淺析天然氣發(fā)電技術(shù)在海上人工島的應(yīng)用

穆 宏，紀(jì)玉榮

(1.冀東油田勘察設(shè)計(jì)研究院，河北 唐山 063004;2.唐山賽福特電子信息工程有限公司，河北唐山 063000)

淺析天然氣發(fā)電技術(shù)在海上人工島的應(yīng)用

穆 宏1，紀(jì)玉榮2

(1.冀東油田勘察設(shè)計(jì)研究院，河北 唐山 063004;2.唐山賽福特電子信息工程有限公司，河北唐山 063000)

天然氣是綠色、清潔能源，冀東油田在灘海采油前期階段產(chǎn)生大量伴生天然氣，在地面設(shè)施未配套之前只能放空燃燒，造成天然氣資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染。天然氣發(fā)電技術(shù)可以充分利用放空天然氣，并解決海上人工島的前期用電問(wèn)題。

放空天然氣發(fā)電;發(fā)電機(jī)組;節(jié)能;環(huán)保

1.引言

冀東油田在灘海采油前期階段產(chǎn)生大量伴生天然氣，在地面設(shè)施未配套之前只能放空燃燒，造成天然氣資源的浪費(fèi)。另外，天然氣放空燃燒與國(guó)家節(jié)能減排的社會(huì)環(huán)境不和諧，且國(guó)家及地方環(huán)保主管部門對(duì)天然氣放空的監(jiān)管力度越來(lái)越嚴(yán)格。所以，如何充分利用放空天然氣是一個(gè)關(guān)系到企業(yè)節(jié)能、環(huán)保和提高經(jīng)濟(jì)效益的課題。

為了滿足生產(chǎn)需要，冀東油田在某人工島投入4臺(tái)(3用1備)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。

2.天然氣發(fā)電站建站方案

2.1 發(fā)電機(jī)機(jī)組型式選擇

2.1.1 天然氣發(fā)電機(jī)機(jī)組型式選擇方向:汽輪機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)組型式比較見(jiàn)表1。

表1 發(fā)電機(jī)機(jī)組型式比較表

經(jīng)比較，選用發(fā)動(dòng)機(jī)型發(fā)電機(jī)。

2.1.2 國(guó)產(chǎn)機(jī)組與進(jìn)口機(jī)組進(jìn)行比較，見(jiàn)表2。

表2 進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組比較表

根據(jù)比較，選用經(jīng)濟(jì)耐用、適應(yīng)性強(qiáng)的國(guó)產(chǎn)機(jī)組。

2.1.3 發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)及容量選擇。

根據(jù)人工島用電負(fù)荷情況，考慮發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率和留有一定裕量，機(jī)組臺(tái)數(shù)及容量選擇見(jiàn)表3。(1100kW燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組為租賃設(shè)備，效率按60%考慮)

表3 發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)及容量選擇表

機(jī)組總裝機(jī)容量為4000kW。

2.2 站內(nèi)平面布置

站內(nèi)平面主要包括:撬裝發(fā)電機(jī)組、撬裝10kV升壓箱式變、撬裝低壓配電室等。發(fā)電機(jī)組與升壓箱式變、撬裝低壓配電室間的安全距離符合《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等相關(guān)要求。站內(nèi)平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 站內(nèi)平面布置圖

2.3 配套電氣工程

2.3.1 機(jī)組運(yùn)行方式

天然氣發(fā)電機(jī)組為孤網(wǎng)運(yùn)行，各發(fā)電機(jī)之間設(shè)置同期裝置，可以并列運(yùn)行，也可以單獨(dú)運(yùn)行。

2.3.2 機(jī)組供電方式

發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電為400V/230V低壓電，可以直接供給低壓負(fù)荷，也可以經(jīng)升壓變壓器升壓后送給10kV負(fù)荷。機(jī)組供電示意圖見(jiàn)圖2:

圖2 機(jī)組供電示意圖

2.3.3 電氣主接線

根據(jù)發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)和發(fā)電電壓(400/230V)，并從可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性考慮，確定燃?xì)獍l(fā)電站10kV主接線采用單母線分段接線，即2臺(tái)1100kW燃?xì)鈾C(jī)組升壓后接至I段母線，另外1臺(tái)1100kW燃?xì)鈾C(jī)組和700kW柴油發(fā)電機(jī)組升壓后接至II段母線，兩端母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。該接線簡(jiǎn)單清晰，便于運(yùn)行維護(hù)。

2.3.4 發(fā)電站內(nèi)電氣設(shè)備選型

(1)低壓柜選用GCK型抽屜式開(kāi)關(guān)柜，操作維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠，運(yùn)行安全可靠。

(2)變壓器選用采用SCB10節(jié)能型干式變壓器(裝在10kV升壓箱式變內(nèi))，根據(jù)島上負(fù)荷情況，選用2臺(tái)1600kVA變壓器。

(3)高壓柜選用KYN28A－12型手車柜，高壓主開(kāi)關(guān)采用VD4真空斷路器配彈簧操作機(jī)構(gòu)，直流操作。10kV進(jìn)出線均采用分散式微機(jī)保護(hù)、測(cè)控裝置，就地安裝在10kV開(kāi)關(guān)柜上，裝置為單元式密封結(jié)構(gòu)，具備高抗干擾及抗諧振能力。

2.3.5 發(fā)電站內(nèi)配電

(1)撬裝式發(fā)電機(jī)內(nèi)部照明、啟動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置、并網(wǎng)裝置均由發(fā)電機(jī)廠家配套提供。

(2)發(fā)電機(jī)至控制柜、低壓柜、變壓器、高壓柜等均采用電纜沿電纜溝敷設(shè)。

(3)發(fā)電站場(chǎng)區(qū)照明采用投光燈，配節(jié)能電感鎮(zhèn)流器，安裝在水泥電桿上。

2.3.6 發(fā)電站接地、防雷

(1)發(fā)電站接地系統(tǒng)采用SC50×2500鍍鋅鋼管作為接地極，－40×4鍍鋅扁鋼作為接地母線。接地極間距不小于5米，接地極距發(fā)電機(jī)組橇裝外殼間距不小于3米，接地系統(tǒng)接地電阻不大于4歐姆。

(2)發(fā)電機(jī)組、高壓室、低壓室利用撬裝外殼做防雷保護(hù);機(jī)組控制保護(hù)裝置具有防止雷電波侵入的功能。

2.4 機(jī)組控制系統(tǒng)

2.4.1 燃?xì)饪刂?/h4>

每臺(tái)機(jī)組旁設(shè)就地燃?xì)饪刂葡洌B結(jié)機(jī)組控制屏及機(jī)組燃?xì)饪刂茍?zhí)行器，通過(guò)參數(shù)采集對(duì)進(jìn)氣空燃比進(jìn)行科學(xué)、精確的控制。

2.4.2 機(jī)組控制屏

控制屏為落地柜式結(jié)構(gòu)。主開(kāi)關(guān)具有過(guò)電流自動(dòng)保護(hù)和逆功率保護(hù)，發(fā)生過(guò)流或逆功率時(shí)可自動(dòng)分?jǐn)嘀鏖_(kāi)關(guān)并發(fā)出聲光。控制屏可監(jiān)測(cè)電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率等參數(shù)。

2.4.3 機(jī)組的并聯(lián)與解列

多臺(tái)燃?xì)鈾C(jī)組(電站)在使用過(guò)程中可多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，機(jī)組間可互為主備用，機(jī)組的并聯(lián)與解列可以采用手動(dòng)/自動(dòng)方式。

2.5 機(jī)組供氣

2.5.1 機(jī)組對(duì)燃?xì)獾囊?/h4>

相對(duì)氣壓為100～400kPa，氣體總硫含量不大于430mg/m3，硫化氫含量不大于20mg/m3，天然氣經(jīng)過(guò)處理達(dá)到無(wú)液態(tài)水、油，甲烷、乙烷總含量不低于75%，雜質(zhì)顆粒小于0.005mm，含量小于0.03g/m3。

2.5.2 供氣方案

考慮到利用干氣的投資過(guò)高，選用處理后的濕氣作為發(fā)電機(jī)組氣源，即井口伴生氣經(jīng)過(guò)生產(chǎn)分離器和干燥器處理后作為機(jī)組的氣源，由地上管線輸送至發(fā)電機(jī)組。

2.6 其他配套工程

除了機(jī)組配套的電氣工程、機(jī)組控制及供氣系統(tǒng)以外，機(jī)組還配套相應(yīng)的儀表、通訊系統(tǒng)和消防系統(tǒng)，這些系統(tǒng)主要是為機(jī)組的正常運(yùn)行和電站的日常管理提供服務(wù)，本文不再詳述。

2.7 環(huán)境保護(hù)

2.7.1 大氣污染控制

(1)對(duì)可能產(chǎn)生泄漏的發(fā)電機(jī)房設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器，萬(wàn)一發(fā)生氣體泄漏，迅速報(bào)警以便及時(shí)進(jìn)行處理。

(2)站內(nèi)天然氣管線采用地面敷設(shè)，一旦管線泄漏，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行維修處理。

(3)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)采用稀薄燃燒技術(shù)，煙氣排放濃度符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.7.2 噪聲污染控制

機(jī)組的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中對(duì)設(shè)備噪音源均采取減噪消音措施，如發(fā)電機(jī)組的排煙管道上設(shè)置消音器等，進(jìn)行消音減噪。因此，站內(nèi)的噪音可以控制在國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)(85dB)。為了避免噪聲對(duì)職工產(chǎn)生傷害，對(duì)出入高噪音聲區(qū)的人員配防噪耳塞或耳罩等，以減輕噪音對(duì)操作人員的造成的傷害。

2.7.3 廢水處理

站內(nèi)產(chǎn)生的生活污水排入化糞池進(jìn)行沉淀，沉淀物定期拉運(yùn)至規(guī)定地點(diǎn)集中處理。

2.7.4 廢油

發(fā)電機(jī)組定期更換的廢棄潤(rùn)滑油及時(shí)拉運(yùn)至規(guī)定地點(diǎn)集中處理。事故排放油料，設(shè)事故儲(chǔ)油池。

3.經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)人工島用電負(fù)荷情況，目前有二臺(tái)1100kW發(fā)電機(jī)組自投入運(yùn)行，運(yùn)行情況良好。根據(jù)相關(guān)人員對(duì)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行記錄，發(fā)電機(jī)組綜合燃?xì)庀穆蕿?.5m3/kWh，平均日發(fā)電31680kWh，年發(fā)電量達(dá)到115.6x104kWh。每度電按銷售價(jià)格0.5元/kWh計(jì)算，相當(dāng)于節(jié)約購(gòu)電資金近60萬(wàn)元。隨著發(fā)電機(jī)組的逐個(gè)投入運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益將更加明顯。另外，每年還可以節(jié)約天然氣排放費(fèi)用。因此，天然氣發(fā)電有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)論

4.1 天然氣發(fā)電機(jī)組設(shè)備、技術(shù)比較成熟，可以充分利用放空天然氣，較好的解決了由于人工島采油前期電力系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)滯后造成的用電問(wèn)題，值得推廣。

4.2 使用放空天然氣發(fā)電，綜合利用了資源，減少天然氣放空造成的環(huán)境污染，既提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，又具有良好的社會(huì)效益。

［1］任元會(huì)，卞鎧生，姚家煒等.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)中國(guó)電力出版社，2005

［2］賀永德.天然氣應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］劉毅軍，曹小東，宋建新.從我國(guó)電力市場(chǎng)看天然氣發(fā)電［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，(5).

［4］劉維烈.電力系統(tǒng)調(diào)頻與自動(dòng)發(fā)電控制［J］.北京:中國(guó)電力出版社，2006

Application of Natural Gas Power Generation Technology on Artificial Island

MU Hong1，JI Yu－rong2
(1.Survey and Design Institute of Jidong Oilfield，Tangshan 063004，China;2.Tangshan Soft Electric Information Engineering Co.，Ltd，Tangshan 063000，China)

atural gas is green，clean energy.Oil production in Jidong oilfield produces a great deal of the associated gas at the early stage.The gas can only be burned at the vent due to the lack of ground supporting facilities，which cause the waste of gas resources and environmental pollution.In order to save natural gas resource and reduce air pollution in Jidong oilfield，natural gas power generation technology is used to provide power supply for artificial island.

vent natural gas power generation;generator;energy conservation;environmental protection

TM619

A

1671－3974(2012)03－0049－03

2012－03－30

穆宏(1974－)，男，大學(xué)，冀東油田勘察設(shè)計(jì)研究院工程師，從事供配電設(shè)計(jì)工作。