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        浮式生產儲油輪鍋爐及惰氣系統(tǒng)整合利用

        2018-12-28 07:22:16馬杰中海石油中國有限公司曹妃甸作業(yè)公司
        石油石化節(jié)能 2018年11期
        關鍵詞:尾氣柴油電動機

        馬杰(中海石油(中國)有限公司曹妃甸作業(yè)公司)

        1 現狀

        針對深入的海上油氣田開發(fā),浮式生產儲油輪(下稱FPSO)已被廣泛應用,尤其對于遠海油田,其為經濟和安全的首選方案。FPSO上最重要的一個功能為存儲已處理合格的原油。為避免混合性爆炸氣體的艙室內的聚集,原油存儲艙室內需進行惰性氣體覆蓋。惰氣發(fā)生裝置隨即成為FPSO上不可或缺的設備[1]。

        惰氣發(fā)生系統(tǒng)主要利用柴油作為原料,通過柴油泵打入燃燒室內,與空氣混合燃燒,所產生的氣體通過風機加壓,文丘里管冷卻后進入各艙室內進行惰氣覆蓋。

        此文旨在開發(fā)一種惰氣替代及輸送的方式,替代柴油燃燒工藝,并保證此系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性,以適應海上油田生產存儲需要的同時,減少柴油消耗及溫室系統(tǒng)排放量[2]。

        2 研究方案

        針對覆蓋氣所需要的惰性氣體,海上生產模塊有多個設備可以產生類似氣體,如發(fā)電動機系統(tǒng)(為油田提供電力)、熱介質鍋爐系統(tǒng)(為油田提供熱能)等。但其系統(tǒng)均相對獨立,為能有效利用電站或熱站所產生的惰性氣體(以下以熱介質鍋爐尾氣引入為方向),必須將兩個系統(tǒng)進行有效連接,其中需要解決的問題主要有:工藝對接,引入惰性氣體至相關氣體增壓設備;排氣方式變化不能影響熱介質鍋爐運行;出口含氧必須控制在下艙要求的低于5%的要求;熱介質鍋爐不同季節(jié)的負荷變化帶來的尾氣量變化;鍋爐不穩(wěn)定燃燒時產生的CO等可燃氣體;一旦尾氣增壓系統(tǒng)停運,鍋爐尾氣排放需要及時切換至其他通路。

        3 開發(fā)方案

        3.1 工藝系統(tǒng)

        連接鍋爐至文丘里冷卻器[3](可利用原惰氣系統(tǒng)輔助冷卻器,需核算換熱量是否滿足)工藝管路。改在完成后,鍋爐產生尾氣,進入冷卻器冷卻,通過增壓風機增壓后進入大艙做為覆蓋氣。增加兩路電動控制閥用于在熱介質鍋爐尾氣流程下游發(fā)生故障時進行閥門切換,以保證鍋爐尾氣可以順利排放至大氣,穩(wěn)定鍋爐運行。具體工藝如圖1。

        3.2 控制系統(tǒng)

        為保證鍋爐產生尾氣量達標,需在鍋爐尾氣出口增加含氧分析儀,對尾氣含氧量進行實時動態(tài)檢測。并將信號引入鍋爐燃燒控制系統(tǒng),做為輔助參數參與鍋爐燃料及空氣混燃比計算,在保證鍋爐出口含氧量達標的同時,亦能最大限度提高鍋爐燃燒效率,節(jié)省燃料。

        圖1 浮式生產儲油平臺鍋爐工藝流程

        為解決惰氣系統(tǒng)風機排量(原惰氣系統(tǒng)輔助設備)與鍋爐尾氣產生量(不一致的問題,需要對惰氣增壓系統(tǒng)進行排量控制,以達到兩個系統(tǒng)之間的匹配??尚械姆绞接泄?jié)流及調速兩種方式。為減少投資,可采用節(jié)流方式對風機進行限流。通過風機前后截止閥開度控制,達到調節(jié)流量的目的。該技術方案實施后,可一定程度穩(wěn)定鍋爐燃燒,避免了鍋爐燃燒狀態(tài)受到影響而導致的O2和CO含量變化。但其會有如下問題:風機長期欠載運行,扇葉散熱欠佳,溫度升高、振動增加,極易造成風機軸承損壞;節(jié)流閥后工藝真空度高,各法蘭密封處存在滲漏,導致惰氣O2含量高于熱介質鍋爐排煙O2含量[4]。采用變頻調速方式可將原定頻電動機更換為變頻電動機,增加適應容量的變頻器,并改造電氣控制系統(tǒng),將原Y-Δ啟動(或工頻直起)[5]、定頻運行方式改為變頻啟動和運行方式[5]。使電動機頻率可在30~50 Hz調節(jié),從而達到調節(jié)流量范圍,滿足工藝需求的目的。采用此方式可以完全解決兩個系統(tǒng)之間的匹配問題,且對設備運行效率,可靠性均帶來優(yōu)勢。

        3.3 保護系統(tǒng)

        考慮到增壓風機入口負壓較高可能對爐膛內壓力產生的影響,針對鍋爐膛壓不足,火焰狀態(tài)不穩(wěn)的情況,在排煙口處可加入耐高溫、微壓型變送器,信號接入中控系統(tǒng),實時監(jiān)控報警,保證鍋爐膛壓。

        為加強對變頻增加風機的實時監(jiān)控,在電動機側和風機側分別引入振動和溫度傳感器,與電動機控制回路連鎖,在高振和高溫情況下關停風機,并與就地控制系統(tǒng)或集散控制系統(tǒng)連鎖報警,并提示操作員。

        其次,為保證系統(tǒng)運行安全,針對鍋爐可能不充分燃燒導致尾氣中出現的CH4/CO,在文丘里冷卻器后,接入實時氣體采樣分析系統(tǒng),可對CH4/CO/O2實時采樣分析[6],接入中控應急關斷系統(tǒng)報警,并連鎖惰氣系統(tǒng)停機。

        4 結論

        此類型的惰氣系統(tǒng)供氣方式,已在中海石油(中國)有限公司HYSY112浮式生產儲油裝置應用,運行穩(wěn)定,依據經驗,每外輸1 m3原油,可節(jié)省柴油消耗0.000 2 m3,減少CO2排放0.000 6 t,對于年產千萬噸的大型油田,每年可節(jié)省柴油費用1.6億,溫室氣體排放6×104t。每年節(jié)省柴油300 m3,減少作業(yè)成本約360萬元/a,減少CO2氣體排放900 t/a,經濟價值客觀,環(huán)保價值巨大。且此方案可適用于所有海上具有生產及儲油功能的油氣田,惰氣的引入可以選擇各種類型的內燃設備,只需要對引入系統(tǒng)的背壓、供氣量、含氧量進行監(jiān)控和調節(jié),實施后可大幅節(jié)省柴油消耗,并為藍色地球做出貢獻。

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