关键词：透平烟气余热回收系统设计；运用；
目前海上油田透平烟气余热回收方式以安装余热回收装置加热导热油为主，余热回收装置利用透平高温烟气对导热油进行加热，建立导热油加热系统的循环，满足生产现场的需要。目前一部分海上油田已采用以上方式回收透平烟气余热，但生产现场的热需求有限，仍有大量的透平烟气余热无法回收利用，还有一部分海上油田由于缺乏有效的方式或措施而没有实施透平烟气余热回收，这样就造成大量余热资源的浪费。
一、概况
某海上油田现有3 台燃气透平发电机，单台发电机额定功率为4750 kW，现2 台运行1台备用，平均负荷为4000 kW。由于海上平台空间布局的局限性，透平发电机原设计没有烟气余热回收设施，大量高温烟气直接排出。若能对高温烟气热量进行回收利用，会带来巨大的节能减排效果及经济效益。
二、透平烟气余热回收系统设计与运用
1.余热回收装置工作原理。余热回收装置是利用透平发电机组的高温烟气与加热盘管里循环的导热油进行热交换，从而使导热油达到一定的温度去为用户供热。通过各种温度传感器可以分别对烟气的温度和热油出口的温度进行检测、报警和控制。换热器实际上是一种锅炉只是将锅炉中的燃烧器用发电机的尾气取代。在烟气端，锅炉是按照三通结构和热油的强制循环并根据单管原理制造。本项目新增的余热回收装置，是利用透平发电机组排出的高温烟气通过透平发电机尾部的烟道，以对流的形式进入余热回收装置内的换热盘管，换热盘管获得的热量直接传递给导热油，实现对导热油的加热。该余热回收装置盘管围绕着同一个中心
紧紧盘绕在一起，这些同轴心盘管安装在一个气密的壳体内，进出口盘管连接到经济器出口的集合管上，内部盘管相互紧紧盘绕在一起并且用焊接法兰紧固，两部分之间的间隙选择以利于烟气通过时有很高的速度并使压降保持在容许范围内，这样能使高速的烟气、导热油有一个很好的传热率，同时能够保持盘管加热表面的清洁。该设计在透平后分别增加热管蒸汽发生器和汽水混合加热器，以透平高温烟气作为热管蒸汽发生器的热源，热管蒸汽发生器利用高温烟气与净化水进行换热，换热后的烟气依次通过热管蒸汽发生器的排烟气管道和烟囱后排放到大气中;产生的高温低压饱和蒸汽引入汽水混合加热器，将回注水加热以提高温度，并通过油田已有的注透平运行稳定。
2.余热回收装置型式选择。余热回收装置在型式上大体可分为立式和卧式两种。两种型式的特点分别如下：立式占用平面面积较小，纵向较高；卧式占用平面面积较多，纵向较低。该平台发电机组附近位置非常有限，如果摆放卧式锅炉需要向北侧外延甲板7~9m，摆放立式锅炉，只需要外延1.5~3 m。本次设计在充分利用平台的上部空间的前提下，采用立式锅炉，尽量减小外延甲板。汽水混合加热器采用卧式结构，主要由防水击装置、壳体以及位于壳体内部的芯管和静态混合器等组成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆防水击装置为圆柱形，与进汽管垂直连接，直径是进汽管直径的2～3倍，蒸汽通过防水击装置的折流与扩径作用而减小流速，防止启动时出现水击现象; 防水击装置与壳体侧周相切，轴线与芯管轴线偏移了一定距离，蒸汽沿壳体切线方向进入做旋流运动，避免了直接冲击芯管而产生振动及噪音; 蒸汽通过材质为不锈钢的钢丝网整流后，流速更加平缓，有效降低了噪音。静态混合器为2 个前后排列的螺旋形静态导流叶片，用来强化蒸汽与原油的混合换热，使混合更充分，加热出水温度更均匀。汽水混合加热器运行时，被加热水从芯管的喉口高速喷入扩散段，同时高温蒸汽也从喷孔高速喷入芯管的扩散段，汽水在高速流动中瞬时混合换热，然后在静态混合器的作用下强化混合换热，最后热水从出水管流出。
3.余热回收装置与发电机连接方式。通常情况下，立式余热回收装置与透平发电机的连接方式可分为直通式、外延甲板式、排气管旁通式三种，其中排气管旁通式又可分为外延伸和侧延伸。直通式方案是将余热回收装置直接放置在透平发电机组的烟囱上方，把泵以及其他配件设置在上方的钢支架该支架可以固定换热器及其附件上部，原透平发电机组的烟囱在保温层以上需要切除。此方案施工难度最小，在保温材料0.5m 上开始安装换热器，换热器高度约为6m，再加上接1m左右的管道，总高度约为8m，施工方便。在余热回收装置顶部设计有翻板，来控制烟气是通过换热器后排出或直接排出。该方案的优点是施工设备简单，主体只有一个余热回收装置；缺点是单体设备质量超过10t，吊装困难，同时翻板的控制存在故障隐患，可能影响透平发电机的正常运行。外延甲板方案是原有透平发电机的烟道位置保持不变，增加风阀控制，然后向外侧延伸出旁路，将甲板外延一个5 m×17 m 的区域，然后将余热回收装置放在外延的甲板上。该方案的优点是安装方便，对原有透平机组的烟道改造最小；缺点是需要安装外延甲板，投资较大。排气管旁通方案（外延伸、侧延伸）排气管旁通方案兼顾了直通式方案和外延甲板方案的优缺点，在直通式方案的基础上增加旁通的排气管，以便确保透平发电机的正常运行不受余热回收装置检修或故障的影响。根据旁通方向的不同，本方案又可分为外延伸和侧延伸两种。外延伸是将排气管向平台外侧延伸，需要安装延伸甲板；侧延伸是将排气管向透平发电机中间的间隙延伸，只需少量外延甲板。当热油系统的联锁关停触发时，整个热油循环系统停止工作，会有一部分热油滞留在热油加热器里，此时燃气透平发电机是不会停止的，高温烟气还会源源不断地排出，不断加热滞留在热油加热器里的热油，这部分热油很快会由于温度过高而裂解。因此，需要采取必要的措施来避免这种情况出现。
4.余热回收设备运行。透平发电机负荷时计算可交换热量按此换热量配置余热回收系统，同时该方案可以取代原有热介质锅炉。余热回收装置设备来自热介质系统回油总管的导热油，先经过循环增压泵增压，然后输送到余热回收装置进油管与透平发电机烟气进行热交换，加热后的导热油再进入原热介质锅炉进一步加热（如果新增余热回收装置能满足平台所需热负荷要求，热油无需进入原热介质锅炉，直接走旁通管路），加热后的导热油从余热回收装置出来后输送至油田的各个工艺用户。透平发电机组排出的高温烟气通过尾部的烟道，以对流的形式进入余热回收装置内的换热盘管，换热盘管获得的。
结束语：通过增设余热回收装置，利用透平发电机产生的高温烟气加热热介质油，既可以满足油田热量需求，又可减少余热资源的浪费，具有显著的节能减排效果。
参考文献：
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论文作者:陈建宇
论文发表刊物:《科学与技术》2019年17期
论文发表时间:2020/1/15
标签：余热论文; 烟气论文; 装置论文; 热油论文; 外延论文; 发电机论文; 甲板论文; 《科学与技术》2019年17期论文;