利用內燃機余熱為熱介質系統加熱研究

龔 玉 林王棟

（中海油能源發展股份有限公司采油服務深圳分公司廣東深圳518067）

利用內燃機余熱為熱介質系統加熱研究

龔 玉 林王棟

（中海油能源發展股份有限公司采油服務深圳分公司廣東深圳518067）

本文介紹了111FPSO余熱回收工程的熱介質系統，總結了熱介質系統設計時原有系統和新增系統的鏈接和隔離，并闡述了熱介質系統的注油、調試方案和操作規程。在類似的余熱回收項目中，對熱介質系統應保留原有的功能，采用閥門隔離的方式較為符合工程實際。特別是增加余熱回收后，熱介質系統的最高點可能會高于膨脹罐的高度，給膨脹罐加壓是較為合理的方式。

FPSO；內燃機；余熱利用；熱介質系統

1 前言

海洋石油111FPSO目前共配有5臺7760kW的原油發電機。三臺10000kW的熱介質油鍋爐，用于原油加熱。目前熱介質油鍋爐長期處于最低負荷運行狀態，每日消耗原油8t～10t。同時發電機的尾氣長期對空排放，既浪費了大量的可回收能源，同時也造成了對大氣的熱污染。

因此，采油服務公司于2011年提出了本項目，通過加裝余熱回收裝置對發電機尾氣余熱進行回收利用，替代熱油鍋爐加熱熱介質油，實現節能減排的良好經濟效益和社會效益。

2 未安裝余熱回收時熱介質系統現狀

熱介質系統的目的是為FPSO上的熱用戶提供充足的熱源，使各熱用戶達到一定的溫度，以滿足工藝處理的要求。本系統選用性質穩定的合成烴混合物作為熱介質，其攜熱能力強，難揮發，不易燃，可循環使用。燃料為原油或柴油，正常生產時以原油為燃料，燃料原油系統供油故障時以柴油作燃料。

熱介質系統是一套密閉系統，熱介質運行在獨立封閉的管路中，只與熱用戶交換熱能。熱介質經過循環泵加壓，進入熱介質鍋爐內被加熱，然后攜帶著大量的熱能，流經各用戶（熱交換器、加熱盤管等）進行熱能傳遞，經過換熱后，冷的熱介質匯集在一起，又回到循環泵進口，再進行增壓，加熱，換熱，如此反復循環，提供穩定的熱源。在加熱過程中產生的煙道尾氣進入惰氣系統。在系統內最高點設有膨脹罐，收集熱循環過程中的熱介質膨脹余量，亦可補充循環過程中的熱介質損耗，從而保證系統中有相對穩定的熱介質循環量。在機艙內設有熱介質儲存（補充）罐和熱介質泄放罐，可在系統運行時進行熱介質補充和在應急時接收熱介質的排放。熱介質鍋爐設有二氧化碳保護裝置，當爐內溫度過高或管線破裂發生火災時可自動噴放，消除火災。

表1 熱介質系統組成

表2 熱介質用戶表

表3 熱介質鍋爐設計參數

2.1 熱介質系統組成（設備及用戶）

表1所示為111FPSO熱介質系統的基本設備，該系統已經通過幾年的運行，完全能夠滿足生產所需。當增加余熱回收裝置后，則需增加一部分熱介質油，同時增加余熱回收裝置，故對原有的系統造成一定的沖擊。因此，在設計余熱回收裝置來替代鍋爐時，應考慮熱介質系統最優化的解決方式，保證原有系統改動最小且滿足功能需求。

表2所示為各個用熱設備。根據現場和工程師交流可知，原油首先經過高壓分離器，然后是原油換熱器，最后經過低壓分離器和靜壓脫水器。熱介質油在加熱原油過程中，由于從鉆井平臺的原油溫度較高，故給原油加熱的熱介質油的用量不大，熱介質油的主要在于給倉底的原油保溫，使其處于流動狀態。

2.2 熱介質系統運行情況

表3所示為熱介質鍋爐設計情況，實際是設計值偏大，運行1臺鍋爐就能滿足現場加熱需求。注明：熱介質循環泵的排量：301m3/h；實際進出鍋爐的熱介質溫度：進口75℃、出口96℃；目前用一臺鍋爐即可滿足熱介質用戶的需要。

圖1 二期余熱回收改造工程熱介質系統圖

3 增加余熱回收后熱介質系統情況

燃油鍋爐系統與余熱回收裝置系統采取并聯的方式運行。兩臺余熱回收裝置D/E形成一個余熱回收裝置系統，每臺之間采取并聯的方式運行，每臺余熱回收裝置進出口都有快關閥，當余熱回收裝置不運行時關閉進出口快關閥，通過余熱回收裝置系統熱油進口總管與出口總管之間的手動調節旁通閥，熱油會直接旁通到出口總管。原先的3臺燃油鍋爐A/B/C組合成一個燃油鍋爐系統，每臺之間都是并聯方式運行。原先的4臺循環泵組成一個循環泵系統，每臺之間都是并聯運行。經過余熱回收裝置系統加熱后的熱油經過節流孔板后直接到達熱油分配系統，經過分配系統的分配供給到各個艙室加熱。故現場需要增加4個大閥門來隔離現有系統和原有系統。

熱介質膨脹罐的改造：沒有安裝余熱回收裝置時運行液位為0.55m～0.6m，高度與發電機組的水平煙囪低上2.5m。現有的膨脹罐采用閉式系統，新增熱油系統盡管熱油整體高度有所提高，只需將氮氣瓶的壓力1bar～1.5bar即可。

圖2 現場熱油總管改造圖

4 注油、蒸發調試方案

4.1 加注熱油

膨脹罐注油加壓，加壓至100KPa；檢查熱油管線閥門開關狀態，抽掉熱油閥門盲板；關閉泄放隔離閥和泄放閥；打開進出口快關閥（DE余熱回收裝置同時打開）；打開補油閥（DE余熱回收裝置）和補油隔離閥；打開管路頂端透氣閥（DE），用桶接滲油（觀察都無空氣放出都是滲油時關閉透氣閥）；啟動補油泵，加注熱油；補油結束后關閉補油泵；關閉補油閥（DE余熱回收裝置）和補油隔離閥。

注意事項：膨脹罐注油加壓前后需保持膨脹罐油位，確保油位在1/3-1/2并且不低于低位報警位；加注熱油過程中，注意觀察管線、閥門、法蘭等等，防止熱油泄露；打開管路頂端透氣閥，派專人看守觀察，防止非正常泄露，補油結束后應馬上關閉。

4.2 水分蒸發

啟動兩臺（至少兩臺）熱油循環泵，其中一臺作為余熱回收裝置系統循環泵；打開對應的兩個隔離閥（運行鍋爐對應的隔離閥開度調小）；打開總管隔離閥后，關閉非運行鍋爐的熱油出口閥門；通過運行鍋爐將熱油溫度逐步升高至130℃以上（分階段運行，2～3天）；每一階段水分蒸發過程結束，循環泵繼續運轉30min后，停止余熱回收裝置對應的循環泵，關閉對應的兩個隔離閥、總管隔離閥，打開非運行鍋爐熱油出口閥門；重復上述過程，直到全部運行24h以上。

注意事項：每一階段水分蒸發結束后，打開膨脹罐頂部透氣閥門，將水蒸氣排除后關閉；過程中注意觀察管線、閥門、法蘭等等，防止熱油泄露；過程中一直要持續運行鍋爐保持熱油溫度在130℃以上，以實現水分完全蒸發。

5 合并后的熱油系統操作規程

檢查熱介質膨脹罐液位，確保油位在1/3-1/2并且不低于低位報警液位，檢查膨脹罐壓力并進行加壓至1.5bar；檢查并打開準備要啟動的用于余熱回收裝置系統的熱介質循環泵的進出口閥、往余熱回收裝置系統的對應的進口隔離閥、余熱回收裝置系統的總出口隔離閥、余熱回收裝置的進出口快關閥、余熱回收裝置的出口手動調節閥、測量孔板兩端的截止閥和所有壓力表閥等，關閉對應熱介質鍋爐的出口閥門；檢查并啟動對應的熱介質循環泵，檢查余熱回收裝置的進出口壓力值、壓差流量計的壓差值、壓差變送器的壓差值和流量積算儀的流量值等參數；維持熱介質循環泵運轉30min后，停止循環泵，關閉余熱回收裝置系統的進口隔離閥和總出口隔離閥。一般情況下，煙氣旁通后不關閉余熱回收裝置系統的進口隔離閥和總出口隔離閥，維持熱介質循環泵的運轉保持熱介質在余熱回收裝置內循環即可；如果需要運行對應的熱介質鍋爐，則等待熱介質循環泵運轉30min后關閉余熱回收裝置系統的進口隔離閥和總出口隔離閥，打開熱介質鍋爐對應的進出口閥門，啟動熱介質鍋爐即可。

注意事項：如果需要保持熱介質循環泵繼續運轉，需要打開熱介質循環泵對應的鍋爐進出口閥以保持循環；余熱回收裝置出現泄漏報警時，應先打開泄漏報警裝置出口閥門，確認泄漏報警物質（油或者水），如果水直接排放，如果是油則需排至污水倉；當余熱回收裝置熱負荷大于生產所需熱負荷時，建議將熱量用掉，防止進入余熱回收裝置熱油溫度過高，影響熱回收效率。

6 結語

本文通過介紹了111FPSO余熱回收工程的熱介質系統，闡述了熱介質系統的注油、調試方案和操作規程，得出了如下結論：在類似的余熱回收項目中，對熱介質系統應保留原有的功能，采用閥門隔離的方式較為負荷工程實際。加注熱介質油和給熱介質油蒸發水分時應注意防止泄露。特別是增加余熱回收后，熱介質系統的最高點可能會高于膨脹罐的高度，給膨脹罐加壓是較為合理的方式。