稠油热采低温余热ORC系统参数计算分析

★ 石 油 化 工 安 全 环 保 技 术 ★ ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＳＡＦＥＴＹ ＡＮＤ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０ １ ６年第 ３２卷第 ２期
稠 油热 采低 温余热 ＯＲＣ系统参 数计算分１６年 第 ３２卷 第 ２期
★ 李龙飞等．稠油热采低温余热 ＯＲＣ系统 参数计 算分析 ★
１ ＯＲＣ发 电系统参数优化分析
１．２ ｏＲＣ发 电 系统数 学模型
低沸点工质因其汽化潜热较低 ，故易采用超 临界循环 ，可使工质 与排气的换热温差减小 ，因 此循环效率较高。同时 由于低沸点工质饱和压力 大 ，蒸汽比容小 ，使涡轮结构 紧凑效率高 。从 而 低沸点工质用于 中、低温余 热动力 回收系统表现 出其 优 越 性 。 根 据 近 些 年 朱 江 Ｊ、 Ｌａｋｅｗ【 、 Ｈｕｎｇ 等人对包括 Ｒ２９０、Ｒ１３４ａ、Ｒ６００ａ、Ｒ６００、 Ｒ６０１ａ、苯 、液 氨 、Ｒ１１、Ｒ１１ａ、Ｒ１２、Ｒ１３４ａ和 Ｒ１ｌ３等在内的数十种有机工质所做 的深入研究 ， 对 比在辽 河 油 田锦 州 特 油 厂 的调 研 结 果 （采 出 液温度 在 １００ ｏＣ左右 ）表 明 ：Ｒ１１ａ（适 用 的温度 范 围 ：９０～１２０ ｏＣ）应为 最佳 的工 质选 择 ，其 可获 得 最 高 的系 统净输 出功率 。
的影 响 很 大 ，随 温 度 上 升 ，稠 油 的粘 度 会 急 剧 下 降 。 目前 稠 油 的 开 采 通 常 采 用 蒸 汽 吞 吐 、汽 驱 等热 采 工 艺 降 低 稠 油 粘 度 ，提 高 稠 油 产 量 。 如 辽河 油 田曙 一 区 杜 ８４块 采 用 的是 目前 最 先 进 的热驱 采 油 工 艺一 ｓＡＧＤ（蒸 汽 辅 助 重 力 泄 油 ）技 术 。世 界 上 采 用 蒸 汽 驱 热 采 工 艺 开 采 稠 油 油 藏 的国家 ，多 数 是 以天 然 气 为燃 料 生 产 蒸 汽 ， 中东 的 阿曼 因天 然 气 短 缺 以至 需 要 进 口天 然 气 。 数 据 显示 ，在 蒸 汽 热 采 每 桶 原 油 的成 本 中 ，天 然 气 成本 要 占到 ５０％ 左 右 。这 在 目前 国 际油 价 长 期低 迷 的 情 况 下 一 方 面 严 重 降 低 了 石 油 公 司 的市 场 竞 争 力 ，另 一 方 面 ，热 采 工 艺 又 导 致 油 田采 出液 温度 明显升 高形成 大量 的低 温余 热 资源。温度一般在 ４０～６０℃之 间 ，我 国东北某 些 油 田含 油 污 水 甚 至 常 年 保 持 在 ９３～１００ ｏＣ。 为了有效 地 回收和利 用油 田采 出液余 热 ，降低 采油成本 ，提 高 蒸 汽 驱 开 发 的整 体 经 济 效 益 ， 可 用 有 机 朗 肯 循 环 （Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒａｎｋｉｎｅ ｃｙｃｌｅ— ＯＲＣ）余热 发 电技术 ，实 现低 温 余 热 的动力 回 收 ，ＯＲＣ余 热 发 电技 术具 有 回收余 热 温度 低 、 设备紧凑 、有 机工 质 涡轮效 率 高等 特点 ，被 认 为 是 最 具 潜 力 的 高 效 回 收 低 品 位 热 能 的 技 术 。
目前 ，国内 ＯＲＣ技术更广泛应用 的障碍乃 是循 环 效 率 低 （＜１０％ ），为 此 亟 待 解 决 的 问题 有 两个 ：一 是 循 环 系 统 的设 计 参 数 需 优 化 ；二 是 有机 工 质 的选 用 需 优 化 Ｊ。以 辽 河 油 田稠 油 采 出液的余热特性为例在 已选用 Ｒ１１ａ为循环工 质 的情 况 下 ，用 ＥＥＳ（工 程 方 程 解 码 器 ）商 业 软 件 对 影 响 ＯＲＣ技 术性 能 的循 环 系 统 参 数 进 行 了 数值计算分析 ，为循 环 系统进一 步 的优化设 计 提 供 依据 。
（１．北京石油化工学院机械 工程 学院，北京 １０２６１７； ２．中国石油天然气股份有限公 司勘探开发研究院，北京 １０００００； ３．中 国石 油 天然 气股份 有 限公 司辽河 油 田分公 司 ，辽 宁 锦 州 １２１０００）
摘 要：针对辽河油田稠 油采出液余热特性和 Ｒ１１ａ有机工质应 用 ＥＥＳ软件对影响有机工 质 郎肯循 环性 能 的 系统参数进 行 了数值 计 算分 析 ，从 同一 工 质循 环 参 数 对 系统 的影 响 分 析 来 看，各参数对系统的影响程度 不一，其 中以蒸发温度的影响最大，在余热流体和环境冷却水 温 一定 的情 况下 ，系统存在 一 个 “最佳 蒸发 温度 （６１．８４ ｃｌＣ）”使 其 净输 出电功 达 到 最 大 ，且 “最佳 蒸发 温度 ” 随余 热 流体 温度 的增加 而增加 。
收 稿 日期 ：２０１５—１２—２８。 作者简介 ：李龙飞，男，北 京石油化工学院能源与动 力工程专业在读。 基金项 目：北 京 市 高 校 大 学 生 科 研 训 练 基 金 （２０１３ｘ０００１７） 通讯作者 ：常峥 ，男，北 京石 油 化 工 学 院机 械 工 程 系 ， 副教 授 。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈａｎｇｚｈａｎｇ＠ ｂｉｐｔ．ｅｄｕ．ｏｎ
该技术是用 低温余 热热量 通过 高效换热 器产 生 有 机 工 质 饱 和 蒸 汽 ，推 动 涡 轮 发 电 机 组 发 电 ， ＯＲＣ技 术 于 上世 纪 七 、八 十年 代 在 欧 美 、 日本 、 以色 列 及 前 苏 联 等 发 达 国家 就 已 有 应 用 ，至 今 已形 成 较 成 熟 的 技 术 ；我 国 的 研 究 始 于 １９７０ 年 ，集 中 于 地 热 发 电 Ｊ，但 发 展 缓 慢 ， 目前 与 国 际先 进 水平 有 较 大差 距 。
关键词 ：稠油采 出液 余热发电 有机工质郎肯循环 系统参数优化
稠 油 主 要 成 分 是 烷 烃 、芳 烃 、胶 质 和 沥 青 ， 具 有 高 密 度 和高 粘 性 的 特 点 ，常 温 下 流 动 性 差 ， 无 法 采 用 常 规 方 法 开 采 ¨Ｊ。而 温 度 对 稠 油 粘 度