龚 玉 林王栋

（中海油能源发展股份有限公司采油服务深圳分公司广东深圳518067）

利用内燃机余热为热介质系统加热研究

龚 玉 林王栋

（中海油能源发展股份有限公司采油服务深圳分公司广东深圳518067）

本文介绍了111FPSO余热回收工程的热介质系统，总结了热介质系统设计时原有系统和新增系统的链接和隔离，并阐述了热介质系统的注油、调试方案和操作规程。在类似的余热回收项目中，对热介质系统应保留原有的功能，采用阀门隔离的方式较为符合工程实际。特别是增加余热回收后，热介质系统的最高点可能会高于膨胀罐的高度，给膨胀罐加压是较为合理的方式。

FPSO；内燃机；余热利用；热介质系统

1 前言

海洋石油111FPSO目前共配有5台7760kW的原油发电机。三台10000kW的热介质油锅炉，用于原油加热。目前热介质油锅炉长期处于最低负荷运行状态，每日消耗原油8t～10t。同时发电机的尾气长期对空排放，既浪费了大量的可回收能源，同时也造成了对大气的热污染。

因此，采油服务公司于2011年提出了本项目，通过加装余热回收装置对发电机尾气余热进行回收利用，替代热油锅炉加热热介质油，实现节能减排的良好经济效益和社会效益。

2 未安装余热回收时热介质系统现状

热介质系统的目的是为FPSO上的热用户提供充足的热源，使各热用户达到一定的温度，以满足工艺处理的要求。本系统选用性质稳定的合成烃混合物作为热介质，其携热能力强，难挥发，不易燃，可循环使用。燃料为原油或柴油，正常生产时以原油为燃料，燃料原油系统供油故障时以柴油作燃料。

热介质系统是一套密闭系统，热介质运行在独立封闭的管路中，只与热用户交换热能。热介质经过循环泵加压，进入热介质锅炉内被加热，然后携带着大量的热能，流经各用户（热交换器、加热盘管等）进行热能传递，经过换热后，冷的热介质汇集在一起，又回到循环泵进口，再进行增压，加热，换热，如此反复循环，提供稳定的热源。在加热过程中产生的烟道尾气进入惰气系统。在系统内最高点设有膨胀罐，收集热循环过程中的热介质膨胀余量，亦可补充循环过程中的热介质损耗，从而保证系统中有相对稳定的热介质循环量。在机舱内设有热介质储存（补充）罐和热介质泄放罐，可在系统运行时进行热介质补充和在应急时接收热介质的排放。热介质锅炉设有二氧化碳保护装置，当炉内温度过高或管线破裂发生火灾时可自动喷放，消除火灾。

表1 热介质系统组成

表2 热介质用户表

表3 热介质锅炉设计参数

2.1 热介质系统组成（设备及用户）

表1所示为111FPSO热介质系统的基本设备，该系统已经通过几年的运行，完全能够满足生产所需。当增加余热回收装置后，则需增加一部分热介质油，同时增加余热回收装置，故对原有的系统造成一定的冲击。因此，在设计余热回收装置来替代锅炉时，应考虑热介质系统最优化的解决方式，保证原有系统改动最小且满足功能需求。

表2所示为各个用热设备。根据现场和工程师交流可知，原油首先经过高压分离器，然后是原油换热器，最后经过低压分离器和静压脱水器。热介质油在加热原油过程中，由于从钻井平台的原油温度较高，故给原油加热的热介质油的用量不大，热介质油的主要在于给仓底的原油保温，使其处于流动状态。

2.2 热介质系统运行情况

表3所示为热介质锅炉设计情况，实际是设计值偏大，运行1台锅炉就能满足现场加热需求。注明：热介质循环泵的排量：301m3/h；实际进出锅炉的热介质温度：进口75℃、出口96℃；目前用一台锅炉即可满足热介质用户的需要。

图1 二期余热回收改造工程热介质系统图

3 增加余热回收后热介质系统情况

燃油锅炉系统与余热回收装置系统采取并联的方式运行。两台余热回收装置D/E形成一个余热回收装置系统，每台之间采取并联的方式运行，每台余热回收装置进出口都有快关阀，当余热回收装置不运行时关闭进出口快关阀，通过余热回收装置系统热油进口总管与出口总管之间的手动调节旁通阀，热油会直接旁通到出口总管。原先的3台燃油锅炉A/B/C组合成一个燃油锅炉系统，每台之间都是并联方式运行。原先的4台循环泵组成一个循环泵系统，每台之间都是并联运行。经过余热回收装置系统加热后的热油经过节流孔板后直接到达热油分配系统，经过分配系统的分配供给到各个舱室加热。故现场需要增加4个大阀门来隔离现有系统和原有系统。

热介质膨胀罐的改造：没有安装余热回收装置时运行液位为0.55m～0.6m，高度与发电机组的水平烟囱低上2.5m。现有的膨胀罐采用闭式系统，新增热油系统尽管热油整体高度有所提高，只需将氮气瓶的压力1bar～1.5bar即可。

图2 现场热油总管改造图

4 注油、蒸发调试方案

4.1 加注热油

膨胀罐注油加压，加压至100KPa；检查热油管线阀门开关状态，抽掉热油阀门盲板；关闭泄放隔离阀和泄放阀；打开进出口快关阀（DE余热回收装置同时打开）；打开补油阀（DE余热回收装置）和补油隔离阀；打开管路顶端透气阀（DE），用桶接渗油（观察都无空气放出都是渗油时关闭透气阀）；启动补油泵，加注热油；补油结束后关闭补油泵；关闭补油阀（DE余热回收装置）和补油隔离阀。

注意事项：膨胀罐注油加压前后需保持膨胀罐油位，确保油位在1/3-1/2并且不低于低位报警位；加注热油过程中，注意观察管线、阀门、法兰等等，防止热油泄露；打开管路顶端透气阀，派专人看守观察，防止非正常泄露，补油结束后应马上关闭。

4.2 水分蒸发

启动两台（至少两台）热油循环泵，其中一台作为余热回收装置系统循环泵；打开对应的两个隔离阀（运行锅炉对应的隔离阀开度调小）；打开总管隔离阀后，关闭非运行锅炉的热油出口阀门；通过运行锅炉将热油温度逐步升高至130℃以上（分阶段运行，2～3天）；每一阶段水分蒸发过程结束，循环泵继续运转30min后，停止余热回收装置对应的循环泵，关闭对应的两个隔离阀、总管隔离阀，打开非运行锅炉热油出口阀门；重复上述过程，直到全部运行24h以上。

注意事项：每一阶段水分蒸发结束后，打开膨胀罐顶部透气阀门，将水蒸气排除后关闭；过程中注意观察管线、阀门、法兰等等，防止热油泄露；过程中一直要持续运行锅炉保持热油温度在130℃以上，以实现水分完全蒸发。

5 合并后的热油系统操作规程

检查热介质膨胀罐液位，确保油位在1/3-1/2并且不低于低位报警液位，检查膨胀罐压力并进行加压至1.5bar；检查并打开准备要启动的用于余热回收装置系统的热介质循环泵的进出口阀、往余热回收装置系统的对应的进口隔离阀、余热回收装置系统的总出口隔离阀、余热回收装置的进出口快关阀、余热回收装置的出口手动调节阀、测量孔板两端的截止阀和所有压力表阀等，关闭对应热介质锅炉的出口阀门；检查并启动对应的热介质循环泵，检查余热回收装置的进出口压力值、压差流量计的压差值、压差变送器的压差值和流量积算仪的流量值等参数；维持热介质循环泵运转30min后，停止循环泵，关闭余热回收装置系统的进口隔离阀和总出口隔离阀。一般情况下，烟气旁通后不关闭余热回收装置系统的进口隔离阀和总出口隔离阀，维持热介质循环泵的运转保持热介质在余热回收装置内循环即可；如果需要运行对应的热介质锅炉，则等待热介质循环泵运转30min后关闭余热回收装置系统的进口隔离阀和总出口隔离阀，打开热介质锅炉对应的进出口阀门，启动热介质锅炉即可。

注意事项：如果需要保持热介质循环泵继续运转，需要打开热介质循环泵对应的锅炉进出口阀以保持循环；余热回收装置出现泄漏报警时，应先打开泄漏报警装置出口阀门，确认泄漏报警物质（油或者水），如果水直接排放，如果是油则需排至污水仓；当余热回收装置热负荷大于生产所需热负荷时，建议将热量用掉，防止进入余热回收装置热油温度过高，影响热回收效率。

6 结语

本文通过介绍了111FPSO余热回收工程的热介质系统，阐述了热介质系统的注油、调试方案和操作规程，得出了如下结论：在类似的余热回收项目中，对热介质系统应保留原有的功能，采用阀门隔离的方式较为负荷工程实际。加注热介质油和给热介质油蒸发水分时应注意防止泄露。特别是增加余热回收后，热介质系统的最高点可能会高于膨胀罐的高度，给膨胀罐加压是较为合理的方式。