本文關(guān)鍵詞：海上采油設(shè)施主機余熱回收過程的熱力學(xué)研究

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【摘要】：海上采油設(shè)施一般分為鉆井平臺和FPSO(Floating Production Storage and Offloading),屬于開采石油的海上構(gòu)筑物,上裝鉆井、動力、通訊、導(dǎo)航等設(shè)施�，F(xiàn)有的海上采油設(shè)施主要依靠燃燒石油或者天然氣給熱介質(zhì)系統(tǒng)提供電能和熱源,主機尾氣的余熱資源大部分排空,造成大量的浪費。海上采油設(shè)施發(fā)電主機尾氣溫度相對較高,在常規(guī)工況下,尾氣溫度通常在400℃左右,而海上油(氣)田平臺所用加熱系統(tǒng)的加熱溫度均小于160℃。對海上采油設(shè)施的主機尾氣來說,進行余熱回收利用能夠增加能源有效利用率。因此,可以考慮采用余熱回收鍋爐來回收發(fā)電主機尾氣中的熱量,用于熱介質(zhì)供熱。首先,本文對幾種熱力學(xué)系統(tǒng)進行了分析,選用了簡單開式Brayton循環(huán)對余熱回收進行分析和優(yōu)化。本文采用Brayton循環(huán)分析了同一柴油發(fā)電主機不同工況下的優(yōu)化問題,同時分析了柴油主機由于海上采油設(shè)施空間限制,不能安裝風(fēng)機僅依靠柴油主機提供動力引起系統(tǒng)各個參數(shù)的變化問題。本文還對這種不加風(fēng)機與加風(fēng)機的熱回收方式進行了經(jīng)濟性分析。結(jié)果表明,對于海上采油設(shè)施來說,不管余熱回收裝置尾部加不加風(fēng)機,安裝在主機尾部的方式可以提高能源利用率;如果海上條件能夠允許的話,在余熱回收裝置尾部增加風(fēng)機,則運行效果與節(jié)能效果更好。其次,本文采用Fluent軟件對余熱回收裝置的換熱風(fēng)阻進行數(shù)值分析。本文主要討論主機排煙高溫尾氣在豎直圓管內(nèi)換熱時的湍流流動與換熱的物理模型(是指圓管內(nèi)流動的是熱介質(zhì),圓管外部流動的是高溫?zé)煔?。同時,在余熱回收裝置的入口段存在一段空腔(整流段),這部分煙氣較高。本文還進行了介質(zhì)的光學(xué)厚度、散射度、散射相函數(shù)等輻射性質(zhì),以及方腔縱橫比對腔內(nèi)換熱的影響研究。由于海上的發(fā)電主機負荷經(jīng)常波動的情況,當(dāng)設(shè)計值與負荷最大值出現(xiàn)較大偏差時,應(yīng)考慮在余熱回收時設(shè)置旁通管來減小風(fēng)阻。最后,本文還對海上余熱回收設(shè)計余熱回收裝置的重要的參數(shù)之一:發(fā)電主機的煙氣量分析和計算。本文綜合了實驗和理論計算的方法,將鍋爐燃燒產(chǎn)物的分析方法應(yīng)用到發(fā)電主機的尾氣量的分析計算中去。同時,為使計算結(jié)果更為準確,本文也分析了發(fā)電主機燃燒不完全損失時對過量過量空氣系數(shù)的影響,給出了含氧量計算過量空氣系數(shù)的圖表。本文通過對9-3平臺的燃氣輪機和111FPSO的柴油機尾氣為例進行分析計算,結(jié)果表明,燃氣輪機的過量空氣系數(shù)大于柴油機的過量空氣系數(shù),柴油機的過量空氣系數(shù)大于鍋爐燃燒時的過量空氣系數(shù)。中海油海上采油設(shè)施的余熱資源非常豐富,通過余熱回收將海上的熱能充分利用,是中海油節(jié)能降耗目標實現(xiàn)的重要途經(jīng)之一。通過提高熱電聯(lián)產(chǎn)效率,更好的發(fā)揮海上采油設(shè)施的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的性能,為以后大規(guī)模余熱回收應(yīng)用有重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK115;TE95

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本文編號：1301158