（新疆石油工程设计有限公司，新疆 克拉玛依834000）
摘要：近些年来，随着社会经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，天然气的开采水平也随之提高，极大地满足了社会各领域对天然气的实际需求。在天然气田的开发过程中，压缩机预热利用设计非常关键，如果设计合理的话，将会实现资源的充分利用，减少资源的不必要浪费。本文中，笔者以克拉美丽天然气田为例，首先阐述了克拉美丽天然气田的供热现状，然后对压缩机余热负荷进行了分析，紧接着又详细分析了低温余热的利用方式，并对对压缩机余热利用工艺流程进行了重点探讨，最后简单地分析了压缩机余热利用产生的经济效益，希望能够为今后相关内容的研究提供一定的参考依据。
关键词：天然气田；压缩机；预热利用；克拉美丽气田
0.引言
克拉美丽气田自2008年投产以来，随着开采时间的延长，克拉美丽气田的地质参数发生了变化，单井含水率上升，气量变小，井口压力递减过快，已经出现因压力递减不能进入处理站而关井的现象，并使得集输处理系统适应性变差，影响了集输处理系统的安全生产及气田的综合开发效益。目前，克拉美丽天然气处理站采用“J-T阀节流+注醇防冻”的处理工艺，受制冷温度的限制，在保证外输气烃水露点达标的条件下，难以有效的对C3和C4烃类组分进行充分回收，造成资源的浪费。
1.克拉美丽天然气田的供热现状
克拉美丽天然气处理站建于2008年，总建筑面积为2236.85m2，热负荷为400.75KW。站内建筑物的采暖热源由站内设置的热媒炉换热器提供（热媒炉提供260/220℃导热油），换热换得95-70℃热水，供采暖建筑使用。通过波纹管式油-水换热器，换热系统供热规模为540KW。供暖热水系统设置热水循环泵，系统采用补水泵定压[1]。室外供热管道敷设采用架空（架空管架利用工艺管架）和直埋敷设方式，管线补偿器均采用方形补偿器。本次天然气处理站拟建建筑面积为1524.8m2，热水热负荷为274.5KW。改造后站内的总建筑面积为3761.65m2，总热负荷为680KW。
2.天然气压缩机基本性能情况
在本次研究中，涉及到的5台压缩机，其中中压气压缩机3台（2用1备），低压气压缩机2台（2用），外输气压缩机1台。中压气压缩机为往复式压缩机，电机功率1000KW（单台），压缩机轴功率810KW（单台）；低压气压缩机为喷水螺杆压缩机，电机功率650KW（单台），压缩机轴功率573KW（单台）；外输气压缩机为离心式压缩机，电机功率3200KW（单台），压缩机轴功率2550KW（单台）。压缩后天然气升温至85-125℃，需经空冷器降温至40℃。3.压缩机低温余热的利用方式
根据天然气处理站主要工艺用热点情况，压缩机低温余热的利用方式，主要有两种，一种是热利用，利用一种是动力利用。首先，压缩机低温余热的热利用。根据压缩机余热负荷，高温余热（天然气温度≥95℃）采用直接换热器制取高温水用以加热脱乙烷塔重沸器的工艺介质，不足用热部分采用（天然气温度＜95℃）余热进行升级至高温水送至脱乙烷塔重沸器[2]。余热升级采用热泵可以从低温热源中吸取热量，把它传递给被加热的对象（温度较高的物体）。利用热泵提高热水的温度，再使高温热水用于生产过程，是一种有效利用低温热能的技术手段。
其次，压缩机低温余热的动力利用。如果余热的温度较高，量也足够大，那么利用低温余热发电产生动力，就会显示出其经济上的可行性。电包括通过朗肯循环（循环介质为水、有机物或CO2）发电，为现场设备提供电能，富余部分可以上网。朗肯循环是一种简单的蒸汽动力循环，在工业上已经得到广泛应用[3]。常规的化石燃料发电技术（火力发电），即利用煤炭、重油或天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气冲转汽轮机驱动发电机来发电。这个系统中的循环工质是除盐水，由于水的物理性质（一个大气压，100℃蒸发），因此传统电力工业追求的是更高的温度计压力，以提高发电效率，如：超临界、超超临界等。图1为有机朗肯循环工艺流程图。
图1 有机朗肯循环工艺流程图
4.压缩机余热利用的工艺设计
在对压缩机余热负荷进行了计算分析之后，本次余热利用决定采用热利用方案，以此实现对余热的最佳利用。
为了简化余热利用系统，本方案采用梯级利用，高温余热（天然气温度≥95℃）采用直接换热器制取高温水用以加热脱乙烷塔重沸器的工艺介质；外输气和中压气的中温余热采用高温水源热泵制取高温热水用以加热脱乙烷塔重沸器的工艺介质和冬季供热；剩余余热仍采用压缩机原厂配置的空冷设备进行冷却[4]。中压气换热器采用一拖三的方式，外输气换热器采用一对一的方式。
本余热利用系统主要设备有外输气一级换热器E0101、外输气二级换热器E0102、中压气一级换热器E0201、中压气二级换热器E0202、工艺用热泵HP0101、热水循环泵P0101和冷却水循环泵P0201。其方案流程见图如下了
（1）前期，外输气依次进入换热器E0101和E0102中放热温度降至84.4-92.5℃后进到压缩机自带的空冷系统中进行冷却；后期，高温部分余热完全满足工艺用热要求时，换热器E0102停运，天然气经旁通管线进到空冷系统中。
（2）在采暖季，中压气依次进入换热器E0201和E0202中放热温度降至64.2-073.2℃后进到压缩机自带的空冷系统中进行冷却；在非采暖季，换热器E0202停运，天然气经旁通管线进到空冷系统中[5]。
（3）工艺用水回水分成3路分别进换热器E0101、E0201和热泵HP0101的高温端中进行加热后汇总进入脱乙烷塔重沸器工段和冬季供热。
（4）外输气冷却水循环回路由设备P0201、E0102和HP0101低温端组成；把外输气的热量导出并通过热泵使工艺用水升温后进入用热系统。
（5）中压气冷却水循环回路由设备P0201、E0202和HP0201低温端组成；把中压气的热量导出并通过热泵使采暖水升温后进入用热系统。
（6）在非采暖季，采暖负荷为0，此时根据情况停运行外输气或中压气冷却水循环回路。
5.压缩机余热利用的经济效益
对于天然气田开发过程中压缩机的余热利用，其最大的目的就是实现资源的充分利用，降低不必要的资源浪费，从而减少气田企业的生产成本。克拉美丽天然气田在实施上述压缩机余热利用工程之后，取得了巨大的经济效益。压缩机余热利用工程主要产生的费用除了建设期的以此投资之外还包括后期的运行费用，建设总投资428.2万元。压缩机余热利用工程取得的经济效益如：平均供热量1925KW，热媒炉耗气量为0.00Nm3/h，减少热媒炉耗气量95.04×104Nm3/a，年运行天然气费0.00万元，年均电量19.72×104kWh，年均电费7.50万元，合计年运行费用7.50万元。热媒炉合计年运行费用为109.30万元。与热媒炉合计年运行费用相比，余热利用后减少年运行费用101.80万元。
6.结语
总而言之，新建天然气田在开发过程中，要想实现经济效益的最大化，降低生产成本是重要手段，生成成本降低了，经济效益自然而然会随之提升。压缩机余热利用是新建天然气田生产过程中充分利用资源的一种具体体现，减少了资源的不必要浪费，其实质是降低因此而产生的生产成本。克拉美丽天然气田根据自身的实际情况，对压缩机余热利用的工艺进行了详细地探讨，最终获得了满意的成绩，压缩机余热利用给企业带来了局的经济效益，极大地促进了企业自身的发展。
参考文献：
[1]何红玉，马永涛，田良巨，等.天然气处理终端余热回收案例的节能分析与评价[J].石油石化节能与减排，2013，3（3）：20-25.
[2]姚伟，常永生，邵江云，等.苏10—3集气站天然气压缩机组烟气余热回收利用可行性分析[J].石油石化节能，2013，12（2）：1-4.
[3]习尚斌，李泽伟，钱崇林，等.新疆油田天然气压缩机余热利用技术研究与应用[J].油气田地面工程，2016，35（5）：9-13.
[4]徐化奎.天然气处理终端燃气透平尾气的余热开发利用[J].中国化工贸易，2015，24（14）：124-125.
[5]天工.中国石油天然气管道局管道设计院助推燃机余热利用技术[J].天然气工业，2016，12（2）：236-237.
论文作者:胡春林
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/4/11
标签：余热论文; 压缩机论文; 气田论文; 天然气论文; 换热器论文; 热媒论文; 工艺论文; 《电力设备》2017年第29期论文;