王扶輝 蘇東蘭 阮龍飛 祝玉松 汪洋

（1.新疆油田公司工程技術(shù)研究院；2.新疆油田公司采油一廠）

新疆油田目前共有天然氣壓縮機(jī)40余臺，主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地腹部、西北緣等油氣生產(chǎn)站場。在用天然氣壓縮機(jī)存在熱能利用率低、排煙溫度高、煙氣余熱未回收利用等問題。天然氣壓縮機(jī)的整體熱能利用率僅為30%，排煙溫度介于300～650℃，高溫?zé)煔庵苯油馀牛斐闪舜罅繜崮芾速M(fèi)，并帶來環(huán)境污染的問題[1-2]。所以開展節(jié)能技術(shù)攻關(guān)應(yīng)用，提升壓縮機(jī)組的整體熱能利用水平，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 天然氣壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)

1.1 余熱負(fù)荷計(jì)算

新疆油田某處理站建有天然氣處理系統(tǒng)1套，在用2臺470 kW燃?xì)鈮嚎s機(jī)，排煙溫度在380～400℃，按降低至50℃設(shè)計(jì)，計(jì)算可回收余熱功率為722 kW。處理站壓縮機(jī)余熱回收參數(shù)見表1。

表1 處理站壓縮機(jī)余熱回收參數(shù)

處理站原油總需加熱負(fù)荷為9 836 kW，天然氣壓縮機(jī)組余熱回收系統(tǒng)可提供722 kW，剩余9 114 kW由處理站原有的蒸汽鍋爐提供。通過余熱回收計(jì)算[3]，單臺燃?xì)鈮嚎s機(jī)組余熱回收功率為361 kW。燃?xì)鈮嚎s機(jī)組余熱蒸汽鍋爐換熱功率按900 kW設(shè)計(jì)，額定壓力1.6 MPa，架空安裝。煙氣回收余熱鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 煙氣回收余熱鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 余熱回收工藝

根據(jù)天然氣壓縮機(jī)組的布局，余熱回收工藝采用二拖一的方式（2臺天然氣壓縮機(jī)配備1臺余熱蒸汽鍋爐）回收煙氣余熱?；厥盏臒煔庥酂醄4]用于加熱原油和預(yù)熱站內(nèi)蒸汽鍋爐給水。余熱回收系統(tǒng)工藝流程是由引風(fēng)機(jī)將2臺天然氣壓縮機(jī)煙氣引至后端設(shè)置的余熱蒸汽鍋爐，余熱蒸汽鍋爐由汽包、省煤器、上升管和下降管等組成，余熱回收系統(tǒng)所需的軟化水（15℃）經(jīng)軟水泵送入省煤器預(yù)熱后，一路進(jìn)入余熱蒸汽鍋爐汽包，在汽包內(nèi)產(chǎn)生0.8 MPa的飽和蒸汽，蒸汽輸送至分汽缸后進(jìn)入蒸汽摻熱器，對原油進(jìn)行加熱；另一路軟化水在省煤器中預(yù)熱后回至站內(nèi)蒸汽鍋爐給水箱[5-6]。天然氣壓縮機(jī)煙氣余熱回收系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 天然氣壓縮機(jī)煙氣余熱回收系統(tǒng)工藝流程

1.3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

天然氣壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)應(yīng)用以來，天然氣壓縮機(jī)組運(yùn)行正常，余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。通過對運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，天然氣壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)應(yīng)用后，取得了明顯應(yīng)用效果。天然氣壓縮機(jī)的排煙溫度從312～372℃降至43～59℃，平均溫降291℃；余熱蒸汽鍋爐每小時(shí)生產(chǎn)蒸汽量0.41～0.58 t；站內(nèi)蒸汽鍋爐給水溫度從15℃提升至72～122℃，平均溫升77℃。

2 安全性能評價(jià)

本次壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)先導(dǎo)性試驗(yàn)，主要工藝是在壓縮機(jī)煙道尾部末端加裝換熱裝置，將高溫?zé)煔庖翐Q熱裝置內(nèi)完成相關(guān)換熱過程，回收煙氣余熱。該工藝未改變壓縮機(jī)組的原有工藝流程，也未對壓縮機(jī)組本體進(jìn)行改造。僅考慮在壓縮機(jī)煙道處增設(shè)了至換熱裝置的煙道管線，當(dāng)煙氣外排不及時(shí)或不充分時(shí)，會造成排煙壓力（即壓縮機(jī)背壓）的升高，當(dāng)排煙壓力過高時(shí)易造成機(jī)組機(jī)械故障，通過引風(fēng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，該影響可完全消除[7]。

通過對運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)排煙壓力可控制在444～566 Pa，滿足設(shè)備要求排煙壓力小于1.2 kPa的要求，對機(jī)組運(yùn)行未造成影響。同時(shí)，改造前后壓縮機(jī)機(jī)組效率測試報(bào)告顯示，改造前后壓縮機(jī)的機(jī)組效率未發(fā)生變化，說明壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)未對機(jī)組效率產(chǎn)生影響[8]。

天然氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)投用至今，壓縮機(jī)組運(yùn)行正常，未出現(xiàn)運(yùn)行故障，壓縮機(jī)機(jī)組效率未變化，證實(shí)壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)的工藝穩(wěn)定性及系統(tǒng)安全性。

3 應(yīng)用效果評價(jià)

節(jié)能技術(shù)應(yīng)用后分2次對壓縮機(jī)煙氣余熱回收裝置應(yīng)用效果進(jìn)行了測試，運(yùn)行工藝為1#、2#壓縮機(jī)并列運(yùn)行，煙氣通過三通閥匯集到余熱回收裝置。監(jiān)測結(jié)果顯示壓縮機(jī)排煙溫度由347℃降至45℃，余熱利用量825.3 kW，余熱利用量占壓縮機(jī)輸入能量百分比為42.9%，天然氣壓縮機(jī)組的熱能利用率從20%提升至62.9%。

根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)際，蒸汽鍋爐產(chǎn)蒸汽量按0.5 t/h，站內(nèi)蒸汽鍋爐給水量為4.6 t/h，鍋爐給水溫升按77℃計(jì)算，壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)投用后，年可節(jié)約天然氣67.9×104m3（標(biāo)況），年節(jié)能效益為78.1萬元，投資回收期為2.3年，節(jié)能效益顯著。

此外，通過對燃?xì)鈮嚎s機(jī)和余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)表分析，投用至今，各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行正常處理站燃?xì)鈮嚎s機(jī)余熱鍋爐運(yùn)行情況見表3。運(yùn)行過程中日產(chǎn)生冷凝水量0.6 t左右，冷凝水的產(chǎn)生主要在余熱蒸汽鍋爐省煤器部分，由于煙氣溫度降至水蒸氣露點(diǎn)溫度以下，實(shí)現(xiàn)冷凝，設(shè)計(jì)時(shí)對省煤器部分進(jìn)行了重點(diǎn)防腐，余熱回收系統(tǒng)設(shè)冷凝水回收處理裝置，冷凝水經(jīng)回收后排入站內(nèi)污水系統(tǒng)[9-10]。

4 結(jié)論

天然氣壓縮機(jī)是油氣生產(chǎn)站場重要的用能設(shè)備，其排煙溫度高造成能量浪費(fèi)問題突出，開展節(jié)能提效工作非常有必要。通過分析余熱潛力，設(shè)計(jì)余熱利用工藝，開展了天然氣壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)證實(shí)，該技術(shù)使得壓縮機(jī)排煙溫度降低了302℃以上，余熱利用量達(dá)825.3 kW以上，天然氣壓縮機(jī)組的熱能利用率提高了42.9%，節(jié)能效果顯著。試驗(yàn)證明煙氣余熱利用技術(shù)在燃?xì)鈮嚎s機(jī)上應(yīng)用是可行的，該技術(shù)的應(yīng)用，既解決了高溫?zé)煔獾耐馀艈栴}，又可有效減少高溫?zé)煔鈱諝獾臒嵛廴?，是一?xiàng)節(jié)能減排的實(shí)用技術(shù)，有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，應(yīng)用前景廣泛。

表3 處理站燃?xì)鈮嚎s機(jī)余熱鍋爐運(yùn)行情況

通過對天然氣壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用及效果跟蹤評價(jià)，同時(shí)驗(yàn)證了天然氣壓縮機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，為該技術(shù)在新疆油田的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。