計量間新型采暖技術試驗及效果

宋凱旋（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

近年來隨著我國創(chuàng)建節(jié)約型社會的要求，大慶油田降溫集油節(jié)能工作逐漸深入，我廠降溫集油節(jié)能工作也在近年的不斷摸索和大力推廣基礎上，快速發(fā)展起來。冬季實施降溫集油的井站也逐年增多，我廠在28座站庫、507個集油環(huán)、2748口油井實施了降溫集油。PB地區(qū)集油摻水溫度已由75℃降至50℃左右。由于摻水溫度的降低，計量間已不能滿足供熱需求，而采用普通電加熱板采暖，不但能耗比較高，而且還存在安全隱患。

1 新型采暖技術主要工作原理

1.1 計量間小戶型水源熱泵

我廠在成功利用Ⅰ聯(lián)、Ⅲ聯(lián)污水剩余熱量提供采暖的基礎上，就如何利用小戶型熱泵提取油田污水中的熱量，加熱室內(nèi)空氣，來解決計量間供熱負荷不足問題展開了試驗探索。開展了利用熱泵提取油田污水或井水中的熱量2種試驗，其工作原理見圖1。

圖1 小戶型水源熱泵工作原理圖

1.2 小型電熱鍋爐

小型電熱鍋爐是采取集中電加熱，通過熱量差形成對流循環(huán)，計量間利用散熱器散熱的采暖的工藝技術，見圖2。

圖2 小型電熱鍋爐工作流程示意圖

1.3 液流熱能發(fā)生器

利用的液流熱能發(fā)生技術，對計量間的采暖進行改造，使其滿足供熱要求。液流熱能發(fā)生器是利用水泵推動水流，水流進入核心組件后，在壓力的作用下產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)運動，隨后進入減壓區(qū)形成斷流，并生產(chǎn)蒸汽—氣體混合的微小氣泡，攜帶微小氣泡的高速運動的水流進入高壓區(qū)，在壓力作用下，微氣泡消失，蒸汽凝結(jié)，氣體壓縮，原微氣泡中心的溫度急劇上升。液體在液流熱能發(fā)生器中經(jīng)過速度與壓力變化，在旋轉(zhuǎn)運動中被加熱，不使用電加熱元件，即依靠點擊帶動水泵使高速運動的液體經(jīng)過熱能發(fā)生器形成空穴效應，通過產(chǎn)生的微顆粒汽泡破碎裂釋能機理，實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換。

2 現(xiàn)場試驗及效果

2.1 計量間小戶型水源熱泵

2011年3月15日在PB204計量間實施利用油田污水的水源熱泵供暖方案，將油田污水管道與熱泵主機熱源側(cè)進水管連接，熱泵主機功率為1.1kW。

2011年3月17日，油田42℃污水進入空調(diào)機換熱器，空調(diào)機運行正常，制冷、制熱轉(zhuǎn)換自如，并分別以29℃、25℃、23℃、22℃和20℃的設定室溫，供暖運行11d，效果良好，見表1。

表1 小戶型水源熱泵調(diào)試運行正常后耗電

即該設備3月份在運行74.33h內(nèi)耗電47.4kWh，實際運行功率為0.638kW。

2011年3月30日，由于空調(diào)機熱源水中斷，導致板式換熱器凍裂，油田污水進入壓縮機內(nèi)，造成壓縮機因短路燒毀。直接利用油田污水的水源熱泵供暖方案試驗結(jié)束。

試驗結(jié)論水源熱泵在采取變量溫度的油田污水做為供熱源時，需通過采取控制污水流量的方式來維持供需溫度的平衡。

考慮要解決控制污水流量來維持熱泵供需溫度的平衡及油田污水中硫化物對熱泵換熱器具有強腐蝕性的問題，采取了在污水和空調(diào)機之間，加裝換熱器的方式解決腐蝕問題；在污水管道和換熱器之間加裝電磁閥門，用來控制污水流量，以達到自動為熱泵提供恒定溫度的熱源水。4月9日，經(jīng)過改進的間接利用油田污水的水源熱泵供暖在204計量間安裝試驗。其工作流程如圖3所示。

圖3 污水側(cè)間接利用油田污水的水源熱泵供暖示意圖

通過現(xiàn)場實際應用空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，完全依賴于電磁閥的可靠性。為了降低系統(tǒng)對電磁閥的穩(wěn)定依賴性，用0.6MPa小型電磁閥門取代2.0 MPa電磁閥門，由控制污水側(cè)熱源水流量，改變?yōu)榭刂茡Q熱后的熱源水流量。5月13日，經(jīng)過改進的污水側(cè)利用油田污水的水源熱泵供暖在204計量間安裝試驗。

設備10月份在運行92h內(nèi)耗電32.8kWh，實際運行功率為0.537kW，見表2。

表2 小戶型水源熱泵調(diào)試運行正常后耗電

試驗結(jié)論是：由于壓力、水溫、潔凈度等指標，較油田污水容易控制，大大提高了空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，可以作為獨立的供暖設備使用。

探索熱泵可利用熱源的范圍，4月22日在105計量間開展了利用原有地下水井單井提水回灌式的水源熱泵供暖試驗。試驗安裝完成1.1kW戶式水——水熱泵主機一臺及斷流保護器、溫控器、無聲循環(huán)水泵、柜式風機盤管等全部配套設備。

試驗結(jié)論：由于原有水井井管直徑與實際不相符，井下12m為DN32PE管，回水管無法插到井底，致使循環(huán)水溫度不能滿足熱泵主機的需要，試驗無法按預定計劃完成。

為確保地下水能為熱泵提供所需的熱量，采取了以原有水井為提水井，另外鉆口回水井的水源熱泵供暖試驗。4月26日在PB105計量間開展了水井提水回灌式的水源熱泵供暖試驗，見圖4。

圖4 水井提水回灌式的水源熱泵供暖示意圖

該試驗運行3d后，回水井回水外溢，經(jīng)查實認為是地質(zhì)原因無法回水，致使?jié)撍卯a(chǎn)生大量氣泡，將回水頂出。試驗結(jié)論是：由于地質(zhì)條件不適合回水，在PB地區(qū)，采用提水回灌式的水源熱泵供暖方案不可靠。

探索計量間熱泵所需的穩(wěn)定熱源，經(jīng)過計算論證采取了地埋換熱器的水源熱泵供暖試驗，保留原有采暖系統(tǒng)見圖5。

圖5 地埋換熱器的水源熱泵供暖示意圖

該項試驗于2011年5月11日正式投運，從5月13日到5月15日記錄的數(shù)據(jù)可以看出，在室內(nèi)設定24℃條件下，設備運行的實際功率為1.05kW見表3。5月16日起，轉(zhuǎn)換為地下?lián)Q熱器、風機盤管、循環(huán)水泵供冷循環(huán)模式，室內(nèi)設定溫度18℃，運行2h，每小時耗電0.15kWh。

表3 小戶型水源熱泵調(diào)試運行正常后供熱運行耗電

試驗結(jié)論是：地埋換熱器作為水源熱泵空調(diào)機的熱源提供方式，克服了取水難、回不去水、換熱部分腐蝕等問題，能夠穩(wěn)定可靠運行，可以不用壓縮機作直接供冷運行。

2.2 小型電熱鍋爐

2011年4月5日在PB604計量間拆除原計量間采暖系統(tǒng)，安裝完成小型自動電鍋爐及配套工藝，設備額定功率為7kW，見表4。

表4 小型自動電鍋爐運行正常后運行耗電

即該設備4月份在運行42h內(nèi)耗電81.9kWh，實際運行功率為1.95kW；10月份在運行167h內(nèi)耗電442kWh，實際運行功率為2.65kW。

2.3 液流熱能發(fā)生器

2011年4月12日在PB104計量間應用一臺5.5 kW的液流熱能發(fā)生器，仍利用計量間值班室原采暖設施見表5。

即該設備在42.16h內(nèi)耗電68kWh，實際運行功率為1.61kW。

表5 液流熱能發(fā)生器運行正常后運行耗電

3 經(jīng)濟效果對比

對3種新型采暖技術進行了經(jīng)濟性比較，各方案均使室溫達到22℃，使用年限均為10a，電費0.5142元/kWh，每年運行180d。進行壽命周期成本比較，成本最低者為優(yōu)。壽命周期成本凈現(xiàn)值=投資+（年維護費用+年運行費用），見表6。

表6 三種采暖技術按壽命周期成本對比

采用動態(tài)評價，考慮資金的時間價值，取折現(xiàn)率為10%，壽命周期成本凈現(xiàn)值=投資+（年維護費用+年運行費用）（P/A，I，n）， （P/A，I，n）=[(1+10%)^10-1]/[10%(1+10%)^10]=6.145，見表7。

表7 三種采暖技術按動態(tài)評價對比

從表6、表7可以看出，無論從靜態(tài)還是動態(tài)評價，熱泵壽命周期成本都是最低的。

若按廠降溫集油模式計算（站轄油井50口，計量間5座，單井摻水量0.5m3/h，摻水溫度從65℃降為55℃），當年至少可節(jié)省費用5.3萬元。

4 結(jié)論

若按我廠單管不加熱集油模式計算（站轄油井50口，計量間5座，單井摻水量0.5m3/h），當年可節(jié)省天然氣費用25.875萬元，電費4.15萬元。

1）3種新型采暖技術均能滿足降溫后計量間采暖溫度需要，設備均有按設定溫度自動起停，操作簡單，控制方便等功能。對于缺氣區(qū)塊或停摻計量間均有一定的適用性。

2）仍保留原有采暖系統(tǒng)的地埋換熱器型水源熱泵具有適應現(xiàn)場條件能力強、占地小、運行能耗低及可制冷等優(yōu)點，具有很好的推廣價值。