熱泵技術(shù)在遼河油田中的應(yīng)用

蓋超

(遼河油田供水公司金輝公司，遼寧 盤錦 124010)

前言：遼河油田每年需要燃燒大量的天然氣、原油和煤炭作為礦區(qū)居民生活、供暖、注汽熱采及原油集輸?shù)确矫娴臒崮軄碓?。根?jù)統(tǒng)計，遼河油田分公司每年僅用于原油開采、集輸?shù)刃枞紵?10萬噸原油，折合標準煤300萬噸，不僅大大增加了采油成本，而且也產(chǎn)生了大量的尾氣和煙塵，嚴重影響環(huán)境質(zhì)量。而熱泵技術(shù)（包括地源和水源熱泵）作為一種新型環(huán)保、節(jié)能技術(shù)，它利用地表淺層水的低溫地?zé)豳Y源（包括土壤和地表水、湖水、地?zé)嵛菜?，通過輸入少量的高品位電能，實現(xiàn)低品位熱源向高品位熱能轉(zhuǎn)移。通常熱泵性能系數(shù)（即COP值）達4以上，即消耗1KW的能源，用戶可獲得4KW以上熱量和冷量[1]。因此該技術(shù)在油田生產(chǎn)及生活供暖等方面存在著廣泛的利用空間。

1 熱泵機組工作原理

熱泵是將低溫介質(zhì)中的熱量輸送到較高溫度（相對而言）介質(zhì)中去的一種裝置，并通過工質(zhì)（如R22）循環(huán)來實現(xiàn)熱量輸送。其工作過程可分為4個階段：

（1）蒸發(fā)吸熱階段：從膨脹閥出來的低溫液態(tài)（1-3℃）工質(zhì)，進入蒸發(fā)器（即熱交換器），與原水進行熱交換，此時原水溫度高，而工質(zhì)溫度低，熱量就從原水向工質(zhì)傳導(dǎo)，原水溫度降低5℃多，再回到地下。而工質(zhì)被加熱升溫到5℃時（依壓力不同而有所變化），從液態(tài)蒸發(fā)變成氣態(tài)，吸收很大熱量。從蒸發(fā)器出來的工質(zhì)，溫度升高不多（7-10℃），但均變成氣態(tài)，攜帶的氣化熱量很大。

（2）壓縮升溫階段:工質(zhì)接著進入壓縮機，被壓縮升溫到60℃～70℃以上。

（3）冷凝放熱階段：氣態(tài)高溫工質(zhì)進入冷凝器中，與溫度相對較低的供熱循環(huán)水發(fā)生熱交換，溫度降低到60℃左右時發(fā)生相變，從氣態(tài)變成液態(tài)，放出大量液化潛熱，將很大熱量傳給供熱循環(huán)水，本身溫度進一步降低到55℃左右。供熱循環(huán)水經(jīng)過冷凝器接受工質(zhì)的很大熱量，溫度從40℃升高到45－53℃，繼續(xù)循環(huán)到用熱處而被利用。

（4）膨脹降溫階段：液態(tài)的較高溫工質(zhì)繼續(xù)循環(huán)到膨脹閥，被節(jié)流降溫到3℃左右，重新回到蒸發(fā)器，完成一個循環(huán)。周而復(fù)始，工質(zhì)就源源不斷地將原水中的熱量提取出來，逆向輸送給供熱循環(huán)水。而鍋爐等普通制熱裝置的制熱系數(shù)永遠小于1，所以熱泵在實際應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢。

2 熱泵系統(tǒng)設(shè)計

水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由水源水系統(tǒng)、水源熱泵機組系統(tǒng)和室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)組成[2]。

（1）水源水系統(tǒng)。

水源水系統(tǒng)是影響水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的重要因素，同時也影響機組的制冷量、制熱量、電功率等技術(shù)參數(shù)。水源熱泵對水源系統(tǒng)的要求是:水量充足，水溫適度，供水穩(wěn)定。就遼河油田而言，因其地下水資源豐富可以是地下生活飲用水，也可以是油田生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的脫油污水，并通過回灌或回注使其循環(huán)利用。

（2）水源熱泵機組系統(tǒng)

水源熱泵機組系統(tǒng)是整個熱泵系統(tǒng)的核心，通常設(shè)有多臺同型號的水源熱泵機組、循環(huán)水泵、電子水處理儀及水路上的轉(zhuǎn)換閥門。系統(tǒng)可根據(jù)水源水系統(tǒng)情況采用并聯(lián)或串聯(lián)連接形式，夏、冬季共用一套系統(tǒng)，制冷和制熱通過轉(zhuǎn)換閥門實現(xiàn)工況轉(zhuǎn)換，管道采用無縫鋼管，發(fā)泡橡塑海綿保冷(溫)，而對于單一制熱的熱泵系統(tǒng)則無需轉(zhuǎn)換閥門，流程更為簡單。在熱泵機組選型上，可根據(jù)實際需要的熱水溫度來確定，一般要求供水水溫在50℃左右，最高不超過55℃時，可選擇常溫的螺桿機組或者渦旋機組（工質(zhì)R22）；若要求的溫度在60℃-65℃就要選擇高溫的滿液式機組（工質(zhì)R134a）；若是溫度再高比如油田輸送原油需要的水溫在80℃左右，必須選擇超高溫機組（混合工質(zhì)）。

（3）室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)

室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)即為散熱（冷）系統(tǒng)。通常采用兩管制，對于需要冬季供暖、夏季供冷的用戶，其散熱裝置應(yīng)采用風(fēng)機盤管；而對于單一采暖用戶，散熱裝置可為地板輻射盤管，也可為暖氣片，因地板輻射盤管要求供暖水溫低，其熱泵系統(tǒng)效率明顯高于暖氣片散熱系統(tǒng)，在條件允許下，應(yīng)盡可能采用地板輻射盤管散熱裝置[3]。在油田生產(chǎn)中這套系統(tǒng)就成了為原油加熱的系統(tǒng)，散熱裝置主要為殼管式換熱器。

3 熱泵技術(shù)在油田中的應(yīng)用

（1）水源熱泵在水源站供暖中的應(yīng)用

由于熱泵只提取水中熱量而不消耗水量，且對水質(zhì)無污染，因此在油田水源站開展熱泵供暖技術(shù)條件優(yōu)越。2006-2008年遼河油田供水公司先后在自己的七座水源站率先使用了水源熱泵技術(shù)，取代原來的燃煤、燃氣等加熱爐為各個水源站冬季供暖方式。總供暖面積1.1萬m2，原系統(tǒng)使用燃煤、燃氣加熱爐等供暖設(shè)備，每年采暖費用高達70多萬元。利用水源熱泵技術(shù)，采用各個站的外輸水（水溫20℃）做為熱泵的熱源水，供暖溫度一般在55℃，最高60℃，完全滿足各個水源站的實際需要。采用水源熱泵技術(shù)供暖后，08-09采暖期節(jié)省運行費用36.24萬元，09-10采暖期節(jié)省運行費用26.42萬元，個別水源站投產(chǎn)3年后就已收回投資，可見熱泵技術(shù)的節(jié)能優(yōu)越性，如能廣泛在油田中的供暖系統(tǒng)推廣應(yīng)用，將給我們的節(jié)能減排事業(yè)以及低碳生活理念帶來無限的前景。

（2）海南聯(lián)合站熱泵伴熱工程

熱泵技術(shù)除能在油田水源站利用外，也可在聯(lián)合站用于輸油伴熱及供暖。其中海南聯(lián)合站熱泵伴熱工程就利用站內(nèi)的含油污水結(jié)合熱泵技術(shù)為站內(nèi)油罐伴熱及站內(nèi)冬季采暖，工程總投資110萬元，選用1臺LSBLGRG(I)-445W的含油污水超高溫水源熱泵機組在春、夏、秋為海南聯(lián)合站站內(nèi)油罐伴熱，冬季為站內(nèi)新建的5000m3油罐伴熱及1200m2辦公樓冬季供暖。站內(nèi)污水溫度38℃左右，提取10℃溫差，回收水量為18m3/h。原系統(tǒng)采用燃氣爐為站內(nèi)油罐伴熱及站內(nèi)采暖，年燃燒天然氣21.03萬m3，年運行費用高達94.5萬元；采用水源熱泵技術(shù)后，年新增耗電為4.86萬kwh，年運行費用21.3萬元。每年可節(jié)省運行費用73.2萬元。

4 在油田中應(yīng)用熱泵技術(shù)的優(yōu)點

（1）由于稠油處理后的污水量很大，溫度較高一般在45℃左右，大部分熱量白白浪費，而熱泵技術(shù)的應(yīng)用，無疑是對油田余熱資源的再利用。

（2）安全、節(jié)能、環(huán)保[4]。因無燃燒設(shè)備，從而不存在爆炸、燃燒的隱患。冬季運行供熱時省去了鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻塔，避免了冷卻塔噪音及霉菌污染。

（3）熱泵機組運行中無任何污染排放物，具有環(huán)保效果。與蒸汽保溫相比，熱泵保溫室內(nèi)空氣中干、濕度能保持相對的平衡，利于員工的健康。

結(jié)語：通過熱泵技術(shù)在遼河油田生產(chǎn)領(lǐng)域的實際應(yīng)用，進一步證明該技術(shù)不僅技術(shù)成熟、可靠，而且還可節(jié)約大量成本，效益可觀。在能源越來越緊缺、對環(huán)境保護要求日益提高的今天，水源熱泵空調(diào)技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保、利用低品位能等優(yōu)點在油田范圍內(nèi)具有廣泛的推廣價值。

[1]徐邦裕,陸亞俊,馬景良,等.熱泵[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[2]馬景良,姚楊,楊自強,姜益強.水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[3]陸耀慶.實用供暖空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993.

[4]路延魁.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計手冊(第二版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1995.