塔里木英買處理廠余熱回收利用的可行性分析

唐建 侯新利 文雷 鄭民君 杜中科(中國石油塔里木油田分公司天然氣事業部， 新疆 庫爾勒 841000)

0 前言

隨著新《環境保護法》的實施，國家對能源利用、環境保護及經濟效益有了更高的要求。尤其在石油化工生產過程中，工業排放的有壓有熱廢氣不僅造成能源的浪費且還對環境有污染影響，有些廢氣余熱的能量幾乎和有用功相同[1]，沒有達到節約能源、保護環境的要求。因此，塔里木油田英買作業區響應國家的號召，開發余熱利用技術，更充分的利用燃氣資源，在節能、環保的同時創造經濟效益[2]。

我國工業企業中余熱余能資源只占整個輸入能源的7.3%，而余熱余能資源回收率僅為34.9%[3]。尤其石油工業中各種熱能轉換設備、用能設備和化學反應設備會產生大量的未被充分利用的冷量與熱量。因此，余熱余能回收利用潛力巨大，余熱回收利用等同于對另一種新資源的開采。

塔里木油田英買作業區地處塔克拉瑪干大沙漠北部，是我國目前最大的凝析氣田群。英買處理廠處理英買作業區的凝析氣，在處理廠的天然氣脫水裝置中，有大量的余熱未得到有效的利用。研究新的工藝方法和設備將余熱余能進行有效的回收利用，既可以取得節能效果，也能創造較大的經濟效益。

1 英買處理廠運行現狀

1.1 天然氣脫水流程

英買處理廠天然氣脫水裝置采用的是分子篩脫水工藝，分子篩脫水塔內裝填4A型分子篩。每套裝置采用四塔流程，兩塔并行吸附，一塔再生和一塔冷卻，總共有A列和B列兩套天然氣脫水裝置。

工藝流程為(如圖1所示)：從上游來的溫度大約為30℃的原料氣通過高效過濾器進行氣液初步分離，進入處于吸附狀態的分子篩塔1#和2#，使原料氣含水降到10ppm以下。脫水后的氣體首先進入粉塵過濾器脫除夾帶的粉塵，然后去低溫分離器進行冷凍分離。分子篩塔的冷吹氣(或再生氣)取自原料氣，氣量大約為12000m3/h，冷吹氣首先經過冷吹氣高效過濾器進行氣液初步分離后，進入剛剛從加熱階段切換過來的分子篩塔3#，對分子篩進行冷卻，冷吹氣將分子篩的熱量攜帶走，出3#塔的冷吹氣從溫度升高到40～50℃，將作為再生塔的再生氣進入再生氣換熱器，而再生氣的熱量由導熱油系統提供，導熱油進加熱器溫度為285～310℃，出加熱器溫度為270～280℃。將再生氣加熱至275℃左右，去分子篩塔4#脫除干燥劑吸附的水分，最后溫度約為275℃的再生氣經再生氣空器被冷卻至30℃后去再生氣分水罐分離出冷凝下來的水，最后再生氣返回至分子篩原料氣入口管線。

圖1 分子篩脫水流程圖

分子篩脫水塔脫水、再生操作過程的切換都是通過DCS控制系統對程序控制閥進行時間控制來完成。其中兩塔處于并行吸附狀態，吸附時間8個小時，一塔處于冷卻過程，冷卻時間4個小時，一塔處于再生過程，一個再生周期時間4個小時，四個塔交替循環使用滿足連續干燥的目的。

1.2 脫水裝置余熱計算

從天然氣脫水裝置流程分析可以看出，再生氣空冷器將再生氣從最高275℃急劇冷卻至30℃后去再生氣分水罐分離出冷凝下來的水，最后再生氣返回至分子篩原料氣入口管線。再生氣被再生氣空冷器冷卻后的大量余熱未被有效利用而白白被排放至大氣中，因此研究某些方法和設備將排放至大氣中的余熱有效的回收利用，既可以取得節能效果，同時還能創造較大的經濟效益。

再生塔的再生周期為4個小時，四塔交替循環，再生氣空冷器將再生氣從最高275℃急劇冷卻至30℃。以A列天然氣脫水裝置為例，可計算出在一個再生周期內，再生塔的再生氣通過再生氣空冷器降溫后排放到大氣中的熱量Q。

式中：c為再生氣在275℃時的定壓比熱容值，3.031kJ/(kg·℃)；m為再生氣在一個再生周期內通過再生氣空冷器的質量，kg ；ρ為再生氣的密度，kg/m3，ρ=0.717 ；v為再后氣的體積，m3；Δt為再生氣通過再生氣空冷器后的溫度差，245℃。

由式(1)和式(2)計算可得：Q=2.56×107kJ

處理廠兩列天然氣脫水裝置每天再生氣通過再生氣空冷器降溫后排放到大氣中的總熱量Q總為：

式中：QA為A列脫水裝置一天排放的熱量，kJ；QB為B列脫水裝置一天排放的熱量，kJ。

通過以上計算，得到處理廠天然氣脫水裝置再生氣一天通過再生氣空冷器排放的總熱量Q總=3.08×108kJ。

2 余熱回收方式分析

2.1 余熱回收使用方式

根據被加熱介質的不同，現有余熱使用方式主要有三種[4]：使用余熱加熱空氣；使用余熱加熱燃油；使用余熱加熱給水。

調研發現，英買作業區員工生活公寓和處理廠站內辦公公寓的熱水供應和冬季供暖水全部由處理廠的低壓燃料氣輸送至公寓通過鍋爐燃燒加熱。通過計算得到，天然氣處理裝置的兩套分子篩脫水裝置的再生氣一天通過再生氣空冷器排放的總熱量達到3.08×108kJ。因此，根據英買作業區實際情況，天然氣脫水裝置的余熱回收采用加熱給水方式，通過簡單的工藝改造，使用排放的熱量對常溫水進行加熱后輸送到作業區公寓和站內辦公公寓，這樣不僅可以取得節能效果，同時還能創造較大的經濟效益。

圖2 余熱利用工藝流程改造圖

2.2 余熱回收流程設計

設計的余熱回收工藝流程主要是利用通過再生氣空冷器降溫排放的空氣熱量與常溫水進行熱交換，余熱利用工藝流程設計如圖2所示：再生氣通過再生氣空冷器降溫排放的空氣熱量進入到換熱器，空氣熱量經過換熱器的殼程，同時從凈化水罐來的常溫水經過換熱器的管程，兩者在換熱器處交換熱量；換熱后空氣排放至大氣。并在換熱器水出口設置一個溫度控制閥控制熱水溫度，達到溫度要求的熱水進入保溫水槽，最終通過水泵將熱水輸送至公寓和站內。

3 經濟效益分析

通過計算，天然氣處理裝置的兩套分子篩脫水裝置的再生氣每天通過再生氣空冷器排放的總熱量達到3.08×108kJ，天然氣的熱值約為37.62×106J/m3(即每立方天然氣燃燒大約放出37.62×106J的熱量)。排放的3.08×108kJ熱量大約相當于8187m3天然氣燃燒放出的熱量。以換熱器的換熱效率為80%計算，則每天可節約相當于6550m3的天然氣，一年則可節約大約2.40×106m3的天然氣，價值大約240萬元，而余熱回收改造費用大約只需150萬元，當年即可收回成本。因此，通過改造不僅可以取得節能效果，同時還能創造較大的經濟效益。

4 結語

英買處理廠余熱回收利用技術的思路，通過對流程進行簡單的改造，不僅可以創造經濟效益，同時也可以帶來較大的社會效益和環境效益，不僅可以減少向大氣釋放的污染物，還大大節省了能源，達到了節能減排的效果。

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[1]宋曉俊，楊永彬，王洪松等.塔中油田燃氣電站余熱回收利用的可行性研究[J].石油石化節能，2013(3)：10-13.

[2]王汝武.節能技術及工程實例[M].北京：化學工業出版社，2006：25-36.

[3]周耕，王康，陳思.工業余熱利用現狀及技術展望[J].科技情報開發與經濟，2010，20(23)：162-164.

[4]賀濤.鍋爐系統煙氣余熱利用技術研究[J].機械管理開發，2012，4(128) ：47-48.