淺析陸地終端節能措施的應用

陳曉英

(中海油研究總院有限責任公司 工程研究設計院，北京 100028)

陸上終端節能通用做法主要由兩個方面構成：一是采用高效用能設備，二是機械設備充分利用系統能量。結合陸上終端工藝裝置用熱及流程需求，節能措施主要有天然氣回收技術、LPG回收技術、燃氣透平高溫煙氣余熱回收、系統壓力能轉化利用、火炬點火系統升級改造、氣換電節能技術等。在陸上終端新建、改擴建設計研究工作時充分利用可回收利用資源，優化能源利用方式，可以提高能源使用效率，達到節能減排目的。

1 天然氣回收技術

通過增加閃蒸氣壓縮機，將天然氣脫碳系統閃蒸塔閃蒸出來的天然氣增壓脫碳處理后外輸給下游用戶。此技術的應用大大提高了天然氣綜合利用能力，降低了能源的損耗和浪費。

以某終端為例，脫碳系統用于脫除海上來氣中所含的CO2。原設計脫碳系統閃蒸塔閃蒸出的含有部分甲烷的閃蒸氣直接排放。通過增加閃蒸氣壓縮機，將閃蒸氣進一步脫碳處理后外輸給下游用戶，每年回收天然氣310萬m3，緩解了下游用氣緊張局勢，也減少了溫室氣體排放。脫碳系統工藝流程如圖1。

本措施適合含碳氣田進行天然氣脫碳處理的陸地終端，當回收氣量過小時，應評價其回收的經濟性。

圖1 脫碳系統工藝流程圖

2 LPG回收技術

通過增加LPG回收裝置，回收上岸富氣中的C3、C4組分，在滿足天然氣用戶最低熱值要求的前提下，盡可能回收LPG，使得收益最大化。

以某終端為例，原設計處理由海上平臺輸送過來的天然氣和凝析油，天然氣脫水控烴后送下游用戶；凝析油進行脫水，穩定后儲存外銷。但由于上岸氣組分變富，氣體中含有大量C3、C4組分，回收LPG可大大增加終端的經濟效益，同時，降低了進入火炬排放系統的天然氣熱值。于2012年在終端建設了一套LPG回收裝置，項目投產后，年回收LPG產品2000～2500 t。LPG回收系統工藝流程見圖2。

圖2 LPG回收系統工藝流程圖

3 燃氣透平高溫煙氣余熱回收

3.1 燃氣透平發電機組

某終端處理廠已建四臺西門子Typhoon73型燃氣輪機發電機組和兩臺6MW UGT6000型燃氣輪機發電機組，燃氣輪機大部分熱能都通過燃氣輪機煙氣直接排入大氣，不僅造成了環境的熱污染，增加了二氧化碳的排放，更是一種能源的浪費。因此，終端考慮將目前以簡單循環模式運行的燃氣輪機發電機組改建為燃-蒸聯合循環電站，在已建六臺燃氣輪機發電機組排氣端加裝余熱鍋爐產生蒸汽推動汽輪發電機組發電，對燃機排出的中品位余熱進行回收，在有效補充當地電網電力缺口和滿足未來發展需要的同時更是節能減排，提高能源利用效率。熱力平衡見圖3。

圖3 熱力平衡圖

已建燃氣輪機發電機組運行參數如表1所示。

表1 燃氣輪機發電機組運行參數

經核算，3臺Typhoon73型燃氣輪機發電機組配置1臺雙壓立式余熱鍋爐，可生產 2.6 MPa 、430 ℃ 中溫中壓過熱蒸汽 17.3 t/h，0.42 MPa、205 ℃ 低溫低壓過熱蒸汽 3.6 t/h；2臺UGT6000型燃氣輪機發電機組配置1臺雙壓立式余熱鍋爐，可生產 2.6 MPa、430 ℃ 中溫中壓過熱蒸汽 15.1 t/h，0.42 MPa、205 ℃ 低溫低壓過熱蒸汽 3.78 t/h，項目共配置2臺余熱鍋爐。兩臺余熱鍋爐中、低壓蒸汽分別匯入高、低壓蒸汽母管并供往1臺 10 MW 汽輪發電機組發電，可推動汽輪發電機組產生 8095 kW 的電力。如將所發電力折合成燃煤電廠的標準煤耗，相當于每年節約標煤量 20836 t(發電按 350 g/kWh 計算,8000 h/a)，達到提高能源利用效率、節約能源的目的。

3.2 燃驅外輸壓縮機透平驅動端高溫煙氣余熱回收

某終端合格天然氣增壓后外輸，終端配置燃驅外輸壓縮機，壓縮機高溫煙氣直接排放大氣。結合工藝裝置用熱負荷需求，考慮將燃驅外輸壓縮機高溫煙氣熱量利用，配置余熱回收鍋爐，滿足用熱負荷需求的同時，提高能源利用效率。雙溫位余熱回收導熱油系統流程見圖4。

圖4 雙溫位余熱回收導熱油系統流程圖

根據上游開發方案，終端進站氣量達40億m3/a。擴建后，高溫位熱用戶用熱負荷 3378 kW ，低溫位熱用戶用熱負荷 14050 kW，終端已建供熱系統無法滿足用熱需求。寧波終端已建3臺 11 MW 燃驅外輸壓縮機(2用1備)，根據外輸氣量及壓力需求，擬增加1臺 7 MW 燃驅外輸壓縮機組，供熱系統設計中將燃驅壓縮機組高溫煙氣余熱回收利用，配置2臺 8.5 MW 余熱回收鍋爐和1臺 5 MW 余熱回收鍋爐，滿足工藝裝置用熱負荷需求，原供熱系統機組作為備用[1-3]。采用余熱回收鍋爐配置方案，節省燃料氣約2475×104m3/a。

4 系統壓力能轉化利用

脫碳裝置中吸收塔通常在高壓下操作，吸收塔底出來的高壓富液降壓后進富液閃蒸罐，罐底富液升溫后進再生塔。而再生塔在低壓下操作，再生塔底的MDEA貧液降溫冷卻后增壓進入吸收塔頂部，因此需要用貧液泵將再生塔底來的貧液加壓至高壓后進入吸收塔。

為充分利用富液壓力能，可考慮在脫碳裝置中設置液力透平，富液壓力能經過透平，將富液能量轉化成泵軸的旋轉機械能驅動貧液泵，從而減少貧液泵的電機出力[4]，見圖5。

在某項目中，經方案比選，采用液力透平+電動機驅動貧液泵方式，可回收能量 151 kW，全壽命周期內節省投資193萬元。在其他已建終端脫碳裝置中也配置了液力透平泵，有效提高了能源利用。

針對脫碳裝置中貧液泵配置還應綜合系統能量利用、設備運行工況及裝置全周期經濟性進行方案比選，合理配置貧液泵選型。

圖5 MDEA脫碳裝置-配置貧液透平泵

5 火炬點火系統升級改造

在改進型火炬點火系統中采用亞格布電梯理論，并輔以PC機和PLC智能控制技術，實現了自動點火管理系統，提高了火炬點燃的可靠性。

某終端的高、低壓放空火炬由于地處海邊，當風速過高時必須保證點火火焰足夠大，以防可能出現脫火現象，所以高空點火器的燃料氣源一定要足夠，且保證在高量氣源下的點火成功率。設計中利用現有的工藝和電氣條件，給高、低壓放空火炬增加一套可靠的現場手動點火系統。高、低壓火炬手動點火系統包括：現場控制柜、二次式高空點火器、高壓發生調理器、電磁閥配套總成、高壓瓷橫擔及安裝總成、多股不銹鋼絲繩等，某終端安裝新型火炬頭后，從上述火炬點火的成功率達到了100%，可靠性也提高到100%，操作安全性大為提高。火炬的放空量也從每天均燃放量的1.8×104m3/d，減至0.5×104m3/d。每年可節約天然氣25.5×104m3/d[4]，實現經濟效益20.2萬元。

6 氣換電節能技術

將地方電網引入陸地終端，代替終端自發電燃氣透平機組，既提高供電可靠性，又節約了優質天然氣，降低了終端溫室氣體的排放。

陸地某終端除生產合格天然氣外，還負責向周邊電廠、省市居民供氣。在終端建造初期，由于當地不具備穩定供電條件，為保證生產系統正常連續運行，在研究設計階段就確定了完整的自供電系統方案(終端自供電由兩臺燃氣輪機發電機、應急發電機及配套的控制系統組成)。隨著當地經濟的高速發展，地方電網在海南的供電系統已經完善，具備可靠、穩定的供電能力；加上本地市民用氣的快速增加，原商定的燃氣供應量已無法滿足市民用氣要求。為解決本地市民供、用氣存在的矛盾及響應國家節能減排號召，本著“雙贏”原則，擬將終端由自備供電改為南方電網供電，停用終端兩臺燃氣輪發電機組，將節省的天然氣供給當地居民用氣。

終端改造工程量如下：新裝SCB-2500/10/3.3 kV 帶保護外殼干式變壓器2臺、新裝 10 kV 配電柜11面、新裝 3.3 kV 配電柜12面、電容器組2組(補償容量為 800 kVar)、直流電源裝置1面、新增計算機監控系統一套、自動滅火裝置一套、敷設YJV22-3.6/6-3×300電纜雙回、敷設市網電纜、新增配電房內照明及通風裝置。

項目實施后每年可以給下游增加供氣 414 m3，由此可增加天然氣銷售收入約828萬元(天然氣價格按2元/m3計算)；每年外購電力473萬kW·h，費用為307.45萬元(電價按0.65元/kW·h計算)。本項目每年可帶來約500萬元的經濟效益。

7 結語

通過研究分析，在陸上終端新建、改擴建設計研究工作時應充分利用可回收資源，優化能源利用方式，提高能源使用效率，同時降低煙氣排放對環境的污染。這也是深入貫徹習近平生態文明思想，落實“碳達峰、碳中和”的措施。