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采用热泵技术回收油田污水余热点击：1750 日期：[ 2014-04-26 21:39:59 ] |
| 采用热泵技术回收油田污水余热 苗承武 吴明利 刘文多 苗承武等.采用热泵技术回收油田污水余热.石油规划设计，2007，18（2）：22～24 摘要：大庆油田采用热泵技术回收油田污水余热，用于采暖和生产供热，取得了节能降耗的明显效果。根据现场调研资料介绍了大庆油田在联合站、注水站采用热泵回收污水余热代替锅炉等常规供热设施的技术路线。热泵应用于含油污水余热回收在技术和经济上都是可行的。 关键词：大庆油田 热泵技术 污水余热 采暖 供热 节能 目前我国各主要油田均已达到中、高含水期，油田污水产出量增加。虽然含油污水处理后，作为回注水（资源）使用，节约了清水。但是，含油污水通常蕴载着大量热能（含油污水一般为35～40℃），没有得到回收和利用。而油田集输处理生产过程以及采暖等都需要大量的热能，需要采用锅炉或热水炉供热，消耗大量的油田气或原油。因此，采用成熟的热泵技术回收含油污水余热，用于生产和生活用热，是油田节能的新途径。大庆油田在联合站、注水站等成功地采用热泵技术回收含油污水，已正常运行多年，获得较好的成效。 1·热泵技术应用现状 大庆油田于2000年开始应用热泵技术，至2004年热泵技术已在13座站场、楼馆的生产用热和采暖工程中应用，采暖面积约为77 400 m2。其中采用含油污水和原生污水（生活污水）作为热源应用于采暖的，如大庆油田第二采油厂南七联、第五作业区等7座站场，部分站场还用于站场内集输生产和工艺管道保温，采暖面积约为38 510 m2。热泵系统代替了原来供热的锅炉、水套炉等设施，节约了大量燃料。而且热泵系统全部自动化运行，操作便捷，降低了运行成本。 2·热泵技术工作原理 热泵机组主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、电磁阀、膨胀阀、干燥过滤器及储液罐等部件组成，机组内换热介质为氟里昂致冷剂。机组分3个能量变化阶段进行工作： （1）提取低品位热能。机组中的液态致冷剂在蒸发器中与低品位热源进行热交换，吸收热量蒸发成气体，实现致冷剂的蒸发提取低品位热能。 （2）低品位热能向高品位热能转换。蒸发吸热的气体被吸入压缩机进行压缩，变成高温、高压的气体进入冷凝器，实现热量由低品位热能向高品位热能的转化。 （3）高品位热能输出。进入冷凝器的高温、高压气体与换热介质进行热交换释放高品位热能，并冷凝成液态。实现了高品位热能的输出。 3·应用实例分析 以采用热泵回收油田污水余热的联合站、注水站为例对热泵的使用效果进行分析。 （1）用于联合站的采暖及管道伴热 2001年大庆油田在南七联利用油田含油污水作为低温热源，通过热泵技术取代锅炉，实现了全站的采暖及工艺管道的伴热。南七联建于1978年，采暖面积为3 380 m2，采暖热负荷为439.4 kW；工艺伴热负荷为152.7 kW。该站原来采用的是锅炉采暖，经过20多年的运行，整个采暖系统存在问题较多，应对采暖系统进行改造。经过论证，决定应用热泵技术。利用该站的回注含油污水做低温热源，安装热泵机组，置换出高品位热源，用于采暖和伴热的供热。在应用中，考虑到含油污水中含油，易阻塞热泵内的筛网换热器；而且氯离子含量较高，易腐蚀热泵内的筛网换热器。因此，在流程上（见图1），从南七污水站引出净化后的部分含油污水（温度为35～40℃）经升压泵升压，先进入板式换热器与循环清水换热，释放热能后（约25℃），再回到注水罐，回注地下；在板式换热器内吸收热能的循环清水（15～20℃），被送至热泵机组蒸发器，释放低温热能后，流回开式水箱。采暖和伴热水在热泵机组冷凝器内吸收高品位热能（温升至60～65℃），送至采暖伴热系统释放热量后，回采暖循环泵升压，循环使用。 大庆油田南七联采暖及管道伴热的供热系统，于2001年12月完工并投入使用，已正常运行了近两个半采暖期。从运行情况看，采暖效果较好，室温始终保持在18～20℃（室外温度为-10～-26℃）。同时，脱水及污水处理等系统需伴热的管道、设备未出现任何问题，伴热效果完全能够满足生产需要。设备操作简单，只需通过机组控制屏，输入指令即可完成操作，运行期间末进行过维护。 大庆油田南七联采暖及管道伴热的供热系统采用热泵机组两台（单台输入电功率为115 kW，输出功率为310 kW），代替站内两台4 t/h采暖伴热锅炉运行。热泵采暖与锅炉房采暖的经济对比见表1。 由表1可以看出，采用热泵与锅炉相比，虽然多消耗一些电，但可节约大量天然气，二者相抵还相当于节约电能约130×104kW·h/a，从而降低了运行和维护费用。热泵采暖初投资比锅炉多出58.6万元，按节约了运行和维护费计算，只需1.39年即可收回投资。按运行15年考虑，热泵采暖总费用比锅炉节约572万元，经济效益较为可观。 （2）用于注水站的采暖及注水泵冷却萨西二注水站建于1979年，经过多年的运行，原有的设备老化，2002年在该站改造中将风冷注水电机改为水冷电机，需对电机进行冷却；同时，采暖系统管道腐蚀严重，需进行全面改造。经论证，采用了热泵技术代替锅炉采暖，同时给注水电机冷却，实现一机两用。冬季致热用于采暖，致冷用于注水电机冷却，将注水电机循环水与污水换热串联升温后作为热泵的低温热源，从而实现污水余热低品热源的合理利用。冬季采暖、冷却工艺流程（见图2）。 夏季致冷用于冷却注水电机，将注水电机循环水用作热泵的低温热源，污水换热循环水用作高温吸热端，从而达到冷却注水电机的目的。夏季运行流程（见图3）。 注水站的采暖及注水泵冷却系统于2002年10月投入使用以来，无论是夏季（冷却注水电机）还是冬季（采暖加冷却）运行都很正常。冬季采暖温度约在18℃，电机冷却效果也很好，系统水温可以稳定在20～24℃。而用冷却塔冷却注水电机，则波动较大，其波动范围在16～45℃。 大庆油田第二采油厂萨西二注水站采暖面积为1 730 m2，采暖热负荷为281.7 kW。注水泵（两台）电机冷却负荷为70 kW，利用热泵3台，每台致热输出负荷为110 kW，致热输入电功率为27.7 kW；致冷输出负荷为98 kW，致冷输入电功率为14.78kW。采用热泵与锅炉采暖和冷却塔冷却注水电机的经济对比见表2。 由表2可见热泵采暖冷却工艺比锅炉与冷却塔冷却工艺节约电能约74×104kW·h/a。热泵系统初投资比锅炉与冷却塔冷却工艺投资高，但由于运行和维护费用降低，只需2.8年即可收回投资。按同样运行15年考虑，热泵采暖和冷却的总费用为379.35万元，而锅炉采暖、冷却塔冷却工艺总费用为644.72万元，可节约费用务265.37万元，经济效益较好。通过对比表明：在注水站应用热泵技术，利用含油污水的低品位热源，通过热泵机组冬季致热并冷却，夏季致冷在技术及经济上均是可行的。 4·采用热泵技术应注意的问题 采用热泵技术回收油田污水余热，用于采暖和生产供热或供冷，在大庆油田得到了成功的实践。从热泵主机的效率来看，在大庆油田应用一般COP值约为1∶3.2（即输入1 kW的功率可以回收到约3.2 kW的热量），达到了节能的目的。在与原供热系统相比，虽然多消耗一些电，但是节约了油田气或原油资源。因此，热泵应用于含油污水余热回收在技术和经济上都是可行的。 利用热泵回收污水余热需要合理选择配套设施。油田含油污水一般机械杂质含量、油含量及矿化度较高，通常表现有腐蚀性或易结垢等特点，影响设备的运行效率和使用寿命，因此，在热泵系统中，需解决腐蚀和结垢等问题。大庆油田在应用中采用了清水与含油污水预先热量置换，增加一个中间换热过程，避免含油污水对热泵主机的直接损害。同时清、污水板式换热器采用不锈钢材料，提高其抗腐蚀性能，使用效果很好。 目前热泵主机只适应热水温度低于65℃的供热（置换可利用的热水），主要受到工质的限制，如果改善工质，提高主机出口热水温度大于85℃，可进一步扩大其在油田生产中的应用，如集油管道掺水保温、洗井、脱水加热等。 5·推广应用建议 热泵技术在大庆油田的成功应用，为我们提供了利用含油污水余热的重要途径。由于油田污水数量较大、容易获得，而热泵技术又很成熟，因此，具有较好的推广应用误发展前景。 （1）开发和推广应用先进高效的能源节约和替代技术、综合利用技术及新能源和可再生能源利用技术是国家能源政策的要求。热泵技术是一项具有显著节能效果的新技术，也是油田节能降耗的必需措施。各油田推广热泵技术，首先应在油田联合站、注水站等站场利用现有的污水热源通过热泵技术产生高品位热源用于采暖和管道设备的保温，以达到节能降耗的目的。 （2）进一步研究制定推广应用这项节能技术的相关配套政策。在管理上和鼓励推广采用节能技术的措施上，在建设改造启动资金等方面给于保证，以加快这项热泵节能技术的推广应用。 （3）开展天然气发动机驱动热泵的应用研究。鉴于有些油田用电有一定限制，而又有一定的天然气可以使用，将目前常用的电驱热泵，改用天然气发动机驱动，则可在不增加电耗的情况下，回收污水余热，达到节能降耗的目的。天然气发动机也是成熟的设备，关键是要筛选合适的机型用于驱动热泵的压缩机、循环水泵等设备。应在油田现场试用符合要求后，再推广应用。编辑：郭洁敏 |
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