CN105971766A - 一种用于确定余热回收装置热负荷的系统及方法 - Google Patents

一种用于确定余热回收装置热负荷的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定余热回收装置热负荷的系统及方法，其特征在于：它包括一余热回收装置，在余热回收装置上通过一热介质出口管线连接一热用户组的一端，热用户组的另一端通过一热介质入口管线与余热回收装置连接；在热介质出口管线上设置有一压差流量计和一第一温度测量装置，在热介质入口管线上设置有一第二温度测量装置，在余热回收装置上设置有一高温烟气入口管线和一低温烟气放空管线，在热介质入口管线上设置有一热介质循环泵。热用户组包括一个以上并联连接的热用户，每一热用户均通过一第一管线支路分别与热介质出口管线和热介质入口管线连接，在每一第一管线支路上靠近热介质出口管线的位置设置有一液体流量计和一温度计，在靠近热介质入口管线的位置设置有另一温度计。

Description

一种用于确定余热回收装置热负荷的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定余热回收装置热负荷的系统及方法。
背景技术
海上油气田的开发一般需要在平台上单独配置透平发电机组，并且采用平台伴生气作为燃料气发电，透平发电机组排放的高温烟气可以通过余热回收装置加热导热油，从而给平台上各个热用户(比如油气分离器前使用的加热器)提供热负荷。在海上油田开发设计阶段，首先根据平台主要热用户的热负荷需求，然后再根据透平发电机组的数量和运行负荷率等情况合理选择余热回收装置的规格和数量。其中，热用户热负荷的需求计算是余热回收装置选型的基础。
另外，在海上油田开发设计阶段需要根据油气田的配产、流体需要被加热的温升、流体组分和流体物性等参数并通过HYSYS软件计算热用户的热负荷。但是，油气田投产后由于油藏实际产量与预测产量之间存在差异，将会导致热介质系统中各个热用户的实际热负荷需求与设计值之间产生较大的差异，因此及时和准确掌握平台热介质系统的热负荷对于评估设备选型的合理性以及优化设计阶段热负荷的计算方法都有参考价值。如果仍然按照设计阶段根据配产和油气物性等参数并借助HYSYS软件进行模拟计算，该方法则比较复杂，且不能对整个热介质系统的热负荷进行一次性计算，更不便于现场操作人员及时掌握总的热负荷或者单个热用户的热负荷需求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种准确性高且简单快捷的用于确定余热回收装置热负荷的系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，其特征在于：它包括一余热回收装置，在所述余热回收装置上通过一热介质出口管线连接一热用户组的一端，所述热用户组的另一端通过一热介质入口管线与所述余热回收装置连接；在所述热介质出口管线上设置有一压差流量计和一第一温度测量装置，在所述热介质入口管线上设置有一第二温度测量装置，在所述余热回收装置上设置有一高温烟气入口管线和一低温烟气放空管线，在所述热介质入口管线上设置有一热介质循环泵。
所述热用户组包括一个以上并联连接的热用户，每一所述热用户均通过一第一管线支路分别与所述热介质出口管线和所述热介质入口管线连接，在每一所述第一管线支路上靠近所述热介质出口管线的位置设置有一液体流量计和一温度计，在每一所述第一管线支路上靠近所述热介质入口管线的位置设置有另一温度计。
在所述热用户组上并联连接一两端与所述接热介质出口管线和所述热介质入口管线连接的第二管线支路，在所述第二管线支路上设置有一差压控制阀，在所述差压控制阀上并联连接一压差显示变送器。
在所述高温烟气入口管线上设置有一挡板阀，在所述高温烟气入口管线和所述低温烟气放空管线之间设置有一与所述挡板阀相连接的烟气旁通管线支路。
所述压差流量计为差压式流量计，所述压差流量计前直管段的长度为所述热介质出口管线直径的10倍，所述压差流量计后直管段的长度为所述热介质出口管线直径的3倍。
在所述余热回收装置内设置有一与所述第一管线连通的炉膛，在所述炉膛内设置有用于盛放热介质油的盘管。
所述热介质循环泵为离心泵。
所述热用户为换热器或加热器。
一种用于确定余热回收装置热负荷的方法，其包括以下步骤：
1)记录压差流量计的压差数值ΔP5、第一温度测量装置的温度值T6和第二温度测量装置的温度值T7，并计算两温度值T6和T7的平均值T平均，所依据的公式如下：
T平均＝(T6+T7)/2
其中，T平均的单位为℃；
2)查找T平均对应温度下热介质出口管线内热介质的比热C和密度ρ；
3)根据余热回收装置设定的额定热介质循环量V额定和压差流量计的额定压差数值Δp额定，计算热介质出口管线内热介质的实际流量V实际，所依据的公式如下：
ΔP5/ΔP额定＝(V实际/V额定)2
其中，V实际和V额定的单位分别为m3/h；
4)计算整个余热回收装置的热负荷Q总，所依据的计算公式如下：
Q总＝CρV实际(T6-T7)/3600
其中，C的单位为kJ/kg·℃，ρ的单位为kg/m3，Q总的单位为kW。
在所述步骤4)中，计算流经每一热用户的热负荷Q单，所依据的公式如下：
Q单＝CρV11(T12-T13)/3600
其中，Q单的单位为kW，T12为热用户所在第一管线支路上靠近热介质出口管线的温度值，T13为热用户所在第一管线支路上靠近热介质入口管线的温度值，V11为流经热用户的热介质流量，V11单位为m3/h。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明系统内设置一余热回收装置，在余热回收装置上通过一热介质出口管线连接一热用户组的一端，热用户组的另一端通过一热介质入口管线与余热回收装置连接，在热介质出口管线上设置有一压差流量计和一温度测量装置，在热介质入口管线上设置有一温度测量装置，在余热回收装置上设置有一高温烟气入口管线和一低温烟气放空管线，在热介质入口管线上设置有一热介质循环泵，本发明结构简单，使用方便。2、本发明在高温烟气入口管线上设置有一挡板阀，通过控制挡板阀的开度来控制进入余热回收装置内的高温烟气流量，从而能够实现热介质出口管线内热介质温度的稳定。3、本发明设置有一与挡板阀相连接的烟气旁通管线支路，当温度测量装置的温度高于设定值时，多余的高温气体则可以通过烟气旁通管线支路放空，从而能够降低热介质出口管线内热介质的温度。4、本发明在差压控制阀上并联连接一压差显示变送器，通过压差显示变送器调节管线支路中的热介质压力，用于平衡与每一热用户连接的管线支路的压力。5、本发明方法利用直接记录压差式流量计的压差数值和温度测量装置上的温度值，计算热介质出口管线内热介质的实际流量，从而能够准确和快速地确定系统中总的热负荷，本发明利于现场工作人员的直接操作，简洁高效。6、本发明方法利用直接记录液体流量计的流量和温度计的温度，能够准确和快速地确定每一热用户的热负荷。
附图说明
图1是本发明的流程示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提出了一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，它包括一余热回收装置1，在余热回收装置1上通过一热介质出口管线2连接一热用户组3的一端，热用户组3的另一端通过一热介质入口管线4与余热回收装置1连接。在热介质出口管线2上设置有一压差流量计5和一温度测量装置6，分别用于测量热介质的流量和温度。在热介质入口管线4上设置有一温度测量装置7。在余热回收装置1上设置有一高温烟气入口管线8和一低温烟气放空管线9。在热介质入口管线4上设置有一热介质循环泵10，能够对从热用户组3流出的热介质进行增压并将其输送至余热回收装置1，而后与余热回收装置1内的高温烟气进行换热。
上述实施例中，热用户组3包括一个以上并联连接的热用户31，每一热用户31均通过管线支路分别与热介质出口管线2和热介质入口管线4连接。在每一管线支路上靠近热介质出口管线2的位置设置有一液体流量计11和一温度计12，分别用于测量流入热用户31的热介质的流量和温度。在每一管线支路上靠近热介质入口管线4的位置设置有一温度计13，用于测量流出热用户31的热介质的温度。
上述实施例中，在热用户组3上并联连接一两端与接热介质出口管线2和热介质入口管线4连接的管线支路14，在管线支路14上设置有一差压控制阀15。在差压控制阀15上并联连接一压差显示变送器16，通过压差显示变送器16调节管线支路14中的热介质压力，用于平衡与每一热用户31连接的管线支路的压力。
上述实施例中，在高温烟气入口管线8上设置有一挡板阀17，通过控制挡板阀17的开度来控制进入余热回收装置1内的高温烟气流量，从而能够实现热介质出口管线2内热介质温度的稳定。在高温烟气入口管线8和低温烟气放空管线9之间设置有一与挡板阀17相连接的烟气旁通管线支路18，当温度测量装置6的温度高于设定值时，多余的高温气体则可以通过烟气旁通管线支路18放空，从而能够降低热介质出口管线2内热介质的温度。
上述实施例中，压差流量计5为差压式流量计。压差流量计5前直管段的长度为热介质出口管线2直径的10倍，后直管段的长度为热介质出口管线2直径的3倍。
上述实施例中，热介质循环泵10为离心泵。
上述实施例中，在余热回收装置1内设置有一与高温烟气入口管线8连通的炉膛，在炉膛内设置有用于盛放热介质油的盘管。
上述实施例中，热用户31为换热器或加热器，能够利用热介质油对流经其中的被加热流体加热，以达到设定的温度。
本发明使用时，引自透平发电机组的高温烟气通过挡板阀17进入余热回收装置1的炉膛内，并加热位于炉膛内盘管里的热介质油，然后低温烟气通过低温烟气放空管线9排出。热介质油被加热到一个设定的温度值，可以通过控制挡板阀17的开度来控制进入余热回收装置1内的高温烟气流量，从而能够实现热介质出口管线2内的热介质的温度稳定。热介质出口管线2内的热介质流经每一液体流量计11和温度计12，而后流入热用户31进行换热，继而流经温度计13。最后，与各个热用户31内的换热流体进行换热后的热介质统一由热介质循环泵10增压后输送至余热回收装置1内，如此便完成了热介质系统的整个循环换热过程。
在上述系统的基础上，本发明还提出了一种用于确定余热回收装置热负荷的方法，其包括以下步骤：
1)记录压差流量计5的压差数值ΔP5、温度测量装置6的温度值T6和温度测量装置7的温度值T7，并计算两温度值T6和T7的平均值T平均，所依据的公式如下：
T平均＝(T6+T7)/2
其中，T平均的单位为℃。
2)查找T平均对应温度下热介质出口管线2内热介质的比热C和密度ρ。
3)根据余热回收装置1设定的额定热介质循环量V额定和压差流量计5的额定压差数值Δp额定，计算热介质出口管线2内热介质的实际流量V实际，所依据的公式如下：
ΔP5/ΔP额定＝(V实际/V额定)2
其中，V实际和V额定的单位均为m3/h。
4)计算整个余热回收装置1的热负荷Q总，所依据的计算公式如下：
Q总＝CρV实际(T6-T7)/3600
其中，C的单位为kJ/kg·℃，ρ的单位为kg/m3，Q总的单位为kW。
上述实施例中，计算流经每一热用户31的热负荷Q单，所依据的公式如下：
Q单＝CρV11(T12-T13)/3600
其中，Q单的单位为kW，T12为热用户31所在管线支路上靠近热介质出口管线2的温度值，T13为热用户31所在管线支路上靠近热介质入口管线4的温度值，V11为流经热用户31的热介质流量，V11单位为m3/h。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，其特征在于：它包括一余热回收装置，在所述余热回收装置上通过一热介质出口管线连接一热用户组的一端，所述热用户组的另一端通过一热介质入口管线与所述余热回收装置连接；在所述热介质出口管线上设置有一压差流量计和一第一温度测量装置，在所述热介质入口管线上设置有一第二温度测量装置，在所述余热回收装置上设置有一高温烟气入口管线和一低温烟气放空管线，在所述热介质入口管线上设置有一热介质循环泵。
2.如权利要求1所述的一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，其特征在于：所述热用户组包括一个以上并联连接的热用户，每一所述热用户均通过一第一管线支路分别与所述热介质出口管线和所述热介质入口管线连接，在每一所述第一管线支路上靠近所述热介质出口管线的位置设置有一液体流量计和一温度计，在每一所述第一管线支路上靠近所述热介质入口管线的位置设置有另一温度计。
3.如权利要求1所述的一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，其特征在于：在所述热用户组上并联连接一两端与所述接热介质出口管线和所述热介质入口管线连接的第二管线支路，在所述第二管线支路上设置有一差压控制阀，在所述差压控制阀上并联连接一压差显示变送器。
4.如权利要求1所述的一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，其特征在于：在所述高温烟气入口管线上设置有一挡板阀，在所述高温烟气入口管线和所述低温烟气放空管线之间设置有一与所述挡板阀相连接的烟气旁通管线支路。
5.如权利要求1所述的一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，其特征在于：所述压差流量计为差压式流量计，所述压差流量计前直管段的长度为所述热介质出口管线直径的10倍，所述压差流量计后直管段的长度为所述热介质出口管线直径的3倍。
6.如权利要求1所述的一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，其特征在于：在所述余热回收装置内设置有一与所述第一管线连通的炉膛，在所述炉膛内设置有用于盛放热介质油的盘管。
7.如权利要求1所述的一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，其特征在于：所述热介质循环泵为离心泵。
8.如权利要求2所述的一种用于确定余热回收装置热负荷的系统，其特征在于：所述热用户为换热器或加热器。
9.一种基于权利要求1～8任一项所述系统的用于确定余热回收装置热负荷的方法，其包括以下步骤：
1)记录压差流量计的压差数值△P5、第一温度测量装置的温度值T6和第二温度测量装置的温度值T7，并计算两温度值T6和T7的平均值T平均，所依据的公式如下：
T平均＝(T6+T7)/2
其中，T平均的单位为℃；
2)查找T平均对应温度下热介质出口管线内热介质的比热C和密度ρ；
3)根据余热回收装置设定的额定热介质循环量V额定和压差流量计的额定压差数值△p额定，计算热介质出口管线内热介质的实际流量V实际，所依据的公式如下：
△P5/△P额定＝(V实际/V额定)2
其中，V实际和V额定的单位均为m3/h；
4)计算整个余热回收装置的热负荷Q总，所依据的计算公式如下：
Q总＝CρV实际(T6-T7)/3600
其中，C的单位为kJ/kg·℃，ρ的单位为kg/m3，Q总的单位为kW。
10.如权利要求9所述的一种用于确定余热回收装置热负荷的方法，其特征在于：在所述步骤4)中，计算流经每一热用户的热负荷Q单，所依据的公式如下：
Q单＝CρV11(T12-T13)/3600
其中，Q单的单位为kW，T12为热用户所在第一管线支路上靠近热介质出口管线的温度值，T13为热用户所在第一管线支路上靠近热介质入口管线的温度值，V11为流经热用户的热介质流量，V11单位为m3/h。
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