重大约95t燃料种类：油田伴生气和柴油燃烧器：单体型、环管式，12喷嘴轴承型式：径向和推力轴承均为斜垫式轴承维修：大修30000小时，热通道4000小时启动：变频电机起动，268．2kw发电机：厂家：KATO，额定功率：6400KW在40℃环境温度下 视在功率：8125KVA在40℃环境温度下额定参数：10．5KV，446．7A，50HZ，0．8 额定转速和极数：1 500RPM、4极绝缘等级：F级温升等级：B级冷却方式：全封闭式，空一空冷却防护等级：IP56 2．1．2锅炉性能参数制造厂商：北京碧海舟石油化工设备有限公司 设备型号：YQW一8000Q 热介质锅炉容量：8000kW导热介质：Therminol 55(重烷苯，适用范围：一25℃--315“C) 热介质锅炉进口热油温度：160'C 热介质锅炉出IZl热油温度：210“C换热面积：270m‘ 热油流量：305m／h燃烧效率：86％ 柴油消耗率：783kg／h低热催[42500kJ／kg 伴生气消耗率：1021Nm／h，低位热值32800kJ／Nm。

燃烧器型号：WEISHAUPT RGL 70／2 ZMD，DNl00适用功率范围：1500kW10500kW 伴生气供给压力：320kPa 2．2海洋石油1 16余热量分析2．2．1透平的余热透平日常运行模式：两用一备，24小时连续运行，每年运行350天机组现场额定功率6020KW，单台机组日常情况下负载3000Kw，负荷率50％货油时单台机组实际负载：3850KW，负荷率：64％o透平每年排放的余热按日常荷载计算，此时透平的效率约23％， 余热总量为：3000kwX2+0．23×0．77×24×350=16873)‘J'kwh=606944GJ燃气透平排烟温度随着负荷变化而变化，额定负荷时，排烟温度达489“C，根据图一l燃气透平排烟温度曲线可知，发电功率在10001(w以上时，排烟温度均超过300℃根据燃气透平排烟温度曲线表，透平在日常负载率50％情况下，烟气温度约380“C，每台透平烟气量约90000kg／h，二台透平烟气量为180000kg]h 透平烟气余热量随着负载率的提高而增加，本次暂按日常负载计算余热量根据上述参数可以计算透平余热可回收量：Q=G×C×(tl-r2)·“--3600式中： Q一一可回收热量，kW G一一烟气流量，kg／hc一一烟气定压比热，kJ，kg‘℃，tl一一透平烟气温度，℃t2一一烟气换热后温度，℃ 透平烟气余热回收换成98℃的热水来驱动溴化锂吸收式制冷机组时，二台透平在日常负载下可回收的烟气余热为 Q=G×C×(tl—t2卜÷3600=180000×1．145×(380—120)÷3600=14885kw每年可回收的余热量为：14885 X 350 X 24=12503刀ikwh=449762GJ透平余热可回收量占余热总量的比例为：449762+606944=74．1％R ■—)Ⅲ㈣zNn# 07【Mp■∽㈣～1一1 o ．嗍z r㈣㈣^Ⅲt【∽E一一FIN啪F’=4≈，f^一㈣mL㈣s一E■rO】 ㈨一～㈣o一㈣Nc 1 ～一EN一■1c—E)々怵／，oocⅢNc '，一E# 嗍Lo^sF一～＼—、、～ 心 ～—、__垦、 ～——乎 咚≤≥：■、：：～ 。

鏊—＼‘f ＼书：=：=二K 鼍蚕f —芝：：! 一』～牛降 泽《重×叫J、‘：rock f、芯墓f1 ‘ <哪＼』：． 塞～Lw吖1j．t．qh气、 、■、、，目L斗弋—l釜受 ．：j‘——e鲁一一 ，——— ．二＼～ 要℃ 、～＼ ～奄；≯吣量≮l＼ 一塞!≮： 量～蕊：、，o一、土、—]、～]卜、 J～向乏、#过fS． ＼』∑、～J』_fl、’、～f『、k图一l燃气透平排烟温度曲线2 2 2热介质锅炉余热1)锅炉余热总量 锅炉共计三台，一用二备，常年只运行一台每年运行350天，每天24／J、时锅炉每年消耗的天然气：1021Nm／h X 24hid X 350d／a=857．647J'Nm／a， 每年通过烟气排放的余热：857万NmlaX32800kJ／Nmxo．14=39，383Gila， 折合成天然气有120万m2)锅炉可回收余热量 由于缺少导热炉排烟温度曲线，我们没有掌握导热炉的排烟温度，暂按透平余热回收比例估算导热炉的可回收余热量锅炉可回收余热量：39，383GilaX 74．1％=29183Gila2．3海洋石油11 6余热资源总量及可回收量1)余热资源总量：Qz=606944+29183=636，127GJ相当于燃烧1970刀-Nm。

天然气放出的热量2)可回收余热：Qh=449，762+29，183=478，945GJ相当于燃烧1460万Nm天然气放出的热量3余热利用方案3．1油轮原有空调设备配置3．1．1生活楼空调设备 三台螺杆冷水机组，二用一备，另配一台活塞式冷媒机组螺杆冷水机组参数如下：制冷量：475kw功耗：2×76．5kw制冷剂：R407C压缩机类型：2个班封闭螺杆压缩机 冷水温度：6E／12℃淡水蒸发器类型：管壳式‘ 冷水流量：66．7m／h海水冷凝器类型：管壳式冷却水温度：32℃ 冷却水流量：133．2 m3／h 电源：3X380V，50Hz3．1．2生活楼中央空调末端设备制冷量：365kw 功率：18．5kw 风量：3．78m／s电压：3x380伏，50赫兹 用水量：55m／h 绝缘等级：F 空气流量：16000m／s IEC保护等级：IP55 静态压力：2650Pa3．1．3控制场所空调设备控制场所中央空调为冷媒系统，两台活塞式压缩冷凝机组一用一备，氟利昂冷媒直接在组合式空调机组的蒸发器里蒸发制冷1)控制场所空调主机：活塞式压缩机组参数冷却水流量：22．7 m／h蒸发温度5．5℃制冷量：140KW 冷凝温度。

49．0”C功率：41．7kw 控制场所末端设备：机组冷却能力：157kw 风量：20000m／h 冷媒R404A蒸发温度：5．5“C 全压：26 10Pa 送回风温度：10．5℃／27．3℃功率：18．39kv+3．2海洋石油1 16空调负荷 生活楼和控制场所中央空调设计制冷负荷分别为900KW、140KW，合计1040kw，实际运行负荷低于设计负荷 3．3余热利用方案3．3．1余热利用方式油轮上的余热主要是透平和导热油炉的烟气余热，余热可以用来为中央空调、生活热水、导热油提供热源，其利用方式主要有以下三种1)高温烟气直接进远大烟气型溴化锂制冷机组制冷，满足船上中央空调所需冷源特点：机组只能靠近透平烟囱安装，机组单体尺寸及重量较大，需占用较大位置，吊装比较困难 2)高温烟气通过烟气板换制成95～98℃热水，热水的一部分可为生活热水提供热源，另外一部分通过热水型溴化锂制冷机组制冷，为船上中央空调提供冷源特点：烟气板换靠近透平安装，热水型溴化锂机组安装位置比较灵活，外形尺寸较小，重 量较轻3)高温烟气加热导热油，满足原油处理所需热源 通过烟气板式换热器将燃气透平的高温烟气直接加热导热油，每年可大量减少燃油或燃气消耗。

根据现场设备较多、安装空间有限的具体条件，建议采用第二种余热回收方式，即高温烟气通过烟气板换换成98℃热水，再利用热水进溴化锂机组制冷，透平烟气余热回收利用流程如图一2所示本次可行性研究主要探讨透平烟气余热用来满足油轮住舱场所和控制场所中央空调所需冷源的问题，透平烟气余热来用做生活热水的热源以及用来加热导热油的课题可另行研究℃图2余热利用系统流程图3．3．2烟气板换、溴化锂机组及引风机选型1)烟气板换选型烟气板换长期在高温和易腐蚀的工况下运行，对材质的要求较高，建议采用316L不锈钢根据透平日常运行时的排烟 温度以及溴化锂制冷机组热源水温度要求，选用非对称板式热交换器，换热效率高，烟气侧阻力低烟气板式换热器选型为 8×BZ500，外形尺寸为2852×2930X2000mm，烟气侧的压降600Pa，水侧压降60kPa2)溴化锂机组选型 根据空调负荷需求，综合考虑设备初投资、运行的稳定性、油轮空间位置等因素，溴化锂冷水机组的选型初步确定为一台BDHl00X机组，其详细性能参数如下表一l 3)关于透平背压与引风机问题余热利用系统不能增加透平背压，因此，应在烟气板交排烟道上设置引风机，引风机全压约600Pa，引风机可由溴化锂机组控制。

表1 BDH]00X额定参数表 ——亟旦—————————————』自量———塑址通用额定参数：制冷量仆1．单效热水机额定热水出口／入口温度：98／88℃98～蚴2．冷水额定出口，入口温度：7／14“C 冷水流量‰Ⅻ^m3．冷却水额定出口／入口温度：37／30“C4．冷水允许流量调节范围：50％～120％压力损失衢5．冷水、冷却水额定承压：o．8MPa 流量№^挑冷却水6．负荷调节范围5％～100％7．冷水、冷却水污垢系数：o．086m2．K／kW 压力损失kPa608．机房环境标准：温度5℃～43℃：湿度≤85％9．使用电源：三相380V／50Hz10制冷额定负荷COP值：o．76(。