大港天然气处理站余热回收与利用

武茂芹（大港油田天然气公司）

1 生产现状

大港油田天然气公司是对本油田生产的天然气进行集输、净化处理、外输和销售于一体的综合性公司，实际生产能力为年集输、净化处理油田伴生气3.6×108m3，输送长庆油田陕气10×108m3，以及从油田伴生气中生产出高附加值的液化石油气、稳定轻烃及其深加工产品，为大港油田公司创造了巨大经济效益。

公司生产系统具有设备密集、自动化程度高、能耗巨大等特点，其中天然气处理站能耗占公司总能耗90%以上，该站为24h运行的集天然气的净化外输、液化气的生产、轻烃深加工为一体的综合性大站，主要生产装置为液化气回收装置，用于进行天然气的净化外输和液化气、轻烃回收。

1.1 生产能耗

天然气处理站生产装置在运行过程中，为保证办公楼夏季制冷、冬季正常采暖和伴热需要，使用空调和锅炉，耗能巨大。

夏季，处理站办公楼均采用空调制冷，总共有功率为735～3675W的空调近80余台，每天耗电1200kWh以上。

冬季，运行一台10t的蒸汽锅炉，为生产工艺管线提供伴热，同时为职工办公室采暖提供热源，每天消耗天然气12000m3、水220m3、电960kWh。

1.2 可利用余热

在实际生产过程中，根据生产工艺需要，工艺天然气需要升温和降温过程，有大量的废热被排放到大气中，如果将工艺废热加以合理利用，将有效降低处理站能源消耗。

压缩机组废热：由于汽缸需要冷却，冷却水不断降低汽缸温度，冷却水通过风冷却，产生废热；

生产装置的热媒炉和再生气加热炉为装置提供热源，同时将大量废热通过烟囱散放到大气中。

2 余热回收关键技术

2.1 一体化热水直燃非电空调技术

2.1.1 制冷原理

在正常大气压力条件下，水要达到100℃才沸腾蒸发，在低于大气压力（真空）环境下，水可以在温度很低时沸腾。本项目空调机组使用的溴化锂是一种吸水性极强的盐类物质，可以连续不断地将周围的水蒸气吸收过来，维持容器中的真空度。

直燃机正是利用溴化锂作吸收剂，用水作制冷剂，用天然气、柴油等燃料作加热浓缩的能源。其制冷机理如下：从空调系统来的12℃冷水流经蒸发器的换热管，被换热管外真空环境下的4℃的冷剂水喷淋，冷剂水蒸发吸热，使冷水降温到7度。冷剂水吸收了空调冷冻水的热量变成水蒸气，进入吸收器，溴化锂溶液将蒸发的热量吸收，通过冷却水系统释放到大气中去。变稀了的溶液经过燃烧再次加热产生水蒸汽，如此循环[1]。

2.1.2 制热循环

燃烧的火焰加热溴化锂溶液，溶液产生的水蒸气将换热管内的制热温水、卫生热水加热，凝结水流回溶液中，再次被加热，往复循环。

2.2 高温热泵技术

高温水源热泵机组工作原理：热泵中的制冷剂通过压缩机驱动，在闭合的管道回路中不断循环，简单地说就是制冷剂通过压缩机的驱动在蒸发器（与低温热源接触） 膨胀蒸发吸收热量，变成高温低压气体，经压缩机加压后变成高温高压气体，然后进入冷凝器（与高温热源接触） 放出相变潜热，成为低温高压液体，此后又经节流器绝热节流成为低温低压液体再回到低温热源处进入下一次工作循环，见图1。经过制冷剂的循环，高温热源处不断得到热量从而达到制热的目的。在整个过程中，制冷剂只是把从低温热源处吸收到的热量连同压缩机对其所做的功传递给高温热源，所以并未违背能量转化和守恒定律[2，3]。

图1 热泵工作原理

3 改造方案

3.1 加热炉烟气余热利用改造方案

在处理站加热炉区为2台加热炉各新建1台烟气余热回收装置，具体作法为在现有加热炉烟囱处引烟气旁路，进烟气装置换热，换热后烟气再排至烟囱，烟气余热回收装置产生的95℃热水由循环泵输送至溴化锂一体化机组，为机组蒸发器提供热源，回水再回至余热装置进行加热。系统补水采用站内自来水。

3.2 压缩机热水余热利用改造方案

在压缩机装置区新建1套高温水源热泵。2台压缩机冷却水出压缩机后分别进入2台板式换热器，换热降温后再输回压缩机，冷却水的循环依靠压缩机自带的冷却水循环泵进行。

板式换热器加热的热媒先输至热泵，为热泵的蒸发器提供热源，然后再回至热媒泵，经泵加压后输送至板式换热器循环工作。

热泵产生的80℃热水通过伴热总管输至站内工艺伴热和采暖热用户，回水通过热水循环泵再送至热泵进行加热。伴热、采暖热水循环系统采用站内自来水进行定压补水。

3.3 一体化机组连接方案

一体化机组卫生（采暖）热水接至锅炉房，与原有热水采暖系统相接，利用原有室外热水采暖管网，供原热水采暖单体冬季采暖。一体化机组与热泵机组并联，一旦热泵机组停机，由一体化机组临时供热泵机组负荷，实现紧急备用。

4 实施效果

项目实施后，实现了处理站生产过程余热的利用，停掉了耗水耗电的设备，节约了天然气和电能，提高了大港油田公司的整体经济效益。

1）经济效益。方案实施前，公司每年需投入191.1984万元，用于保障正常生产伴热和职工夏冬季办公；实施后，每年公司仅需要投入成本51.08万元，每年可节约费用140.12万元。

2）社会和安全效益：

◇工人劳动强度大大降低。实施前，需要12个人对锅炉系统、辅助系统、热水采暖系统进行检查和巡检，实施后，系统可以实现计算机监视和无人操作。

◇降低了安全生产风险，停止大型压力容器设备——锅炉的使用，有效减少生产运行的风险，提高安全平稳生产的能力。同时，锅炉系统作为供热的紧急备用炉，还为每年装置大检修安全处理提供蒸汽。

[1]陈文紧.天然气直燃型溴化锂吸收式冷热机组在办公楼中的设计应用[J].广东土木与建筑,2011(11):52.

[2]李洪斌,杨先.热泵与节能[J].现代物理知识,1994(10):15-16.

[3]孟富春,董明,李先瑞.组合式热泵系统的原理分析[J].供热制冷,2003(10):54-56.