锦州9-3油田废热回收利用

田献旺，刘瑞奇

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300457)

锦州9-3油田废热回收利用

田献旺，刘瑞奇

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300457)

面对与日俱增的油液产量，中海油天津分公司锦州 9-3油田燃料锅炉已无法满足生产所需热能，需稳产创新促使油田突破瓶颈。辽东作业公司统筹规划，启动并实施透平废热回收利用项目，利用油田现有的 3台 SOLAR透平发电机排出的高温尾气，增容油田热能系统的容量，实现安全高效生产和节能环保。

中海油 废热回收利用 节能环保

0 引 言

锦州 9-3油田位于渤海湾东经 121,°24,′～121,°36,′，北纬40,°38,′～40,°42,′。环境温度最高 34,℃，最低－23,℃。水深6.5～10.5,m。随着2007年WHPA和2009年WHPB平台的相继投产，以及 2009年大泵提液措施的实施，油田产液量逐年增加，热负荷也随之逐年增大。

油田原有的两台功率5,000,kW燃料锅炉已无法满足提供生产所需热能，为了稳产创新促使油田突破瓶颈，积极响应国家节能减排低碳发展的号召，辽东作业区统筹规划，启动并实施锦州9-3油田透平废热回收利用项目，利用油田现有的3台SOLAR透平发电机排出的高温尾气，安装废热回收锅炉加热油田热油系统，取代原燃料锅炉运行，并增加油田热能系统的容量，既满足了由于产量增加而对导热油用量需求增加的要求，又减少了温室气体排放，还节约了大量的天然气资源，其经济效益和社会效益都非常突出，具有极高的推广应用价值。

1 废热回收利用项目的实施

1.1 项目方案确立

首先调研测试透平工况，确定废热回收利用项目的可行性。

1.1.1 锦州9-3油田发电机参数(见表1)

1.1.2 透平机组尺寸(见表2)

表2 透平机组尺寸Tab.2 Turbine dimension

1.1.3 透平不同工况参数(见表3)

表3 透平不同工况参数Tab.3 Parameters of different working conditions

3,000 2,994.97 71,624 426 2,900 2,921.17 82,064 332 2,500 2,708.1 71,772 394 2,000 2,430.42 81,906 290 1,700 2,275.32 71,594 346 1,600 2,223.01 81,749 270 1,400 2,121.44 71,571 331

1.1.4 透平不同使用效率下能提供给废热回收装置的最大热负荷及温度情况(见表4)

表4 最大热负荷和温度Tab.4 The maximum heat loads and tem peratures

通过上述测试数据，决定采用立式换热锅炉。排气管旁通方案是兼顾了直通式方案和外延甲板方案两个设计方案的优缺点，在直通式方案的基础上增加旁通的排气管，以便确保透平机的正常运行不受废热回收装置检修或故障的影响。根据旁通方向的不同，可分为外延伸和侧延伸两种。采用侧延伸是将排气管向透平机中间的间隙延伸，需少量外延甲板。图1为甲板情况图。

图1 甲板情况Fig.1 The deck

1.2 废热回收装置的原理、设备选型与校核

1.2.1 废热回收装置工作原理

废热回收装置采用透平机排放的高温烟气为热源，烟气由废热炉烟气入口进入到炉膛，以辐射对流的形式将热量传递给导热油，换热后的烟气再由废热炉烟气出口排出至烟囱，从而完成对导热油的加热，实现废热的再次利用。布置图如图2所示。

图2 布置图Fig.2 The layout

阀门初始状态：当废热锅炉处于停止状态时，烟气旁通阀完全打开，阀门开度为100%,；锅炉调节阀完全关闭，阀门开度为0%,。

负荷调节：废热锅炉在加大负荷时，首先缓慢打开锅炉调节阀，直到100%,开度；然后缓慢关闭烟气旁通阀，直到达到负荷平衡(或最大限位)；当废热锅炉需要负荷减小时，首先缓慢打开烟气旁通阀，直到100%,开度；然后缓慢关闭锅炉调节阀，直到达到负荷平衡(或0%,)。

停炉流程：当废热锅炉停炉时，首先让烟气旁通阀开到100%,，当烟气旁通阀达到 100%,后，再关闭锅炉调节阀，直到锅炉调节阀完全关闭，阀门开度达到0%,。

1.2.2 废热回收装置选型

按照透平 100%,负荷时计算可交换热量为 5,160,kW，按此换热量配置大负荷废热回收装置，同时该方案可以取代原燃料锅炉，废热锅炉选型数据如表5所示。

表5 废热锅炉Tab.5 Waste heat boiler

1.3 热系统流程适应性优化改造

废热锅炉的安装，将新增废热锅炉接入热能系统，鉴于不同工况的运行方式，新老锅炉采取可单独运行、串联运行的工作方式；保障油田热能的系统稳定运行。

来自热介质系统回油总管的导热油，先经过循环增压泵增压，然后输送到废热回收装置进油管与废热回收装置内烟气进行热交换，(如果新增废热回收装置无法满足平台所需热负荷要求，可再次进入燃料锅炉继续加热)，加热后的导热油从废热回收装置出来输送至锦州 9-3油田的各个工艺用户。透平机组排出的高温烟气通过透平机尾部的烟道，以对流的形式进入废热回收装置内的换热盘管，换热盘管获得的热量直接传递给导热油，实现导热油的加热。

1.4 废热回收系统施工安装

1.4.1 废热锅炉吊装

3台废热锅炉在高质量产品验收的情况下，整体托运至码头。单台废热锅炉净重 21.5,t，考虑海上吊装和现场施工作业能力的严重受限，规避施工风险，降低施工难度，3台锅炉在陆地预制安装底座。整装完成托运至海上平台，受限于吊机的工作能力，宏观协调浮吊船舶档期，用时1天安全将3台废热锅炉吊至平台就位。

1.4.2 废热锅炉安装

将新增废热锅炉与透平机组连接，连接方式为通过增加透平排烟管的三通，双方向调控透平的高温烟气的排放，保障透平机组正常运转的同时，达到废热锅炉的使用的热效率。需外扩SLPW上甲板4,m，用于摆放新增3台废热锅炉，同时保障规范的人员安全逃生通道。

1.4.3 新增热介质膨胀罐的安装

新增废热锅炉需对热油系统的膨胀罐的位置加高，经核算，在原热介质膨胀罐位置的基础上增高 4,m。安装位置如图3所示。

图3 新增热介质膨胀罐的安装位置Fig.3 Installation location of the new ly equipped thermal medium expansion drum

1.4.4 新老锅炉连接方式

新增3台废热锅炉与原2台燃料锅炉采用串联的安装方式，整个系统的工作方式如下：①在废热锅炉热能满足生产要求的情况下，运行锅炉，热介质油直接输送至用户使用。②若废热锅炉热能不够，热介质由经废热锅炉换热后再经过燃料锅炉加热，输送至生产用户。新老锅炉连接流程如图4所示。

2 废热回收系统调试及投运

废热回收系统投运前的调试工作可谓精益求精，首先依据热系统总体概况图，逐级调试。

所有新增流程与锅炉气密性试验，水压试验、爆破吹扫、惰化操作；新增热油流程与膨胀罐添加T55导热油；电力系统为废热锅炉控制盘提供稳定供电电源 380,V/AC；仪控系统调试废热锅炉的 ESD关断逻辑，与透平机组联锁控制程序，设备运行参数通讯至中控系统统一监控；测试火灾及消防系统。

图4 新老锅炉连接流程Fig.4 Connection process of the old and new boilers

上述各方面测试完成后，启动透平机组，完成吹扫程序，启动废热锅炉，逐渐加载运行。

2012年10月20日 完成废热回收系统设备调试工作，3台废热锅炉正式投入运：废热锅炉运行工况为一用两备，停运两台燃料锅炉，热介质循环泵运行工况为两用一备；废热回收系统正式投运。

3 结 语

废热回收系统投入运行，停运两台燃料锅炉，减少温室气体排放，全年节约天然气达 288万 m3。油田热能系统容量最大增值 1.25,MW，可满足油田现有及后期生产需求，同时解决锦州 9-3油田综合调整项目的热负荷瓶颈。燃料锅炉的停运，在节省设备运维的操作费的同时，长远规划可考虑拆迁此设备至其他生产单元有效利用，油田自身也可以利用拆迁后黄金空间，规划解决油田生产的其他瓶颈问题。

此项目历经半年之久高效完成了从调研、设计到吊运、安装、调试等一系列施工阶段，最终实现3台透平废热回收锅炉成功投运。既实现了节能减排的目标，肩负起央企的社会责任，又创造了经济价值，实现了双赢。■

［1］ 李云福，陶昌勤，陈合亮，等. 新型废热锅炉的设计[J]. 压力容器，2009(5)：18-21.

［2］ 锦州9-3油田操作维修手册[Z].

［3］ 李耀刚. 废热锅炉改造方案比较[J]. 化肥工业，2004(5)：62-64.

W aste Heat Recycling in Jinzhou 9-3 Oilfield

TIAN Xianwang，LIU Ruiqi
(Liaodong Operating Company at Tianjin Branch Company Co.，LTD of CNOOC，Tianjin 300457，China)

Facing the increasing oil production and the lagging behind fuel boiler capacity，Jinzhou 9-3 Oilfield at Tianjin branch company Co.，LTD of CNOOC makes a positive response to the call of the nation’s advocation of energy conservation and em issions reduction to break through the bottleneck and promote the stable innovation and production of the oilfield．Liaodong operating company launched a turbine waste heat recycling project，using high temperature exhaust gas from the existing three SOLAR turbine generators to expand the heat capacity of the oilfield system and realized the safe and efficient production，energy conservation and environmental protection.

CNOOC；waste heat recycling；energy conservation and environmental protection

TE992.1

：A

：1006-8945(2015)10-0062-04

2015-09-06