海上油气田余热回收利用探究与实践

吕 冰

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

海上油气田余热回收利用探究与实践

吕 冰

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

海上油气田在开采和生产中蕴含着丰富的余热资源，回收再利用的空间和潜力巨大。充分利用后，节能降耗和温室气体减排优势明显，同时，具有较高的经济性。对海上油气田高、中、低温余热资源的回收和利用进行阐述，对部分实践经验进行总结，以供同行参考借鉴。

余热；回收利用；海上油气田；热泵；实践

能源是我国经济发展的基础，关系到国家经济社会的可持续发展。优化能源结构，提高能源利用效率，促进能源循环使用，是缓解我国目前能源紧张的必要手段，也是未来解决我国能源问题的重要途径。

国家已将“节能减排”上升到国家战略高度，资源的有效开发和高效利用将同等重要。海上油气生产中的余热资源丰富，但长期受制于各种客观因素，利用率偏低，余热回收利用的潜力巨大。

本文通过对海上油气田高、中、低温余热资源回收利用的实践进行归纳总结，具有较好借鉴和参考价值，能对今后类似项目起到一定的示范效应。

1 余热回收利用现状

海上油气田的能源消耗主要源于发电机组和热介质锅炉，运行中会排放大量高温烟气，这部分烟气中蕴含着丰富的余热资源，但受制于诸多客观因素并没有得到有效的回收利用，大量的烟气废热，直排大气，既污染环境又浪费热能，此种状态亟待改观。

海上油气生产中尤以高、中温余热回收利用的潜力巨大。大量燃气/燃油发电机组和热介质锅炉不停运转，排放大量烟气，该部分烟气余热的温度一般都在300～500℃，如此可观的富余热能急待回收利用。也正因为此，公司在余热回收利用上持续挖潜，加大投入，一批余热综合利用项目相继上马，效果明显。与此同时，大力发展余热综合利用已经成为公司优化能源配置，改善能源结构的重要组成部分。

2 余热烟气回收利用的技术探究

针对海上油气开采的实际情况，余热烟气的回收利用主要方向集中以下几个方面：

2.1高温余热

一般来自于海上油气田燃气燃油轮机的排放烟气，温度在350～480℃，具有排放量大、持续稳定、利用价值高等特点。

回收利用方式：①主要通过换热装置，将其装换为供热装置的一次热源，为供热装置提供热源，不再使用或减少化石能源的使用量，达到降低能耗、减少排放的目的。目前，海上油气田主要存在有两种利用趋势，一种是对海洋平台透平发电机的烟气余热进行回收利用，利用高温余热将水加热为饱和蒸汽通过换热器给原油和注水流程加热，从而替代现有的热介质油加热原油流程的模式，以解决现有模式下原油换热器换热效果不佳、热效低和热油运行养护成本高等实际问题。②另一种是通过加装余热回收利用装置，加热热介质油，作为热介质锅炉的替代或补充。

2.2中温余热

是对供热锅炉产生的二次热源（热介质或烟气）进行回收利用，进而提高热能的利用效率。

回收利用形式：热介质锅炉的排烟温度在200～350℃，且长期运行，通过加装废热回收装置，修改供热流程，利用锅炉排烟余热加热采暖水，提供冬季生活采暖用热，在不降低锅炉热效的情况下，充分利用排烟余热，节约能耗降低运行成本。

2.3低温余热

在海上油气生产过程中，通常会产生大量废热的油、气和水，温度在40～80℃左右，高些的会达到150℃左右，这部分低温余热中的油、气需要进行有效的降温后进行（油气）储存和外输，其他处理后的废热水排海。处理期间热能白白浪费，既增加处理成本也造成温室气体排放压力，合理回收利用这些低温余热意义重大，目前还处在探索和实验阶段。

回收利用方式或途径：通过热泵循环将这部分低温余热引入空调系统，由原来依靠电加热体加热改为换热模式。对于较低的余热还可以安装太阳能热泵进行热源补充，充分发挥低温余热的热效能。

3 余热的实际利用

海上油气田余热资源丰富，特别是高温余热资源量大且开发利用潜力大，技术较为成熟，实践经验丰富，具有经济性好、推广价值高等特点，适合海上油气田的实际需求。

3.1透平发电机组高温排烟余热回收利用实践

目前，海上平台透平发电机组高温余热回收利用方式主要有两类，一类在透平机组排烟管道上加装余热锅炉，通过高温烟气加热热介质或水，提供热站所需标准热源或饱和蒸汽；另一类是热管换热，采用热管（Heat Pipe）技术，通过热管所具有的高导热性能，将全封闭真空管壳内的工质间的热能传导，实现热量的互换。其具有较高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控等优点，经济效益显著。但在实际使用中也暴露出抗氧化、耐高温、耐腐蚀性较差等不足，需进一步改进完善。

案例1：xxx油田CEP平台透平发电机高温烟气余热回收利用项目。

以透平机组高温烟气作为蒸汽发生器的热源，替换原有燃油/燃气锅炉，生产标准蒸汽满足生产用伴热需求。具体实施：增加一台余热蒸汽锅炉或者热管换热器作为蒸汽发生器装置、一台原油掺混蒸汽加热装置、一套汽水混合器回注水加热装置以及一套水处理装置。水处理装置为蒸汽发生器提供合格的锅炉用水，合格的水质进入蒸汽发生器产生蒸汽。

产出的标准蒸汽根据透平实际运行情况分为两路：一路蒸汽进入蒸汽掺混原油装置来加热原油，蒸汽混入原油后变为水，且与加热后的原油混合进入电脱，替代现有的热介质油与原油换热的模式；另外一路进入回注水，进入汽水混合器将回注水加热。实践中可根据蒸汽量大小切换控制回路，满足使用的使用需求。

案例2：xxx油气田CEP动力平台，对透平发电机组排烟装置改造，加装废热回收装置，通过透平高温烟气与导热油进行换热来实现对导热油的加热，实现透平机组高温余热的充分回收、再次利用，同时减少温室气体的直接排放。

该项技术改造需加装膨胀罐，并对部分生产工艺进行提升，废热回收装置投运后，节能效果显著，基本替代原有热介质锅炉的热效，天然气消耗量大为降低，经济效益可观（效果：节省天然气8 000m3/d，全年节气200万m3左右，折合标准煤5 000 t左右，产生500万元/a以上的经济效益），具有较广泛的推广价值。

3.2锅炉中温排烟余热回收利用实践

随着油气开采规模的不断扩大以及运行成本的不断升高，调整用能结构和提高用能效率逐渐成为节能重点，也自然成为进一步挖掘节能潜力的突破口，高温余热回收利用已被广泛接受，推进中温余热有效利用也逐渐加速，其中，锅炉排烟余热有效利用就是实践中的有效途径之一，节能减排效果也日益显现。

案例1：xxx油田油气终端处理厂采用余热回收技术，通过给热介质锅炉加装余热回收装置，回收利用热介质炉的排烟余热，稳压恒温后用于处理厂生活办公综合楼宇及生产区域的采暖。该处理厂热介质锅炉正常运行期间，排烟温度一般在310～320℃，且两台主用热介质锅炉为全年运行，余热资源量丰富，利用处理厂3台（2主1备）热煤炉的排烟，驱动余热锅炉加热采暖系统循环水，换热循环水再进入原热水锅炉进行二次加热，经过充分换热后的循环水只需吸收少量热能就能达到供热要求的采暖水标准，大大降低了燃气锅炉的天然气消耗量，同时降低了碳排放量。

考虑项目成本、运行可靠性、使用寿命、后期维护等因素，该项目采用翅片管式余热回收装置，与其他类型余热回收装置（如管壳式、热管式、板翅式等）相比具有安全可靠、加工工艺简单、适用性广、阻力小、结构紧凑、布置方便等诸多优点，广泛用于气液换热场所。缺点是耐腐蚀性较差、由于锅炉燃烧器背压不足流程压降较小等，需在回收装置设计、安装时充分考虑上述因素，降低管路阻力、减少热能损失、提高回收热效率。

案例2：xxx油气处理厂通过利用三台热媒炉烟气余热及原油凝析的原通过烟囱点燃排放的天然气实现生活和办公楼宇的夏季制冷及冬季采暖。

实施形式：夏季制冷，锅炉烟气（300℃左右）通过烟气换热器置换出热水，驱动溴化锂空调机组，溴化锂空调机组产出7～12℃冷媒水，冷媒水通过原有供冷盘管经风冷对楼宇进行降温，替代原电力中央空调系统。冬季则利用烟气换热器置换出的热水并入供暖系统，替代或补充供暖蒸汽锅炉的热效，具体见下图1。

图1　锅炉中温排烟余热回收利用流程框图

3.3油气处理流程低温废液利用实践

海上油气生产热能损耗主要分布在油气水加热、分离、储存、外输等流程中，受技术、工艺、成本等诸多因素限制，处理流程中低温余热并没有得到有效利用，而是以生产废水直接排放入海，这不仅对海洋环境造成损害，也是热资源的浪费，通过技术分析和可行性研究，对这部分低温废热进行回收利用具有现实意义。

生产流程中存在大量稳定的低温热源，温度一般在40～80℃左右，回收后，开发利用的潜力较大，途径主要是通过热泵技术，适当提高温度压力，给热站用户提供合格热源，达到节能降耗效果。

案例1：xxx作业公司开展余热循环利用可行性研究，利用热泵技术，对中低温烟气和生产废水中的废热进一步加以利用，进而回收排烟和流程余热中热能。

一类形式：通过汽水换热器，向排烟中喷水降温，所产生的汽水进入热泵蒸发器中，进一步回收烟气的热量，其工艺流程如下图2所示。

图2　油气处理流程低温废液利用流程框图

其优缺点：

（1）热泵设备尺寸小，重量轻，占用空间小；能效比高。（2）系统工艺复杂，前期投资大，耗电量较高。

另一类形式：通过溴化锂吸收式热泵初级回收后，再经过汽水换热器换热，将产生的热水作为烟气型溴化锂吸收式热泵的热源。该方案的工艺流程如下图3所示。

图3　溴化锂吸收式热泵工艺流程框图

其优缺点：

（1）耗电量少，辅助装置较少。

（2）造价较高，防腐设计要求高。

4 结语

余热的回收与利用是节能降耗中的重要途径之一，虽然海上油气田余热回收利用项目不断实施，节能环保效果也较为明显，但海上平台的设计、开发、生产等情况各不相同，在回收利用中应从量和质两方面考虑，本着“按量求质，梯级利用”原则，高、中、低温余热科学分级，不同介质余热合理匹配，互为补充，将是海上油气田余热回收利用的发展方向。

换热装置在海上油气田余热回收利用中发挥着至关重要的作用，开展余热回收换热器方面的研究是提高余热利用效果的重要手段。

The Research and Practice of Waste Heat Recovery and Utilization in Offshore Oil-Gas Fields

Lv Bing

In the process of offshore oil-gas exploration and production，there contains abundant waste heat resources，recycling and reusing have great space and potential.Make full use of these resources，ES consumption reduction and GHG emission reduction of advantages are obvious，at the same time，with higher effi ciency.In this paper，the high/medium and low temperature waste heat resources in the offshore oil-gas field of recycling and utilization to expound，summarize some practical experience in order to the colleague reference.

wste heat；recycle；offshore oil-gas fi eld；heat pump；practice experience

TE98；TE08

A

1003-6490（2016）01-0030-02

2015-12-26

吕冰（1974—），男，天津人，工程师，主要从事节能减排和能源管理体系建设工作。