郭匯江 馬永濤 李達(dá) 任毅 張娟

（1海油總節(jié)能減排監(jiān)測中心有限公司 天津 300452 2中海艾普油氣測試（天津）有限公司 天津 300452 3瑞奇外科器械（中國）有限公司 天津 300457）

中國海油作為中國最大的海上油氣生產(chǎn)商，海上設(shè)施在保障海上油氣生產(chǎn)的同時(shí)，消耗了大量的能源[1]。在國家日益加大節(jié)能力度的形勢下，提高海上設(shè)施能量利用率，已成為中國海油在上游領(lǐng)域進(jìn)行節(jié)能減排工作的重要任務(wù)。海上設(shè)施大多安裝發(fā)電機(jī)組，這些發(fā)電機(jī)組為自身或是周邊設(shè)施提供電力，動(dòng)力強(qiáng)大，燃料消耗為自產(chǎn)油氣。同時(shí)發(fā)電機(jī)組的能源消耗占海上設(shè)施綜合能源消耗的比重很大，屬于主要耗能設(shè)備。海上發(fā)電機(jī)組排煙溫度一般分布在350~450℃，具有較大的余熱利用潛力。研究表明，燃油、氣發(fā)電機(jī)組的能量利用率在20%~35%之間，煙氣攜帶大概30%左右的能量以熱能的形式排放入大氣，35%~40%的能量通過發(fā)電機(jī)機(jī)身散發(fā)和冷卻循環(huán)水帶走。對于煙氣余熱的充分利用則是發(fā)電機(jī)組提高能源利用率的關(guān)鍵所在。下面以中國海洋石油有限公司湛江分公司和深圳分公司實(shí)施的余熱回收項(xiàng)目為例，主要就發(fā)電機(jī)余熱回收對海上設(shè)施能量利用率的影響進(jìn)行分析。

1 情況介紹

中國海洋石油有限公司湛江分公司某海上設(shè)施在3臺透平發(fā)電機(jī)組煙道處增設(shè)3套余熱回收裝置用于回收利用透平尾氣的高溫?zé)崮?，現(xiàn)穩(wěn)定工況下使用1臺回收裝置滿足設(shè)施熱需求，1用2備，單套裝置功率為7000kW。同時(shí)，配置3臺熱介質(zhì)鍋爐，單臺功率10000kW作為備用，與透平發(fā)電機(jī)余熱回收裝置并網(wǎng)運(yùn)行。

中國海洋石油有限公司深圳分公司某海上設(shè)施5臺柴油發(fā)電機(jī)，正常工作時(shí)3臺運(yùn)行2臺備用，燃料為原油。增設(shè)2套余熱回收裝置，單套1700kW，2套同時(shí)運(yùn)行，余熱回收改造后回收主機(jī)煙氣余熱，不再消耗原油，原3臺熱介質(zhì)鍋爐作為備用，與余熱回收裝置并網(wǎng)運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)組余熱回收裝置利用發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，通過煙道進(jìn)入余熱回收裝置進(jìn)行熱量回收，回收的熱量傳遞給熱介質(zhì)，被加熱的高溫?zé)峤橘|(zhì)攜帶著大量的熱能，經(jīng)過換熱后熱介質(zhì)匯集在一起，回到熱介質(zhì)膨脹罐，重新分配到余熱回收循環(huán)泵，再進(jìn)行增壓、加熱、換熱，如此反復(fù)循環(huán)為熱用戶提供穩(wěn)定的高溫?zé)嵩础?/p>

2 能量利用率和余熱回收熱量計(jì)算

能量利用率計(jì)算公式計(jì)算[2]：

式中：ηe—海上設(shè)施能量利用率；

E1—輸入設(shè)施能量，tce；

E2—設(shè)施有效利用能量，tce；

E3—損失的能量，tce。

E1可以按下式計(jì)算[3]：

式中：n—設(shè)施消耗的能源品種數(shù)；

ei—生產(chǎn)活動(dòng)中消耗的第i種能源實(shí)物量；

pi—第i種能源的折算系數(shù)。

E2按下式計(jì)算：

式中：n—設(shè)施上終端用能環(huán)節(jié)數(shù)量；

ηi—第i種終端用能環(huán)節(jié)的能量利用率；

Ei—進(jìn)入第i種終端用能環(huán)節(jié)的能量。

回收熱量計(jì)算公式如下[4]：

式中：Cp,m—熱介質(zhì)比熱，KJ/kg.K；

T2-熱介質(zhì)出余熱回收裝置后的溫度，K；

T1-熱介質(zhì)進(jìn)余熱回收裝置前的溫度，K；

m—熱介質(zhì)每小時(shí)循環(huán)量，kg。

比熱Cp,m計(jì)算可利用比熱計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：

式中α、β、γ…等均為常數(shù)，可由熱介質(zhì)已知的各個(gè)溫度點(diǎn)比熱計(jì)算獲得。

3 海上設(shè)施能量利用率計(jì)算

3.1 海上設(shè)施未設(shè)置余熱回收時(shí)能量利用率計(jì)算

中國海洋石油有限公司湛江分公司海上設(shè)施消耗的能源有天然氣和柴油，統(tǒng)計(jì)期內(nèi)綜合能耗20542.54tce，其中天然氣消耗20527.74tce，占全年綜合能耗的99.9%，柴油消耗14.85tce，占全年綜合能耗的0.1%。輸入終端能量為7819.72tce，經(jīng)過對終端用能環(huán)節(jié)監(jiān)測計(jì)算后得到終端有效使用能量6002.05tce，根據(jù)能量利用率計(jì)算公式得到該海上設(shè)施的能量利用率為29.2%。

中國海洋石油有限公司深圳分公司海上設(shè)施消耗的能源有原油和柴油，統(tǒng)計(jì)期內(nèi)綜合能耗10471.95tce，其中原油消耗10272.75tce，占全年綜合能耗的98.1%，柴油消耗199.2tce，占全年綜合能耗的1.9%。輸入終端能量為4507.26tce，經(jīng)過對終端用能環(huán)節(jié)監(jiān)測計(jì)算后終端有效使用能量4018.53tce，根據(jù)能量利用率計(jì)算公式得到該海上設(shè)施的能量利用率為38.3%。

3.2 海上設(shè)施設(shè)置余熱回收時(shí)能量利用率計(jì)算

在設(shè)置了余熱回收裝置后，湛江分公司海上設(shè)施消耗的能源仍為天然氣和柴油，相同統(tǒng)計(jì)期內(nèi)設(shè)施綜合能耗18776.66tce，余熱回收量4881.92tce，其中天然氣消耗18761.81tce，占全年綜合能耗的99.9%，柴油消耗14.85tce，占全年綜合能耗的0.1%。在發(fā)電機(jī)組效率、輸送過程中線損率和終端用能環(huán)節(jié)能量利用率不變的情況下，采用余熱回收后輸入終端能量為7279.46tce，終端有效使用能量6269.82tce，根據(jù)能量利用率計(jì)算公式得到采用余熱回收裝置后該海上設(shè)施的能量利用率為33.7%。

相同統(tǒng)計(jì)期、能源消耗種類、發(fā)電機(jī)組效率、輸送過程中線損率和終端用能環(huán)節(jié)能量利用率，設(shè)置了余熱回收裝置后，深圳分公司海上設(shè)施綜合能源消耗量為9672.89tce，余熱回收量639.25tce，其中原油消耗9473.69tce，占全年綜合能耗的97.9%，柴油消耗199.2tce，占全年綜合能耗的2.1%。采用余熱回收后輸入終端能量為4347.45tce，終端有效使用能量4138.05tce，根據(jù)能量利用率計(jì)算公式得到采用余熱回收裝置后該海上設(shè)施的能量利用率為42.78%。

表1 未回收余熱與回收余熱海上設(shè)施能量利用率對比表

4 計(jì)算結(jié)果分析與討論

表1為海上設(shè)施在未設(shè)置余熱回收裝置與實(shí)施余熱回收設(shè)施能量利用率的對比表。從表中可以看到，有、無余熱回收時(shí)發(fā)電機(jī)組和設(shè)施能量利用率有較大變化，進(jìn)行余熱回收后設(shè)施能量利用率得到提高。湛江分公司某海上設(shè)施設(shè)置余熱回收后發(fā)電機(jī)組能量利用率由14.2%提高到40.2%，升高了26%；能源利用率由29.2%提高到33.7%，升高了4.5%。深圳分公司某海上設(shè)施設(shè)置余熱回收后發(fā)電機(jī)組能量利用率由37.69%提高到44.4%，升高了6.71%；能源利用率由38.3%提高到42.78%，升高了4.48%。

5 結(jié)語

5.1 實(shí)施余熱回收可以降低設(shè)施綜合能耗，節(jié)約能源消耗。

5.2 采用余熱回收裝置回收利用發(fā)電機(jī)組煙氣余熱比未使用時(shí)具有更高的發(fā)電機(jī)組能量利用率。

5.3 采用余熱回收裝置可以提高海上設(shè)施能量利用率，降低總能耗。余熱回收量越大，設(shè)施能量利用率提高幅度越大。

[1]中國海洋石油總公司節(jié)能減排辦公室.中國海油浮式儲油輪FPSO能耗及余熱回收利用狀況調(diào)研報(bào)告.2013.

[2]中國人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T28751-2012企業(yè)能量平衡表編制方法.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013.

[3]中國人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T2589-2008綜合能耗計(jì)算通則.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[4]肖芙蓉.采用比熱計(jì)算熱量方法的比較研究.石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2003,7(1)：73-75.