有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電技術(shù)在QHD32-6FPSO上的應(yīng)用

劉冬青 李洪強(qiáng)

摘要：余熱是在一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，在能源利用設(shè)備中沒(méi)有被利用的能源，也就是多余、廢棄的能源。海洋石油平臺(tái)在生產(chǎn)過(guò)程中，主電站作為海洋平臺(tái)的電力供給設(shè)備，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量的高溫廢氣余熱，往往這部分熱量被浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成了污染。為了達(dá)到節(jié)能減排和降本增效的目的，QHD32-6世紀(jì)號(hào)FPSO計(jì)劃利用有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廢熱資源的充分利用，減少主機(jī)原油消耗量，以供FPSO生活樓等使用。但經(jīng)過(guò)綜合分析，在海上增加有機(jī)朗肯低溫發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)效益較差，且影響船體穩(wěn)定性，可操作難度較大。

關(guān)鍵詞：低溫余熱;有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電;節(jié)能減排

0 引言

秦皇島32-6世紀(jì)號(hào)油田浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船（FPSO）位于渤海海域，目前世紀(jì)號(hào)上的熱介質(zhì)系統(tǒng)有3臺(tái)熱介質(zhì)鍋爐和1臺(tái)透平廢熱回收裝置同時(shí)運(yùn)行，熱負(fù)荷基本無(wú)富裕熱量。主發(fā)電系統(tǒng)中有5臺(tái)7 300 kW原油發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)6 500 kW燃?xì)馔钙剑渲性蜋C(jī)組負(fù)荷目前在50%左右，本次設(shè)計(jì)考慮在現(xiàn)有基礎(chǔ)上適當(dāng)增加余量，推薦按照原油機(jī)組的65%負(fù)荷考慮。

為了達(dá)到節(jié)能減排和降本增效的目的，QHD32-6世紀(jì)號(hào)計(jì)劃回收和利用主機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓ㄆ骄鶡煔鉁囟葹?30 ℃），實(shí)現(xiàn)廢熱資源的充分利用，減少主機(jī)原油消耗量，利用有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電技術(shù)，主機(jī)煙氣廢熱實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換發(fā)電，以供FPSO生活樓等使用。

1 有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電，即在傳統(tǒng)朗肯循環(huán)中，由有機(jī)工質(zhì)代替水推動(dòng)渦輪機(jī)組做功。本項(xiàng)目有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

低壓液態(tài)有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)工質(zhì)泵增壓后進(jìn)入預(yù)熱器、蒸發(fā)器吸收煙氣熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏赫羝螅邷馗邏河袡C(jī)工質(zhì)蒸汽推動(dòng)渦輪機(jī)做功，產(chǎn)生能量輸出，渦輪機(jī)出口的低壓蒸汽進(jìn)入冷凝器，向低溫?zé)嵩捶艧岵⒗淠秊橐簯B(tài)，如此往復(fù)循環(huán)，不斷由余熱轉(zhuǎn)化為電能。

2 主機(jī)運(yùn)行參數(shù)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

QHD32-6世紀(jì)號(hào)FPSO共有5臺(tái)原油發(fā)電機(jī)，型號(hào)為MAN B&W 16V32/40，額定功率7.3 MW，電站日常運(yùn)行模式下機(jī)組參數(shù)如表1所示，電站外輸原油運(yùn)行模式下機(jī)組參數(shù)如表2所示。

3 有機(jī)朗肯低溫余熱發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用

3.1? ? 有機(jī)朗肯低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)組成

有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)由廢熱回收系統(tǒng)、ORC系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成。廢熱回收系統(tǒng)設(shè)備包括熱管換熱器、淡水循環(huán)泵、補(bǔ)給水泵等，設(shè)備參數(shù)如表3所示;ORC系統(tǒng)（低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)）設(shè)備包括渦輪發(fā)電機(jī)組、蒸發(fā)器、冷凝器、循環(huán)泵、有機(jī)工質(zhì)等，設(shè)備參數(shù)如表4所示。

3.2? ? 海上附屬系統(tǒng)校核

FPSO目前有3臺(tái)海水泵（2用1備），單臺(tái)排量為1 200 m3/h，原FPSO海水用戶用量為1 850 m3/h，有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中冷凝器所需冷卻水量為560 m3/h，共計(jì)最大用水量為2 410 m3/h，2臺(tái)海水泵可以滿足用量要求。

該系統(tǒng)需要增加一套海水淡化設(shè)備，根據(jù)平臺(tái)反饋，F(xiàn)PSO上有海水淡化設(shè)備及去離子處理設(shè)備，在系統(tǒng)首次填充后，F(xiàn)PSO上可以滿足系統(tǒng)補(bǔ)充淡水用量的要求。

3.3? ? 結(jié)構(gòu)模擬

結(jié)構(gòu)模擬為三維空間剛架，所有對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度有較大影響的構(gòu)件都進(jìn)行了詳細(xì)的模擬。主機(jī)房頂新增2層平臺(tái)（21 m×13.6 m×3.5 m），新增房間尺寸為5 m×3 m×3.5 m。結(jié)構(gòu)模型示意圖如圖2所示。

3.3.1? ? 荷載及荷載組合

基本荷載包括結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備荷載、活荷載和環(huán)境荷載。以上荷載按API RP 2A-WSD的定義選取。

3.3.2? ? 結(jié)構(gòu)分析

對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析表明，通過(guò)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)后主結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的名義應(yīng)力、沖剪應(yīng)力校核結(jié)果全部滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)采購(gòu)及安裝費(fèi)用總計(jì)約5 662萬(wàn)元，后續(xù)操作維修費(fèi)約為每年30萬(wàn)元，且每?jī)赡隀C(jī)組需大修，費(fèi)用約為100萬(wàn)元，減去維修費(fèi)用，每年實(shí)際節(jié)約成本約280萬(wàn)元，預(yù)計(jì)20年收回成本，經(jīng)濟(jì)效益較差。同時(shí)，增加2層平臺(tái)及設(shè)備后增重約252 t，船體重心將會(huì)發(fā)生變化，影響船體穩(wěn)定性，并需要重新調(diào)整壓載方案，可操作難度較大。經(jīng)過(guò)綜合分析，不建議在海上增加有機(jī)朗肯低溫發(fā)電系統(tǒng)。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2020-06-10

作者簡(jiǎn)介：劉冬青（1980—），男，天津人，高級(jí)工程師，研究方向：海洋工程機(jī)械。