张凯，牛卫民，刘纯青
（海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽300451）
摘要：针对海洋石油平台上大量余热资源的利用问题，以锦州油田某平台的余热情况和空调系统设计为例，设计了澳化锂吸收式空调系统.该系统采用烟气双效型澳化锂吸收式空调机组，利用主机高温烟气作为热源，完成了两套应用方案，并进行了方案技术对比.以方案1为基础进行了澳化锂吸收式空调系统的布置设计和经济评价，结果表明，采用该系统具有良好的节能效果和经济效益.
关键词：澳化锂：海洋平台：余热：高温烟气：节能
中图分类号：U664.86文献标志码：A【DOI】10.13788/.cnki.cbgc.2016.06.065
ApplicationResearchofWasteHeatRecoverbyUsingLiBr AbsorptionAirConditioneronOffshoreOilPlatform
(Offshore Oil Engineering Co. Lad. Tianjin Tanggu 300451 China) ZHANG Kai NIU Wei-min LIU Chun-qing
Abstract:For the recovery of wuste heat on ofshore oil plarform LiBr absorption rype cir condirioner systemis designed based on α plarform in Jinzhou oilfield. Double-efect LiBr absorprion tpe air condirioner operated by high teperatre flue gas is ased in the system. Two suir of system scheme re designed and copared. Tearrangement design and economuic evolaation are processed based on system scheme 1. The resulr shows that theenergy saving effect andl economic effect of the system are obvious.
Key words:LiBr: ofshore plarform; waste heat; high tenperatere flue gas; energy conservarion
0引言
结合现阶段国内吸收式制冷厂家的技术能力和相关产品，根据余热资源的品位，选择技术和经济可行的溴 化锂吸收式空调机组，进行澳化锂吸收式制冷/制热系统的设计计算和经济分析，该研究将为海洋石油平台余热资源的利用提供理论依据和技术支持.
分，主要包括平台电气房间和功能房间的空调系统、 空调系统是海洋石油平台安全运行的重要组成部生活楼中央空调系统等.现阶段空调系统设备均为电机驱动，消耗电能量较大，《海上油气田工程设计件允许情况下，应优先考虑利用平台高温介质余热回 节能技术规范》中要求，根据平台实际情况，在条收制冷（热）空调技术.针对海洋平台各系统设备运行过程中产生的大量余热，可以通过澳化锂吸收式空 调技术对平台余热进行回收利用2，降低暖通空调系统的用电负荷，实现能源高效利用，节约油气等初次能源的消耗.
1可利用余热资源
海洋石油平台作为海洋石油和天然气生产的主要载体，在生产石油和天然气的同时需要消耗大量的能 源，主电站系统、油气处理系统、辅助工艺系统、公用系统等在运行中的主要能耗主体为修井机、采油电潜泵、原油增压泵、空气压缩机、原油集输系统（原 油外输泵）、油气处理工艺系统、海水处理系统（海水提升泵等）、淡水系统、消防系统以及热水罐电加
本文的主要研究内容是收集和整理海洋石油平台上各系统设备的运行过程中产生的可利用余热资源，
热器等，所消耗能源基本为电力，使用平台的主电站 为其供电.各系统在运行过程中产生大量的可利用余热资源.经调研，海洋石油平台的可利用余热资源一高温生产水等.海洋平台各种型式余热资源介绍和 般包括高温烟气、油田伴生气、主机高温缸套冷却水、余热量统计见文缺[3].
湿处理之后循环使用.
厨房配置船用分体式空调机组2套，运行方式为1用1备.
2.2生产区工作间-中央空调或分体空调方案
在平台生产区需设置空调的工作间有：电潜泵控制间、主开关间、中控室、仪表设备间、高压开关间、FM200间、实验室、应急开关间等.一般采用中央空 调系统或分体空调设置方案.实验室内必须配置船用防爆分体空调，其它空调房间配置普通船用分体空调.
2平台空调系统方案
在平台上，空调系统的主要用户为生活楼和配电间、中控室等生产区工作间，一般采用中央空调方案和分体空调方案.
3澳化锂吸收式空调机组配置方案
2.1生活楼中央空调方案
3.1余热资源介绍
生活楼均采用中央空调方案，一般配置为船用入新风处理装置后，与系统回风混合，经过热、湿处 中央空调机组3套，2用1备.该方案将室外新风引理之后，通过主、次送风风道将处理后的空气分别送往生活楼内各个房间，满足人员正常的温度、湿度及 卫生要求，然后再通过主、次回风风道将使用后的空气集中送回生活楼空调新风处理装置中，经过新的热、
根据平台余热资源统计可知，燃气透平是海洋平台最常用的主电站型式，燃气透平烟气成为海洋平 台品位最高、余热量最大的余热资源.
锦州油气田某平台是一座集生产及生活为一体的8腿导管架中心平台，共设五层甲板，平台上设3台 单台规格约11947kW燃气透平发电机组，燃气发电机组各负荷率下烟气参数如表1所示.
表1 烟气参数表
主机负荷率(%) 烟气比热/kJ-(kg-C) 环境温度34℃ 烟气消量Agh 环境温度-21.9℃ 环境温度34℃ 期气进口温度/℃ 环境温度-21.9℃40 L.1 161 325 193 190 375 31250 1.1 161 577 161 937 193 444 193844 400 33880 65 L.1 L.1 162 275 194 261 435 472 379 42490 1.1 162 492 194 549 497 455100 L.1 162 706 194 844 523 487
3.2现有空调系统方案
冷水机组与澳化锂机组单台互为备用：冷水机组、溴化锂机组及冷却水辅助设备系统集中布置，AHU （空气处理单元）分别布置在组块和生活楼项层.
系统，总制冷量340kW，总制热量360kW.配置船 该平台生活楼定员人数为100人，采用中央空调用集中空调机组3套，2用1备，单台制冷量为170kW，单台制热量为180kW.生产区工作间采用分体空调方案，各房间设置分体式空调机组，共21台，其中6 台备用.总制冷负荷320kW，总制热负荷130kW.
3.3澳化锂吸收式空调机组形式选择
图1方案1系统流程图
化锂机组的热源.根据澳化锂机组的分类，可选择烟 根据平台可利用余热资源，选择透平烟气作为溴气型和烟气热水型机组由于烟气热水型机组需增加烟气一水换热器，使系统更复杂，且该换热器可靠 性不高.因此，推荐使用烟气型冷热双效型机组.
（2）运行策略
平台投产后，在主机正常良好运行条件下，溴化锂机组投入使用，夏季提供用户冷负荷量，冬季提供 用户热负荷.组块和生活楼用户需要的冷热负荷通过全程综合水处理器将冷却/热水输送到用户的AHU空气处理设备，在AHU内进行冷/熟交换后将负荷分配给各个舱室单元用户以满足需求.当溴化锂机组出现 故障、平台投产前或应急工况等主机无法正常良好运行条件下，冷水机组投入使用，夏季提供用户冷负荷，冬季由AHU内的电加热器提供用户热负荷.
3.4澳化锂吸收式空调系统方案
结合平台布置情况，规划了两套溴化锂吸收式空调系统的配置方案.
1)方案1：冷水机组与溴化锂机组单台互为备用，系统流程如图1所示.
（1）布置方案
（3）系统配置
（1）布置方案
（2）运行策略
系统设备包括：冷水机组（夏季冷负荷为660kW）1台：溴化锂机组（夏季冷负荷为660kW，冬季制热处理器（冷却水泵、膨胀罐定压补水设备、全自动软 量490kW）1台：冷却水系统1套，包括全程综合水水器等）：组块AHU空气处理设备3台（夏季冷负荷空气处理设备3台（夏季冷负荷为170kW，冬季电加 为160kW，冬季电加热器制热量65kW）：生活楼AHU热器制热量180kW).
2）方案2：生活楼风冷机组与溴化锂机组互为备用，系统流程如图2所示.
图2方案2系统流程图
溴化锂机组及冷却水辅助设备系统集中布置.组块CCU（压缩冷凝单元）和AHU布置在中层甲板，采用直接膨胀型风冷机组.生活楼CCU和AHU布置 生活楼项层.每台AHU中配置2套蒸发器，1套供电驱空调压缩机使用，1套供溴化锂机组冷水系统使用.
主机正常运行条件下，溴化锂机组投入使用，夏季提供用户冷负荷，冬季提供用户热负荷量.组块和生活楼用户需要的冷热负荷通过全程综合水处理器将
（3）系统配置
3.5方案比较
36参数对比
表2方案对比表
冷却/热水输送到用户的AHU空气处理设备，在AHU 内进行冷/热交换后将负荷分配给各个舱室单元用户以满足需求.当主机出现故障、平台投产前或应急工况等主机无法正常良好运行条件下，CCU投入使用， 夏季提供用户冷负荷，冬季由AHU内的电加热器提供用户热负荷.
系统设备包括：溴化锂机组（夏季冷负荷为660kW，冬季制热量490kW）1台：冷却水系统1套，包括全程综合水处理器（冷却水泵、膨胀罐定压补水设备、全自动软水器等）：组块CCU和AHU空气处 理设备各3台（夏季冷负荷为160kW，冬季电加热器制热量65kW），每台AHU空气处理装置中配置2套蒸发器，1台蒸发器为电驱空调压缩机使用，1台蒸发 器为溴化锂机组冷水系统使用：生活楼CCU和AHU空气处理设备各3台（夏季冷负荷为170kW，冬季电中增加1套蒸发器，1台蒸发器为电驱空调压缩机使 加热器制热量180kW），在每台AHU空气处理装置用，1台蒸发器为溴化锂机组冷水系统使用.
统设备、布置方案、外形尺寸等方面进行了全面的技 对两套溴化锂吸收式空调系统的配置方案，从系术对比，具体内容如表2所示.
将采用常规空调系统与采用方案1的溴化锂吸收式空调系统在占地面积、干重操作重、用电功率等方面进行对比，具体内容如表3所示.
描述 方案1 方案2名称 冷水机组与溴化锂机组单台互为备用 现有生活楼风冷机组与澳化锂机组互为备用冷水机组（复季冷负荷为660kW）1台：澳化锂 机组（复季冷负荷为660kW，冬季制热量490kW） 溴化锂机组（夏季冷负荷为660kW，冬季制热量490kW） 1台：冷却水系统1套，包括全程综合水处理器（冷却水1台：冷却水系统1套，包括全程综合水处理器 泵、膨胀罐定压补水设备、全自动软水器等）：组块CCU设备名称 及数量 器等）：组块AHU空气处理设备3台（夏季冷负 （冷却水泵、膨胀罐定压补水设备、全自动软水 和AHU空气处理设备各3台（夏季冷负荷为160kW， 冬季电加热器制热量65kW），每台AHU中配置2套蒸荷为160kW，冬季电加热器制热量65kW）：生 发器：生活楼原有CCU和AHU空气处理设备各3台（夏170kW，冬季电加热器制热量180kW） 活楼AHU空气处理设备3台（夏季冷负荷为 台AHU中增加1套蒸发器 季冷负荷为170kW，冬季电加热器制热量180kW），每设备购置及 使用情况 冷却水系统1套，组块AHU3台. 装配中需冷水机组1台，溴化锂机组1台， 装配中需溴化锂机组1台，冷却水系统I套，组块CCU设备差别 冷水机组1台（夏季冷负荷为660kW） 组块CCU3台（夏季冷负荷为160kW） 和AHU各3台：生活楼AHU增加I套蒸发器冷水机组、溴化锂机组及冷却水辅助设备系统集 化锂机组及冷却水辅助设备系统集中布置在操作甲板布置方案 中布置在操作甲板（EL40300）处主机旁边： AHU分别布置在组块和生活楼项层 狭小，机组上部空间小，CCU撬要求上部有≥1800mm 散 （EL40300）处主机旁边：组块CCU和AHU布置空间热净空间，该要求不能满足 3 200mmx2050mmx2350mm（单台），其3台冷却水系统 外形尺寸 需要从全程综合水处理器送至组块和生活楼 6 850 mm×2 500 mmx2 500 mm 需要从全程综合水处理器送至组块和生活楼氟利昂管线 连接 不需要 相关材料，工作量大 AHU与CCU分别成撬，且不在同层，需要连接及
续表2
捕述 方案1 方案2空调及通风 风道尺寸大，占用整体空间大，对相关专业 风道尺寸大，占用整体空间大，协调工作量大，风道布置 响大 每台AHU中需配备2台蒸发器，1台为电驱空调压 对相关专业影响大AHU配置 正常配套，1台蒸发器 缩机使用，1台为澳化锂机组冷水系统使用.费用高施工 机组数量少，且正常配置，占有平台面积小， 相当小 机组数量多，且非正常配置，占有平台面积大， 相当大结论 故确定该方案 故不推荐
表3常规空调与溴化锂吸收式空调参数对比
项目 平台组块 占用面积 生活楼 平台组块 干重/操作重A 生活楼 用电功率kW 制冷/制热常规空调 160 72 11.6/12 12/12 330/525澳化锂吸收式空调 120 36 33/39.5 6/6 180/180
根据空调的运行总时间（空调一年制冷运行4个月，制热运行4个月）及本项目天然气平均低热值进行计算，平台每年节约电能：150x24x30x4345x24x30x4= 1 425 600(kWb)：每年节约燃气：1 425 600 x0.27 =361584（Nm）：按照每千瓦时发电成本0.8元计算，该平台每年度可节约电费1190000元.
3.7 澳化锂机组及烟道布置
主机透平机组烟道排放的烟气通过DN400钢制管道接入溴化锂机组烟气入口，在烟气再生器内进行 热交换，吸收烟气热量后的烟气温度约170℃，烟气从出口通过引风机加压排放的原透平机组的排烟道内.图3中，烟气通过管道流经溴化锂机组存在一定 的压力损失，增加烟道阻力.经校核，透平排烟温度能满足澳化锂机组的使用要求：透平排烟量远大于溴化锂机组的使用量：溴化锂机组产生的背压不会对透化锂机组排气端安装一台高温抽风机机组布置及水 平运行产生影响.为保证机组的正常运行，选择在溴系统主要设备布置如图3所示.
表4溴化锂吸收式空调与常规空调费用对比
常规 溴化锂吸序号 费用名称 空调 收式空调1 2 冷媒水管线/万元 设备费/万元 360 0 740 50合计万元 360 790
4.3 经济性比较
澳化锂吸收式空调与常规空调相比，前期追加投资，后期节约电费.将两方案的差额部分进行经济评 价，比较结果如表5所示.
表5经济性对比表
名称 两方案差额增加投资 （澳化锂吸收式空调一常规空调） 430万元年均节约电费 119万元静态回收期 IRR 4.6年 24%动态回收期 7年
图3澳化锂空调系统布置及流程图
4澳化锂机组运行的经济评价与能耗分析
从经济评价的结果上看，采用溴化锂吸收式空调的增量IRR为24%，经济性上可行.
4.1投资比较
对比溴化锂吸收式空调及常规空调方案，结合需增加的设备及施工工程量，经济投资估算如表4所示.
4.4减排效果
4.2节能效益比较
锂空调系统与采用常规电驱空调相比，该平台相当于 按照每年节约燃气361584Nm²计算，采用溴化每年减少CO排放770t，减排效果显著.
溴化锂吸收式空调机组可提供660kW制冷量和490kW制热量，每小时可节省150kW/345kW电量，
（下转第76页）
动时效等）存在一定的局限性.超声冲击技术是目前 消除焊接残余应力的工艺手段中最彻底、最有效的消除方式.
[3]高桦，曹卫杰，应力应变条件对氢致开裂的影响[].金 口装置和采油树设备[S] 2009.属热处理学报 1996(5): 98-99[4]游级，郑小玲，余海洲，关于焊接残余应力形成机制的 探讨[].焊接学报.2003(4):51-52.[5]王东坡，霍立兴，葛宝文、等，超声冲击法改善高强钢[6]王荣，杨峰，顺晓波，超声冲击改善焊按接头残余应力的 焊接接头的疲劳性能[D].中国造船 2003(12):86-91研究江苏科技大学学报：自然科学版 2009(8)：304-306[7]赵显华，傅世嘉，李钊，豪克能消除焊接应力设备的研究与应用[.钢结构 2009(9): 71-72.
冲击的组合工艺进行消除应力处理，有利于增强钢结 4）水下采油树钢结构焊后采取振动时效超声波构抵抗氢致裂纹及应力腐蚀的能力.
参考文献：
[1]ISO13628-4、水下生产系统的设计和操作第4部分：水下井口装置和采油树设备[S].2010.[2]ISO 10423、石油和天然气工业-钻井和采油设备-井
式空调机组代替电空调机组的方案在技术和经济上是空调系统的节能降耗. 可行的，能够有效地降低空调系统的用电负荷，实现
（上接第68页）
5结论
根据技术上和经济上的综合比较，得出结论如下：
1）溴化锂吸收式空调初始投资大，经济性上从静态回收期看，初始投资在46年之内可以完全回收：从动态回收期看，初始投资在7年之内可以完全回收.
参考文献：
[1]Q/HS 13008-2010 海上油气田工程设计节能技术规范[S].中国海洋石油总公司 2010.[2]杨树，海洋石油平台余热利用研究[D 船舶工程.[3]张凯，牛卫民，刘纯青，海洋石油平台可利用余热资源 2015(5): 94-96.及应用现状石油和化工设备，2015(11):66-70.[4]《海洋石油工程设计指南》编委会，海洋石油工程设计 指南[M].北京：石淮工业出版社 2007.[5]刘伟，烟气余热回收设计的关键间题及工程实践].节能 2014(7): 57-59.[6]故晨阻，李达仁张宁.船用溴化锂吸收式制冷机应用 研究].机电设备、2002(2):30-32.[7]范丽，王立席，船舶空调系统回收柴油机缸套水预热的可行性研院门武汉船舶职业技术学院学报 2014(4):26-29.
2）溴化锂吸收式空调在冬季加热工况下节约的电能约占整个空调系统运行节约电能的70%，因此溴化锂吸收式空调主要适用于冬季有加热需求的渤海海 域.鉴于正常工况下可利用的主机烟气余热量远大于澳化锂吸收式空调的需求量，可考虑使用多效型溴化锂吸收式空调为海洋平台提供生活或生产热水，提高 余热的回收利用率.
3）澳化锂吸收式空调在海洋平台的应用还应综合考虑可利用烟气的不确定性、设备的采办控制、陆用产品和船用产品差异（防腐、防护等级要求高、抗振 要求高等）、日常检查维护保养工作量大、设备厂家服务周期长等问题.
综上，从技术上和经济上分析，利用澳化锂吸收
（上接第72页）
缕的寿命：而随着缆长的增加，在续即将脱离首尾端 5）弧板的存在可以有效缓解缆的疲劳损伤，延长的弧板位置附近随着外载荷及波浪的作用会产生与弧板末端的摩擦与碰撞，加重缆的疲劳，进而会大大减 小这一区域续的寿命.
[2]安伟光.陈燕，基于检测结果的海洋工程结构TLP系统 疫劳可靠性分析.哈尔滨工程大学学报2004 25(6)：700-704.[3] Engesvik K.M. Moan Torgeir. Probabilistic Analysis ofthe Uncertainty in the Fatigue Capacity of Welded Joints[J]. Joumal of Englneering Fracture Meahnics 1983 18(4):743-762.[4]曾晓辉，沈晓鹏.张力腿平台拉索的疲劳损伤门.船舶 工程 2006 28(3): 1-3.[5]方华灿、海洋石油钢结构的疲劳寿命[M].北京：石油[6] Guedes Soares C. Moan T. Model Uncertainty in the 工业出版社 1990.Long-temmDistribution of Wave-induced BendingMoments for Fatigue Design of Ship Structures[J].Marinestructures 1991(4): 295-315.
6）碰撞和干涉也会使跨接缆的寿命大大降低，除距首尾端较近的区域外，缆的寿命相对其他区域较短的区域正是发生干涉和碰撞比较频繁的区域.
7）需要指出的是，本文主要分析了波致疲劳寿命，考虑了FPSO的中间吃水、平均位置的波频运动，而涡激振动与FPSO的低频运动不予考虑.
参考文献：
[1] ORCAFLEX Help File and User Manual[EB/OL].[2016-04-09]
