某天然气净化厂余压发电装置应用评估研究_夏林.pdf

天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2023年2月收稿日期:2022-08-12基金项目:中国石油西南油气田公司 2022 年科技项目“天然气净化厂工艺介质差压能量分析与应用研究”(20220306-05)作者简介:夏林(1988-)，男，甘肃酒泉人，工程师，学士，主要从事天然气净化与新能源方面的工作。E-mail:xialin_123petrochinacomcn某天然气净化厂余压发电装置应用评估研究夏林龚晓斌程晓明黎娜杨秀江程惠萍中国石油西南油气田公司天然气净化总厂，重庆400021摘要:天然气在生产、净化和输配过程中拥有众多天然气调压点，余压资源十分丰富，若能将这部分压力能进行有效的回收利用，对提高经济效益与节能减排具有重要意义。分析某天然气净化厂余压发电装置应用情况，从能量转换效率、技术成熟先进性、运行安全可靠性、经济效益可行性等方面进行全面考核评估，膨胀机发电系统效率、连续稳定运行时长、非计划停运系数、出力系数和运行系数均处于较高水平，并给出定量定性的结论及下一步工作建议，为天然气净化厂余压发电项目的研究、示范、推广工作提供理论基础和实践经验。关键词:余压发电;考核评估;理论研究;实践经验DOI:10.3969/jissn1006-5539.2023.01.007Study on the application evaluation of residual pressure power generationdevice in a natural gas purification plantXIA Lin，GONG Xiaobin，CHENG Xiaoming，LI Na，YANG Xiujiang，CHENG HuipingNatural Gas Purification Plant of PetroChina Southwest Oil Gas Field Company，Chongqing，400021，ChinaAbstract:With large number of pressure regulating points in the process of natural gas production，treatment，transmission and distribution，the residual pressure resources are quite abundant If this part ofpressure can be effectively recovered and reused，it is of great significance to improve economic efficiency，conserve energy and reduce emission Through the analysis on the application of the residual pressure powergeneration facilities in a natural gas purification plant，the comprehensive assessment and evaluation arecarried out from the aspects of energy conversion efficiency，technology maturity and advancement，operation safety and reliability，and feasibility of economic gain Both the quantitative and qualitativeconclusions are reached with suggestions for the next step，providing theoretical basis and practicalexperience for the study，demonstration and promotion of the residual pressure power generation project inthe natural gas purification plantKeywords:Residual pressure power generation;Assessment and evaluation;Theoretical research;Practical experience0前言天然气作为改善能源结构、保护环境的新兴清洁能源，不仅与国民经济发展密切相关，也与千家万户的生活息息相关12。天然气在生产、净化和输配过程中拥有众多天然气调压点，余压资源十分丰富，但目前这部05油气储运与处理第41卷第1期OIL&GAS GATHERING,TRANSPORTATION AND TREATMENT分压力能大多被浪费35。根据统计和测算，中国石油西南油气田公司(以下简称西南油气田公司)差压资源禀赋良好，天然气余压资源潜力约 7.6104kW，发电潜力约为5.85108kWha1，其中某天然气净化厂余压资源潜力约2104kW，发电潜力约为1.5108kWha1。天然气净化厂的产品气、燃料气、富液、蒸汽、循环水等工艺介质均存在不同程度的余压，这些差压能都消耗在调节阀上，并没有得到充分的回收利用6。回收利用调节阀上消耗的压力能来转换为电能、机械能，同时回收利用冷能，进一步降低生产运行过程中的能耗和生产成本，实现能源的综合利用，成为天然气净化厂高质量发展、提质增效的热点。1某天然气净化厂余压发电装置1.1装置概况某天然气净化厂余压发电装置利用产品气压力和下游管网之间的压差，使用向心透平膨胀机发电，所发电用于该净化厂生产用电。该装置主要由透平膨胀发电机、润滑油系统、干气密封系统、配电房等组成，余压发电装置透平膨胀发电机组照片见图 1，余压发电装置润滑油系统照片见图 2。图 1余压发电装置透平膨胀发电机组照片Fig1Turbine expansion generator unit of residualpressure power generation facility图 2余压发电装置润滑油系统照片Fig2Lubricating oil system of residual pressurepower generation facility1.2设计关键指标某天然气净化厂余压发电装置设计天然气处理量为200104m3/d(最大处理能力 230104m3/d)，透平膨胀发电机额定功率为 710 kW。进入膨胀机和干气密封的气体需满足不含有固体、液体杂质，露点达到商品天然气气质要求，压缩比不小于 1.2，下游管网压力不高于 3.8MPa，且进气压力不超过设计压力 4.61 MPa。某天然气净化厂原料天然气组成见表 1，各阶段设计运行参数及净发电量见表 2，主要设备参数见表 3。表 1某天然气净化厂原料天然气组成表Tab1Composition of raw natural gas in a natural gas purificationplant组分摩尔含量C197.77%C20.88%C30.21%C4C100.27%CO20.05%N20.80%H2O0.01%CH3SH0.01%合计100%表 2某天然气净化厂余压发电装置各阶段设计运行参数及净发电量表Tab2Operating parameters and net power generation of residual pressure power generation facility in a natural gas purification plant年份典型工况(设计)天然气处理量/(104m3 d1)进膨胀机天然气出膨胀机天然气压力/MPa温度/压力/MPa温度/净发电量/kW h20192021工况 12304.5144.73.325.9580工况 22304.5138.03.319.4565工况 32304.5128.83.310.354520222028工况 12003.9344.73.334.2258工况 22003.9338.03.327.6245工况 32003.9328.83.318.523520292032工况 11803.9344.73.334.2230工况 21803.9338.03.327.6220工况 31803.9328.83.318.521015天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2023年2月表 3某天然气净化厂余压发电装置主要设备参数表Tab3Main equipment parameters of residual pressure powergeneration facility in a natural gas purification plant设备名称参数设计值膨胀机进口压力/MPa4.61出口压力/MPa3.4进口温度/38气量/(104m3 d1)230转速/(rmin1)18 000发电机转速/(rmin1)18 000同步转速/(rmin1)3 000额定功率/kW710额定电压/kV6.3额定电流/A81.3额定频率/Hz50效率92%1.3工艺流程正常生产时，从某天然气净化厂脱水单元来的产品天然气在余压发电橇中通过膨胀机降压膨胀做功，带动发电机将机械能转换成电能，所发电用于该净化厂生产用电。当紧急联锁停车触发后，紧急关闭入口联锁阀，快速打开旁路联锁阀，使天然气从旁路通过，工艺流程见图 3。1.4调试运行情况截至 2022 年 5 月 9 日 0 时，某天然气净化厂余压发电装置累计发电量 178.9104kWh，平均每小时发电344.5 kW，折算标煤 580.5 t，投运后节约成本 113.9104元，余压发电装置所发电量全部用于该净化厂生产用电。该净 化 厂 生 产 装 置 现 阶 段 用 电 量 每 小 时 约950 kWh，清洁能源代替率为 36.7%。某天然气净化厂余压发电装置调试运行情况见表 4。图 3某天然气净化厂余压发电装置工艺流程简图Fig3Process flow diagram of residual pressure power generation facility in a natural gas purification plant表 4某天然气净化厂余压发电装置调试运行情况表Tab4Commissioning and operation of residual pressure power generation facility in a natural gas purification plant阶段时间状态进口压力/MPa出口压力/MPa进气量/(104m3 d1)发电功率/kW备注调试阶段2020 年 10 月 23 日启动运行4.03.21151652020 年 10 月 26 日停运4.03.21150膨胀机振动过高联锁停车2021 年 8 月 26 日启动运行4.43.51442512021 年 8 月 27 日停运4.43.51440触发过频保护联锁试运行阶段2021 年 9 月 9 日启动运行4.43.21442902021 年 12 月中旬停运4.53.91440下游管网压力突然增加2022 年 5 月 9 日停运4.53.91440励磁模块损坏、干气密封系统损坏25油气储运与处理第41卷第1期OIL&GAS GATHERING,TRANSPORTATION AND TREATMENT1.5问题整改某天然气净化厂余压发电装置在调试试运行阶段过程中解决了诸多关键技术问题7，问题整改情况见表 5。表 5某天然气净化厂余压发电装置调试试运行阶段问题整改情况表Tab5Rectification of problems of residual pressure power generati