天然氣深冷裝置燃機尾氣余熱回收技術改造

胡建國（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

天然氣深冷裝置燃機尾氣余熱回收技術改造

胡建國（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

天然氣深冷裝置中壓縮機燃機產生大量的高溫尾氣，具有很高的回收利用價值，是提高能源利用率的重要方向之一。某天然氣處理廠針對前期投入的蒸汽余熱鍋爐具有管理難度大、運行費用高和安全性差等問題，提出采用導熱油作為熱載體回收尾氣余熱的方案，實施后取得了很好的經濟效益。

天然氣處理 深冷裝置 燃機尾氣 余熱利用 導熱油

天然氣深冷分離回收裝置 （簡稱深冷裝置），主要用于提高天然氣的加工深度，從天然氣或油田伴生氣中回收乙烷和乙烷以上的液態烴，以滿足石油化工對乙烷及液態烴日益增長的需求。在深冷分離過程中，燃氣壓縮機對集氣站輸送來的天然氣或油田伴生氣進行壓縮時產生的大量高溫尾氣，攜帶大量的熱能，具有很高的回收利用價值。

1 改造前余熱回收情況

某天然氣處理廠深冷裝置，原設計采用的是蒸汽鍋爐回收燃機排出的 400 ℃的高溫尾氣余熱，生產 0.6MPa、190 ℃ 過 熱蒸汽 10t/h，為原 穩 裝 置和冬季采暖提供熱源，實現能源梯級利用，節約能源。燃機由簡單熱循環變成聯合熱循環，正常運轉時，綜合熱效率可由28%提高到 80%以上。但該余熱鍋爐自投產以來，主要存在下列問題，致使余熱鍋爐不能連續運行，未能達到預期效果。

1） 開工率低。兩套深冷余熱鍋爐平均開工率不到30%，維護一次只能連續運行幾個月。

2） 維護量大、費用高。深冷余熱鍋爐雖然運行時間不長，但是投入了大量維護，該天然氣處理廠深冷自投產以來，余熱鍋爐累計運行時間不到4年，省煤器更換4臺，除氧器更換 2臺，維護2次，大修1次，保溫3次，加上儀表維護等，投入費用240萬元以上。

3） 余熱鍋爐原有儀表損壞嚴重，多數已經報廢。

4）余熱鍋爐帶過熱器，要求水質除鹽，原水處理 （酸堿再生） 報廢后，現在水處理為 NaCl再生，只除堿度不除鹽，對鍋爐影響較大。

5） 余熱鍋爐爐體保溫損壞嚴重，熱損失量大，這是儀表損壞的主要原因。

2 余熱回收改造

2.1方案選擇

方案一：恢復運行余熱鍋爐。需要更換水處理設備、儀表系統、換熱器，維修費用高，而且不能解決水質問題，無法實現余熱鍋爐長周期平穩運行。

方案二：改造成過熱水爐加熱原油。由于水的沸點較低，要傳遞這部分熱量需要較高的水壓（160 ℃的過熱水需要 0.6MPa以上的壓力），壓力波動時，過熱水容易汽化，操作平穩性差，而且配備工程量大。

方案三：改造成介質油爐。即將余熱鍋爐改造成導熱油加熱爐，再用高溫導熱油加熱原穩裝置的穩 前 原 油 。此方案 的 優 點[1]如 下 ：

1）導熱油對設備無腐蝕，可以延長設備使用壽命。

2） 導熱油傳熱沒有相變過程，溫度調節靈活，可以使原穩裝置平穩升溫，徹底避免原穩裝置采用蒸汽換熱經常出現的生產難題。

3） 系統效率高，熱回收率可達 95%，比蒸汽系統 66.9%提高28%，相當于多節氣271×104m3。

4）操作簡單、安全，運行費用低。

天然氣深冷裝置燃機高溫尾氣蒸汽余熱鍋爐回收與導熱油回收方案對比見表1。

表1 燃機尾氣蒸汽余熱鍋爐回收與導熱油回收方案對比表

經過方案對比，決定采用導熱油回收燃機尾氣余熱技術對該天然氣處理廠余熱鍋爐進行改造。

2.2導熱油系統工藝過程

導熱油回收系統包括：傳熱循環子系統、補燃子系統、氮氣覆蓋子系統、儲存及注油子系統、自動控制系統等，流程見圖1。

圖1 導熱油加熱爐回收燃機尾氣余熱流程圖

工藝過程導熱油經泵加壓后，進入導熱油-煙氣換熱器與高溫燃機尾氣換熱，吸收燃機尾氣余熱。升溫后的導熱油經循環系統，在導熱油-原油換熱器中對穩前原油進行加熱，從而把尾氣余熱間接傳給用熱工質，實現余熱的回收利用。換熱后的導熱油回到循環泵的入口，進行連續循環。為了確保原穩裝置的連續用熱需要，在系統中設計了補燃輻射室，與導熱油-煙氣換熱器構成導熱油加熱器，燃機故障停機時，可以啟動補燃系統，利用補燃輻射室加熱原油，滿足原穩連續用熱需要。

3 余熱回收改造效果

該工程項目總投資 400萬元，投入運行，經過9個月的運行考核，系統運行平穩，收到明顯的效果，擋板只開 1/3，回收熱負荷就達 4MW 左右，滿足了原穩用熱需要。改造效果見表2。

表2 導熱油回收與余熱鍋爐運行效果對比表

1） 年 可 節 約 天 然 氣 479× 104m3， 節 水 4.75× 104t， 節電 6.41× 104kWh，年創效益 332 萬 元， 投資回收期為 1.2 年。

2） 余熱回收最大量約7MW，燃機由簡單熱循環變成聯合熱循環，燃機綜合熱效率由30% （未投運蒸汽余熱鍋爐前） 上升到 80% （投運導熱油系統后）以上。

3） 導熱油傳熱沒有相變過程，溫度調節靈活，可以使原穩裝置平穩升溫，徹底避免了原換熱器因采用蒸汽換熱經常出現的應力拉裂造成“跑油”的生產難題。

4） 系統效率高。導熱油回收系統效率可達95%，比蒸汽系統的 55%提高 40%，相當于多節氣271×104m3。

5）導熱油余熱回收系統的運行，實現了該廠區夏季停運蒸汽鍋爐，既節約能源又減少環境污染，而且操作簡單、安全，運行費用低，具有較好的經濟效益和社會效益。

4 結論

該天然氣處理廠深冷裝置燃機尾氣導熱油余熱回收技術改造后，回收燃機尾氣余熱 4.0MW，相當于年節氣 479×104m3，創效益 332 萬元，收到了明顯的節能效果。同時，夏季停運動力站的鍋爐運行減少了工人的操作強度，提高了裝置運行的安全性，具有較好的社會效益。

導熱油系統可回收余熱能力為 7.27MW，目前除 原 穩 裝 置 利 用 4.0MW 外 ， 尚 有 3.27MW 的 熱 能無用戶，相當于 4.0t/h 的蒸汽被排放到大氣中，非常可惜。下一步本著余熱“收好用凈”的原則，做好余熱利用的配套工作，如生活熱水、冬季采暖伴熱等，以節約更多的能源。

[1]朱光順.精苯生產蒸汽加熱改導熱油加熱實踐[J].山東冶金,2001,23(3).

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.009.007

2013-05-18）

胡建國，2008 年畢業于長江大學 （化學工程與工藝專業），從 事 油 田 節 能 技 術監測評 價 工 作 ， E-mail： hjg0710@126.com，地址：黑龍江省大慶油田技術監督中心，163453。