崖城13-1气田燃气透平烟气余热回收利用探讨.doc

崖城13-1气田燃气透平烟气余热回收利用探讨崖城13-1气FT1燃气透平烟气余热冋收利用探讨陈炽彬、江陵崖城作业公司Y13-1平台摘要：就崖城13-1气［T1燃气透平烟气余热的冋收利用提出了改造设计方案,对该方案 进行了详细的说明，并对其经济性和可行性进行了分析与研究，从而为优化设计、比较其 他设计者提供的方案提供经济技术方血的依据经分析表明：该设计方案是可行的，其设 计改造方案比现有设备运行时具有明显节能减排效果和良好的经济效益关键词：余热；三甘酹再沸器；方案；可行性；经济性；前景1、简介崖城13-1气山作为中海油湛江分公司的第一个海上气山，是国内最大的海上气山，也 是石油行业的能耗人户么一统计数据表明，投产14年以來，崖城13-1气山海上平台累 计生产了 402. 5亿方天然气，生产凝析油153.3；/方，与此同时，累计消耗和向人气排放 的天然气量分别为4. 865亿方和8294力方，这些天然气足够190力户居民使用一年为了响应国家节能减排的号召，贯彻中海油总公司的相关政策，完成湛江分公司提出的 节能减排日标，崖城作业公司深挖节能潜力，实施多项操作程序及工艺设备的改进措施， 不断提高气山节能技术的水平，L1经取得了不小的成绩。

但节能减排是一-项长期而艰巨的 工作，虽然我们已经做出了很多努力，但节能减排工作没有最好，只有史好崖城海上平台生产流程和设备中存在着丰富的高温余热资源，节能潜力还很人特别是 燃气透平烟气余热是品质很高的热资源，如果能得以充分冋收利用，用于替代平台生产流 程的内部加热源和生活区的常年热水供应，不仅可以明显地提高平台的能源利用率，节约 大量能源，而且可以改善平台的环境热污染状况，减少天然气燃料的消耗量，将是一项具 有多重效益的改造项日2、余热排放现状及余热冋收方案选择为了给平台生产和生活提供照明和动力，完成天然气的生产和外输，崖城平台1=1前共有 6台透平机动力机组:2台Rolls-Royce Allision 510KB5S发电机透平,2台索拉Titan 130湿气压缩机透平，2台索拉Mats 100干气压缩机透平H前，这些燃气透平动力机 组的运行策略均为一备一用，其烟气余热均没有被冋收利用一般來说，燃气透平的动力都很强人，排出烟气流量也很人，其烟囱也都很高人，总的 能量利用率普遍在20%-33%左右，其余的能量随着烟气百•接排往人气中，这些烟气的温度 —•般都在500C左右，由透平制造厂商提供的相关技术参数如表2-1所示。

根据国内外众多能源生产企业的经验和索拉透平的说明，高热值的燃气透平烟气余热是 可以冋收利用的，不少冋收烟气余热的方法可以使透平的热效率提高到70%以上，而使用 什么样的方法冋收余热和能达到什么样的效率，主要取决于应用冋收的余热來做什么一 般来说，国内外很多企业冋收余热主要育以下几个方案：1）安装废热锅炉来产生高温过热水蒸气，用于蒸汽轮机驱动其他动力设备或者发电设 备等；2） 安装余热冋收换热器，丿I］于加热生产流程上的各种流体；3） 将高温的透平烟气作为锅炉或熔炉的燃烧空气來源（透平烟气中仍含有15%-18%的氧 气）；4） 将高温透平烟气玄接输送到需要高温空气川于加热或者干燥的生产流程上从崖城平台的具体情况來看，我们和其他海上平台一样，很缺乏便宜或者免费使用的淡 水，而且也不需要再安装很人的动力设备或发电设备，所以第一个方案不适用另外，崖城平台上没有很人型的锅炉或者熔炉，所以第三个方案也不适用同时，根 据已经采用第四个方案的企业经验，由于透平烟气排放量很人（如表2-1所示）,为了冋 收余热又不影响透平的正常操作运行（需注意烟囱背压），所需要安装的烟气管道就比较 人，而且耐特高温的材料比较贵重，对于管道走向安排的设计要求也很高，这种占用空间 大，投资成木高的方案也不适用于海上平台。

因为平台上需要直接加热流体的T段令好几处，所以可以重点探讨采用第二方案进行透 平烟气余热冋收3. 平台三甘醉再生系统再沸器□前，平台上生产流程中利用燃烧夭然气产生的热量來加热流体的设备有两个串的三廿 醇再生系统的三甘醇再沸器，共两台其燃料气燃烧控制如图3-1所示，指标Allision510KB5SSolar Mars 100兆瓦(马力)4.884 (6550)11.2(15.000)最大热效率,％33.034.0TRIT, C (F)1079 (1975)1121(2050)透平空气压缩机转速,rpm14,60011,168动力透平转速,rpm14.6009230 (9500 max.)空气压缩比13.4:117.2:1排出烟气温度,C (F)593(1100)485 (905)排出烟气流 Kg/sec (lb/sec)44.5 (98.1)42(91.6)排出烟气理论热值,KBTU/HR24201.260443.76烟气NOx / CO / UHC含 让 ppmv/25/50/25图3-1再沸器控制示意图从再沸器控制示意图3-1中可以看到，再沸器的控制系统比较复杂，再沸器的温度一般 控制在380T,加热器燃烧控制主要分为助燃空气和燃料气两部分。

助燃空气主要由鼓风 机提供，由TV控制阀根据当时三甘酹温度和设定点的差异來控制进风量的人小，燃料气 由平台BOpsig的低压燃料气提供，经过一•系列压降后进入火管的压力人概是2psig, 一部 分燃料气在点火时作为点火气以0. 45psig的压力进入整个再沸器点火和监控都是由 HONEYWELL UDC600控制器來完成的日前一台再沸器每天消耗燃料气约0. 08MMSCF,两个再沸器加起來就是0. 08X2=0. 16 MMSCF,约占整个平台LI常天然气消耗量(5.81MMSCF)的3%左右，一年按350天有效运行 吋间來计算，两个再沸器年消耗天然气量为0. 16X350二56MMSC2161. 017力方另外，由于燃料气控制系统复杂的控制逻辑以及设备的老化等各方血的问题，再沸器的 正常启动和运行一直是崖13-1气田稳定运行的障碍,在平台生产启动过程中，点燃再沸 器需要耗费人量的时间和人力，其至可以说再沸器的启动时间的长短玄接决定了生产启动 时间的长短，有时候点再沸器就需要维修和操作人员耗费20多个小时才能完成，严重影 响到了给下游用户的正常供气要彻底解决这个问题，对再沸器进行一些合理化的改造甚至改变再沸器的热源供应还是 很有必要的。

如果能设计一个系统，能把透平烟气余热冋收来作为再沸器的热源，既可以 解决令人头疼的再沸器启动和运行问题，又可以充分利用透平烟气充足的热能，减少平台 燃料气的消耗，节能减排，这将是一件很有意义的事情4、透平烟气余热利用方案4. 1方案简介木方案将建立一套热油循坏系统，将透平排气烟囱稍作改造，在烟囱里面安装一个耐高 温的热油加热器，并将三甘酹再沸器的加热火管和燃料气控制系统拆bj4PSII.1PSI冷却水2：火管空气E火花塞3三甘醇再沸器SP380T0.45PSI温控阀3———左燃料冷32PSI<燃料气比 率调节阀I先导气1PSI2.0PSI除（三甘醇再生系统原有流程的其它设备均不需要改变或拆除）,再在三甘醇再沸器里 安装热油盘管，如图4-1-1三甘醇再沸器改造示意图火管及狀系貓籐前三甘醇再沸器火管及欣系牺除后三甘醇再沸器安暑油盘管后图4-1-1三甘醉再沸器改造示意图简单地说，就是三甘酹再沸器的热源由燃气加热火管变成了热汕盘管，所建立的热汕循 坏系统用于吸收一台(或所有六台)燃气透平的烟气余热，被加热的热油温度控制在 500T-600下左右，进入三甘醇再沸器里的热油盘管，用于加热富的三甘酹。

该方案的流 程以主发电机的烟气余热冋收为例，如图4-1-2所示氮气来自氮气发生器Interlock热油澎胀罐10^主发电机热沁浣器TV2冷去咏三甘番再弗器 半脱水三甘 酸珮提拄s—M—SDV2主发电机烟囱f 玄SDV1富三甘醇"fl亠热油循耘/VB图4-1-2燃气透平的烟气余热用于三廿醉再沸器热源流程图4. 2热油的选择在该方案小，热油循环系统用于提供三甘酹再沸器所需的热量，以满足三甘酹再生工艺 上所需的热负荷，本系统采用一种令机介质Thermion 59作为传热介质，这是一•种浅黄色 的烷基芳桂液体，其性质如表4-2-1所示从表4-2-1可4见，Thermion 59具有良好的 低温流动性和热稳定性的液相合成导热油,可以应用于-46C~316 C (-50. 8^600. 8T)的温度范I韦I内，具有很长的使川寿命，在最高使川温度316 C条件下仍可以连续使用 据了解，崖城气山南山终端的热油系统就使用的是Thermion 59,南山终端的热油系统长 期稳定运行也表明Thermion 59可以使气山获得多年可靠、无故障的生产操作，因此平台 的热汕系统也可以采用Thermion 59,既便于日常物料采购，也便于化学品的存储管理。

平均分子疑207:密度(25 r)971kg/m3闪点146 r <294 T)着火点154 r (309 T)自燃点404 r (759 下)常态沸点289 X2 (552 下)允许最高主流休温度316匸时汽化热227kJ/kg允许最高膜温345 r (653 T)最佳适用范围-46-316 r (-5O.8-600.8T)热膨胀系数(200 X?)0.000946/ r运动粘度40 rioo r4.0mm%1.43mm2/s可泵性2000mm2/s300mm2/s-49 r•37 r充分扩展素流时的城低温搜(Re=10000)10英尺/秒.1英寸管内20英尺/秒.1英寸管内17 r o r►热油循环泵热臟胀罐热碗滤器＜4.3流程及设计说明该方案流程简图如图4-3-1所示，以下将结合图4-1-2对该流程的主要T艺设备进行充 分说明图4-3-1透平烟气余热利用流程简图4. 3.1三甘醇再沸器经改造后的三甘醇再沸器所需的热量是通过浸没在三甘醇液床中的热汕盘5管来传递的，热汕盘管的热传递速率应与原有系统火管相当，设计值应为1982. 6KBTU/HR,以满足再生系统的热负荷TT1监控的是再沸器液床的温度，TC1为再沸 器的温度控制器，通过调节TV1來控制三甘醇再沸器的温度，一般温度设定点仍为380T（如图4-1-2所示）。

为了防止三甘醇的裂解，再沸器内三甘醇的温度不能超过400下 但是为了维持温度，热油盘管表面的温度有时侯会轻微的超过400T,这就会使和管壁接 触的那部分三甘醇产生轻微的裂解，所以根据经验，在工艺设计上要对热传递率有严格的 标准要求：不能大于6800Btu/hr-ft2热传递率可以通过增加三件醇循坏量或是增加汽提 溶液循环量的办法加以控制例如在重新启动再沸器时，应该先建立起三甘酹循环，再通 入热油进行加热就能对热传递率进行控制特别是对于系统冷启动的时候，应该将三甘 醉升温的速度控制在8（TF/小时以内，否则在热油盘管附近的三什醉就会被裂解另外因为再沸器加热的是三廿醉和烧类的混合溶液，而J1•温度很高，如果操作不当或是 设备运转不正常，对于天然气m的人员和设备，就会有一定的潜在危害.。