微型燃气轮机分布式供能系统在转油放水站中的应用探讨

刘 勇，左京勇

（新地能源工程技术有限公司，河北 廊坊 065000）

在能源形势日益严峻和环境保护观念日益加强的情况下，如何高效合理地利用能源成为我国能源发展的重中之重。微型燃气轮机具有体积小、配置灵活、启停迅速、可远程控制检测等特点，可在城市、郊区、农村乃至偏远山区安装使用，非常适合像油田这样供能需求分散的厂区对热电联供的要求。

文章通过阐述转油放水站的工艺流程和存在的问题，结合案例，对微型燃气轮机分布式供能系统的应用进行了详细分析。

1 转油放水站的生产流程及运行过程存在的问题

1.1 转油放水站的生产流程

转油放水站属于油田开发中地面工程的一部分。转油站主要是给油（液）补充能量，以便将其输送到集中处理站。放水站是将含水较高的原油分离出大部分游离水，并将低含水原油和含油污水分别输往原油脱水站和污水处理站。为了便于管理，通常将转油站和放水站合建在一处。

转油放水站的主要工作流程是将从计量间输送过来的原油通过分离缓冲游离水脱除器（又叫“三合一”）进行油、气、水的三项分离，然后由“二合一”热水炉对分离后的水进行加热，加热后的水通过掺水泵或热洗泵送入油田用于掺水降稠或洗井清蜡；分离后的天然气经过天然气除油器装置，输送至天然气增压站；分离后的原油，送入脱水站进一步予以脱水处理。

转油放水站的工艺流程图如图1所示。

1.2 “二合一”热水炉运行过程存在的问题

在转油放水站整套设备体系中“二合一”热水炉属于明火设备，火灾风险性较大，出现的事故和问题也较多。

（1）热水炉加热的水中杂质较多，长时间运行时后热水炉内结垢严重，进而降低其运行效率。通常，运行5年以上的热水炉运行效率只有65%左右，运行经济效益较差。

（2）被加热水水质较差，热水炉内的水管腐蚀严重。热水炉内正常运行时，在炉内会存储一定量的污油，热水炉内的水管一旦被烧漏容易引燃污油，导致热水炉燃烧或爆炸。

（3）热水炉运行温度控制难度较大。热洗工艺通常要求80℃的热水，而热水炉运行压力较低，一旦供水水温超过90℃极易发生汽化，造成水泵报警停机，在冬季运行时极容易造成大面积冻井事故。

（4）转油放水站一般设置多台热水炉，自动化程度较低，运行时间段需要有人值守，运行成本较高。另外，部分老旧热水炉的烧嘴采用人工点火，风险较大。

图1 转油放水站的工艺流程示意图

（5）热水炉的烟囱腐蚀严重，热水炉火焰越小，燃烧越不充分，烟囱的腐蚀越严重。使用5年以上的热水炉，烟囱根部都会出现不同程度的腐蚀。

通过充分利用微型燃气轮机分布式供能系统，可以较好地解决上述问题。

2 微型燃气轮机的优势

微型燃气轮机主要的功能是通过燃气燃烧推动发电机发电。在微型燃气轮机后设置有烟气-水换热器，可降低排烟温度，实现能源梯级利用，提高系统的能源利用效率。

微型燃气轮机尺寸较小，可成撬安装，安装空间要求小，施工和安装成本相对较小，比较适合在转油放水站这样站内空地较小的厂区设置。部分新一代微型燃气轮机的主要技术参数如表1所示。

由表1可知，微型燃气轮机的排烟温度通常低于300℃，原油的自燃点在380～530℃，排烟温度低于原油的自燃点。因此，避免了因为换热器水管泄露至烟气中导致原油燃烧的情况发生，也降低了因换热器泄露导致油田停产的可能性。

烟气-水换热器通常选择管壳式换热器，该换热器可作为承压设备，因而，通常在热水进入换热器之前，在管道增设升压水泵，适当加快水在换热器流速，避免因为水流速过低导致换热器水管内结垢。相比于“二合一”热水炉，管壳式换热器的清洗更为灵活、方便，有利于控制供能系统的运行效率。

微型燃气轮机分布式供能系统的自动化程度高，对于热水温度可以从燃气量、排烟量和进水量三个方向进行调节，可避免出现供水温度高于90℃的情况出现。

微型燃气轮机可远程进行遥控、检测和诊断，可实现多台集成扩容、多台自动并联运行，可实现无人值守，降低生产运行人员工作强度。另外，由于微型燃气轮机采用低碳燃烧技术，烟气中污染物排放量低，有利于环境保护。

3 微型燃气轮机供能系统的方案设计

按照结合转油放水站的实际情况，在转油放水站空地上增设2台300kW微型燃气轮机及其配套的设备，具体的工艺流程如图2所示。

由图2可知，掺水和热洗工艺所需的热水从“二合一”热水炉回水母管上接出，经过增压水泵送至烟气-热水换热器中，由微型燃气轮机排出的高温烟加热后，再送至掺水和热洗工艺的供水母管内，再由掺水泵和热洗泵分别送至各自的输送管网中。增压水泵选用变频水泵，使增压水泵的扬程满足克服管道和设备的阻力变化需求。

图2 新增微型燃气轮机分布式供能系统流程示意图

燃气管道由油田内的天然气母管引出，经过稳压罐进入天然气压缩机内，增压合格后的燃气进入微型燃气轮机内与空气混合燃烧，推动微型燃气轮机旋转发电。燃烧后的烟气经过烟气-热水换热器进一步余热回收，再经烟囱排入大气。

微型燃气轮机发出的电量除自身电力设备消耗以外，还可以供给转油放水站内电力设备，多余的电量送入油田内部电网，供给其他用电设备。

该次工程采用集装箱撬装式微型燃气轮机，所有设备均可在室外露天放置，这样可以缩短设备的安装周期和减少工程安装量。

4 结束语

通过实际运行，微型燃气轮机分布式供能系统可完全满足转油放水站对消除安全隐患、降低运行成本、减少运行人员、提高运行效率等多方面的要求。微型燃气轮机分布式供能系统具有优异的适应性和节能潜力，可以为油田带来了极佳的社会、经济和环保效益。

表1 新一代微型燃气轮机的主要技术参数