天然氣壓縮機煙氣余熱回收技術應用

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40余臺，主要分布在準噶爾盆地腹部、西北緣等油氣生產站場。在用天然氣壓縮機存在熱能利用率低、排煙溫度高、煙氣余熱未回收利用等問題。天然氣壓縮機的整體熱能利用率僅為30%，排煙溫度介于300～650℃，高溫煙氣直接外排，造成了大量熱能浪費，并帶來環境污染的問題[1-2]。所以開展節能技術攻關應用，提升壓縮機組的整體熱能利用水平，達到節能降耗的目的。

1 天然氣壓縮機煙氣余熱回收技術

1.1 余熱負荷計算

新疆油田某處理站建有天然氣處理系統1套，在用2臺470 kW燃氣壓縮機，排煙溫度在380～400℃，按降低至50℃設計，計算可回收余熱功率為722 kW。處理站壓縮機余熱回收參數見表1。

表1 處理站壓縮機余熱回收參數

處理站原油總需加熱負荷為9 836 kW，天然氣壓縮機組余熱回收系統可提供722 kW，剩余9 114 kW由處理站原有的蒸汽鍋爐提供。通過余熱回收計算[3]，單臺燃氣壓縮機組余熱回收功率為361 kW。燃氣壓縮機組余熱蒸汽鍋爐換熱功率按900 kW設計，額定壓力1.6 MPa，架空安裝。煙氣回收余熱鍋爐設計參數見表2。

表2 煙氣回收余熱鍋爐設計參數

1.2 余熱回收工藝

根據天然氣壓縮機組的布局，余熱回收工藝采用二拖一的方式（2臺天然氣壓縮機配備1臺余熱蒸汽鍋爐）回收煙氣余熱。回收的煙氣余熱[4]用于加熱原油和預熱站內蒸汽鍋爐給水。余熱回收系統工藝流程是由引風機將2臺天然氣壓縮機煙氣引至后端設置的余熱蒸汽鍋爐，余熱蒸汽鍋爐由汽包、省煤器、上升管和下降管等組成，余熱回收系統所需的軟化水（15℃）經軟水泵送入省煤器預熱后，一路進入余熱蒸汽鍋爐汽包，在汽包內產生0.8 MPa的飽和蒸汽，蒸汽輸送至分汽缸后進入蒸汽摻熱器，對原油進行加熱；另一路軟化水在省煤器中預熱后回至站內蒸汽鍋爐給水箱[5-6]。天然氣壓縮機煙氣余熱回收系統工藝流程見圖1。

圖1 天然氣壓縮機煙氣余熱回收系統工藝流程

1.3 現場應用情況

天然氣壓縮機煙氣余熱回收技術應用以來，天然氣壓縮機組運行正常，余熱回收系統運行穩定。通過對運行參數的統計分析，天然氣壓縮機煙氣余熱回收技術應用后，取得了明顯應用效果。天然氣壓縮機的排煙溫度從312～372℃降至43～59℃，平均溫降291℃；余熱蒸汽鍋爐每小時生產蒸汽量0.41～0.58 t；站內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

本次壓縮機煙氣余熱回收技術先導性試驗，主要工藝是在壓縮機煙道尾部末端加裝換熱裝置，將高溫煙氣引至換熱裝置內完成相關換熱過程，回收煙氣余熱。該工藝未改變壓縮機組的原有工藝流程，也未對壓縮機組本體進行改造。僅考慮在壓縮機煙道處增設了至換熱裝置的煙道管線，當煙氣外排不及時或不充分時，會造成排煙壓力（即壓縮機背壓）的升高，當排煙壓力過高時易造成機組機械故障，通過引風機優化設計，該影響可完全消除[7]。

通過對運行參數的統計分析，系統排煙壓力可控制在444～566 Pa，滿足設備要求排煙壓力小于1.2 kPa的要求，對機組運行未造成影響。同時，改造前后壓縮機機組效率測試報告顯示，改造前后壓縮機的機組效率未發生變化，說明壓縮機煙氣余熱回收技術未對機組效率產生影響[8]。

天然氣壓縮機余熱回收系統投用至今，壓縮機組運行正常，未出現運行故障，壓縮機機組效率未變化，證實壓縮機煙氣余熱回收技術的工藝穩定性及系統安全性。

3 應用效果評價

節能技術應用后分2次對壓縮機煙氣余熱回收裝置應用效果進行了測試，運行工藝為1#、2#壓縮機并列運行，煙氣通過三通閥匯集到余熱回收裝置。監測結果顯示壓縮機排煙溫度由347℃降至45℃，余熱利用量825.3 kW，余熱利用量占壓縮機輸入能量百分比為42.9%，天然氣壓縮機組的熱能利用率從20%提升至62.9%。

根據現場運行實際，蒸汽鍋爐產蒸汽量按0.5 t/h，站內蒸汽鍋爐給水量為4.6 t/h，鍋爐給水溫升按77℃計算，壓縮機煙氣余熱回收技術投用后，年可節約天然氣67.9×104m3（標況），年節能效益為78.1萬元，投資回收期為2.3年，節能效益顯著。

此外，通過對燃氣壓縮機和余熱回收系統運行報表分析，投用至今，各項生產參數穩定，系統運行正常處理站燃氣壓縮機余熱鍋爐運行情況見表3。運行過程中日產生冷凝水量0.6 t左右，冷凝水的產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溫度以下，實現冷凝，設計時對省煤器部分進行了重點防腐，余熱回收系統設冷凝水回收處理裝置，冷凝水經回收后排入站內污水系統[9-10]。

4 結論

天然氣壓縮機是油氣生產站場重要的用能設備，其排煙溫度高造成能量浪費問題突出，開展節能提效工作非常有必要。通過分析余熱潛力，設計余熱利用工藝，開展了天然氣壓縮機煙氣余熱回收技術試驗，試驗證實，該技術使得壓縮機排煙溫度降低了302℃以上，余熱利用量達825.3 kW以上，天然氣壓縮機組的熱能利用率提高了42.9%，節能效果顯著。試驗證明煙氣余熱利用技術在燃氣壓縮機上應用是可行的，該技術的應用，既解決了高溫煙氣的外排問題，又可有效減少高溫煙氣對空氣的熱污染，是一項節能減排的實用技術，有良好的經濟效益和環境效益，應用前景廣泛。

表3 處理站燃氣壓縮機余熱鍋爐運行情況

通過對天然氣壓縮機煙氣余熱回收技術的實際應用及效果跟蹤評價，同時驗證了天然氣壓縮機煙氣余熱回收技術的安全性和經濟性，為該技術在新疆油田的進一步推廣應用奠定了基礎。