楊軼[1] 梁光山[2] 刁??3]
【1】、【2】中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司,天津市塘沽區(qū)渤海石油新村582信箱,郵編 300452
【3】中油管道機械制造有限公司,河北省廊坊市和平路17#,065000
FPSO鍋爐節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用研究
楊軼[1] 梁光山[2] 刁??3]
【1】、【2】中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司,天津市塘沽區(qū)渤海石油新村582信箱,郵編 300452
【3】中油管道機械制造有限公司,河北省廊坊市和平路17#,065000
本文系統(tǒng)分析了海洋石油111號FPSO鍋爐工藝改造及利用鍋爐尾氣實現(xiàn)惰氣系統(tǒng)煙道氣模式的可行性,應(yīng)用這種節(jié)能減排技術(shù),提高鍋爐燃燒效果、實現(xiàn)鍋爐尾氣再利用,運行結(jié)果表明,節(jié)能減排效果顯著,經(jīng)濟性非常好。
FPSO鍋爐尾氣改造節(jié)能減排
FPSO由于具有海域適應(yīng)性好、經(jīng)濟性好、可靠性高和可重復(fù)利用的特點,目前,已支撐著我國海洋石油開發(fā)70%以上的產(chǎn)能【1】,設(shè)計壽命一般在20-30年,在百年一遇環(huán)境條件下,可以不解脫、不進塢維修,正逐步成為海上油(氣)田生產(chǎn)、處理、儲運和外輸?shù)闹髁髟O(shè)施。熱介質(zhì)鍋爐作為FPSO關(guān)鍵設(shè)備,為貨油艙、分離器、重油柜等熱能消耗設(shè)備源源不斷提供熱能供應(yīng),鍋爐續(xù)燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯优磐髿猓环矫嬖斐蔁崮艿木薮罄速M,另一方面煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質(zhì),未經(jīng)凈化時其排放指標(biāo)可達國家環(huán)境排放許可指標(biāo)的幾倍到數(shù)十倍,造成環(huán)境污染,因此,應(yīng)用鍋爐節(jié)能減排技術(shù),提高鍋爐燃燒效果、回收利用高溫?zé)煔夂陀酂?,具有很大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。
海洋石油111FPSO自投產(chǎn)以來,為最大限度確保鍋爐的燃燒效果,減少排煙粉塵,現(xiàn)場多次對鍋爐進行了改造:包括對鍋爐油嘴/風(fēng)門開度的燃燒配風(fēng)比優(yōu)化,調(diào)整二次風(fēng)導(dǎo)風(fēng)板,獲得最適宜與空氣接觸的“杯狀”霧化噴射形態(tài)、油霧最終充分燃燒等。為盡可能實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo),在進行充分調(diào)研后,對B爐進行了以下改造。
熱介質(zhì)鍋爐原設(shè)計燃油供油方式為:重油儲罐的重質(zhì)油-供油泵-重油泵A/B-重油加熱器-壓力三通閥進行選擇(大于壓力設(shè)定點的部分從出口2流回重油儲罐,小于壓力設(shè)定點的部分從出口3提供給鍋爐進行噴射霧化,圖中所示的供油進出口連通閥V1保持常關(guān)狀態(tài)。其目的是通過換熱把燃油的溫度提高,降低燃油霧化前的粘度,但從實際運行效果來看,原設(shè)計的換熱器換熱量偏小,不能迅速加熱燃油,使其溫度不能在短時間內(nèi)大幅度提升,當(dāng)熱介質(zhì)鍋爐大負荷燃燒時,燃油在燃燒前,換熱效果并不理想,往往是還沒有充分換熱,就開始燃燒,這樣導(dǎo)致燃油霧化效果不理想,針對此問題,現(xiàn)場進行了如下改造:
圖1、改造前燃油供油方式
圖2、改造后燃油供給方式
將重油泵A旁通短接,將供油泵更換成大排量泵,鍋爐供油方式轉(zhuǎn)換為:重油儲罐的重質(zhì)油-大排量供油泵--壓力三通閥進行選擇,供油進出口連通閥V1由常閉狀態(tài)調(diào)整到始終保持一定開度,改造后,通過壓力三通閥的自選擇和供油進出口連同閥V1閥的一定開度,加強重油儲罐重質(zhì)油的流動循環(huán),大大降低了儲罐重質(zhì)油的粘度,同時,把儲罐的油溫提升并傳遞到鍋爐油噴嘴端。改造后,燃油的使用好比在一個高速循環(huán)的閉環(huán)回路上不斷提取,始終能獲得回路上粘度低的部分燃油,監(jiān)測一段時間發(fā)現(xiàn),供油泵換成排量較大泵以后,燃油循環(huán)量增加,燃油霧化充分、燃燒效果很理想,燃燒效能大幅度提高,減少重油消耗的同時,排放的尾氣中,粉塵(灰)大大減少,另外,改造后的供油方式擺脫了油換熱器故障、熱交換慢、換熱效率不理想和燃油泄漏的困擾。
B鍋爐改造后,經(jīng)過一段時間的運行,鍋爐各方面監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示狀態(tài)良好,節(jié)能減排效果顯著,現(xiàn)場后來陸續(xù)對A爐和C爐也進行了類似改造。
鍋爐燃燒是否充分與配風(fēng)(空氣與燃料的混合比)有很大關(guān)系,理論上,可以通過對煙氣成分進行分析來判斷,但FPSO上安裝的鍋爐沒有這樣的監(jiān)測設(shè)備,現(xiàn)場只能通過火焰的顏色或者煙氣的顏色判斷,受個人經(jīng)驗影響較大。氧量微調(diào)控制技術(shù)在FPSO鍋爐上得到了很好的應(yīng)用,該裝置對燃料組分變化有自動適應(yīng)能力,能使煙氣含氧量控制在3%~5%之間,當(dāng)燃料熱值發(fā)生變化時,煙氣的含氧量會偏離正常值,氧量過低會使燃料氣因缺氧而燃燒不充分,氧量過高則會提高排煙溫度,這兩種情況都會降低鍋爐的熱效率【2】。運行時,含氧分析儀將信息反饋到控制盤,通過PLC預(yù)設(shè)程序進行自動調(diào)節(jié),氧量微調(diào)控制系統(tǒng)會調(diào)節(jié)助燃空氣及燃料的伺服馬達開度大小,及時修正助燃風(fēng)和燃料氣的配比,提高了鍋爐的燃燒性能,減少了燃油消耗。
FPSO在原油外輸時,惰氣系統(tǒng)產(chǎn)生大量惰氣為貨油艙補充惰氣,每次外輸大約需要補氣20~30個h,惰氣發(fā)生器的運轉(zhuǎn)消耗大量柴油。將鍋爐的尾氣利用起來(經(jīng)過處理后,各項指標(biāo)符合惰性氣體標(biāo)準(zhǔn))用于原油外輸期間的惰性氣體補充,既減少惰氣發(fā)生器的柴油消耗,又減少鍋爐的煙氣排放,進行了鍋爐與惰氣發(fā)生器的聯(lián)合優(yōu)化改造。
改造前,鍋爐去惰氣管路的關(guān)斷閥、惰氣入口管路關(guān)斷閥、預(yù)冷器海水入口管路關(guān)斷閥,無法自動開啟。經(jīng)過技術(shù)分析和安全評估后,將三個關(guān)斷閥信號線路改造,跳過控制信號的約束,當(dāng)閥門打開,啟動“模式”后,鍋爐煙氣順利進入惰氣預(yù)冷器,經(jīng)過預(yù)冷器冷卻、惰氣滌氣裝置過濾,出口氣體的含氧量控制在5.3%,完全滿足原油艙惰封的要求。當(dāng)出口含氧量高于6%時,系統(tǒng)自動報警并關(guān)閉惰氣出口下艙閥,自動打開放空閥放空。改造后工藝流程圖見圖3。
經(jīng)過長時間運行,對鍋爐B的壓力控制閥開度和惰氣出口含氧量監(jiān)測如下:
(見表一)
惰氣發(fā)生器的煙道氣模式用于原油外輸作業(yè),系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)如下:
鍋爐B-壓力控制閥開度:20度
鍋爐B-油嘴開度:100%(大火燃燒)
惰氣出口含氧量:2.8%-3.2%
惰氣出口 壓力:2900mmWG
表一
節(jié)能減排效果分析
改造前后鍋爐適用及燃料消耗情況如表二:
表二
改造前,必須同時運行兩臺鍋爐才能滿足原油艙貨油溫度保持70℃的要求,改造后,僅需1臺鍋爐運行就能達到同樣的要求,燃油消耗平均每天減少5方左右,每年平均減少燃油消耗1800方;使用“鍋爐B的尾氣運轉(zhuǎn)主惰發(fā)生器的煙道氣模式”后,減少柴油消耗340方(每次原油外輸作業(yè)惰氣系統(tǒng)消耗柴油約7方,按平均每月外輸4次計),另外,大大減少了鍋爐的尾氣排放。
【1】海上浮式生產(chǎn)儲油裝置(FPSO)及其在中國海域的應(yīng)用范模中海油研究中心。
【2】油田熱采鍋爐燃燒監(jiān)測控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用任旭虎郭曙光(石油大學(xué)山東東營257061)