薩北油田應(yīng)用水源熱泵技術(shù)研究

張校千（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

1 水源熱泵技術(shù)

目前國內(nèi)外水源熱泵技術(shù)發(fā)展已較為成熟，在功率上多分為低溫機(jī)組和高溫機(jī)組，在結(jié)構(gòu)上分為渦輪壓縮機(jī)和單頭、雙頭雙螺桿壓縮機(jī)。

常見的壓縮式熱泵機(jī)組主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成，基本工作原理可分為四個(gè)階段：蒸發(fā)吸熱階段（從膨脹閥出來的低溫液體制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，與低溫?zé)嵩催M(jìn)行熱交換，制冷劑溫度升高變?yōu)闅怏w）、壓縮升溫階段（制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)變?yōu)楦邷馗邏簹怏w）、冷凝放熱階段（高溫高壓制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器后，與所需供熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，溫度降低變?yōu)橐簯B(tài)）、膨脹降溫階段（液態(tài)制冷劑繼續(xù)循環(huán)到膨脹閥，節(jié)流降溫變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)制冷劑，輸送至蒸發(fā)器繼續(xù)循環(huán)）。在循環(huán)過程中制冷劑將低品位熱能與輸入電能之和轉(zhuǎn)換給換熱介質(zhì)，降低了電能損耗，達(dá)到節(jié)能目的[1]。熱泵流程示意圖見圖1。

2 注水聯(lián)合站熱泵改造方案

2.1 存在問題

1）原冷卻塔冷卻效果差。多數(shù)站所采用以清水“量”換冷卻效果的方法對(duì)注水電動(dòng)機(jī)降溫。以1座冷卻水罐（60m3）為例，4—10月冷卻水損耗量約為1.0m3/h，將升溫的清水直接外排1/2后，以等量清水補(bǔ)充，造成清水大量浪費(fèi)（年冷卻清水用量 0.5×104m3）。

2）原加熱爐采暖爐效低，熱效率差。多數(shù)站用采暖鍋爐額定功率均大于實(shí)際熱負(fù)荷，老式散熱片對(duì)局部空間升溫效果差。以1臺(tái)真空相變爐（功率0.7MW）為例，采暖熱負(fù)荷為600kW，運(yùn)行半年耗氣量約14×104m3。

2.2 應(yīng)用熱泵的技術(shù)條件

1）水源熱泵優(yōu)勢(shì)在于：使用電能，沒有燃燒過程，對(duì)周圍環(huán)境無污染；不用冷卻塔，沒有外掛機(jī)，不直接向大氣排熱，沒有熱島效應(yīng)；無須抽取地下水；冬季供暖，夏季制冷；全電腦控制，性能穩(wěn)定。

2）余熱提取。以北二東某注水聯(lián)合站為例，回注水溫度：冬季31℃，夏季35℃；溫度變化范圍：30～37℃。水量約為410m3/h。提溫后對(duì)繼續(xù)注水無影響，來水量和溫度均滿足水源熱泵應(yīng)用條件[2]。

2.3 水源熱泵的流程和功能

1）實(shí)現(xiàn)冬季采暖。熱泵內(nèi)冷媒R22由于其沸點(diǎn)為-17℃，在蒸發(fā)器內(nèi)R22從清水中吸取大量熱量，沸騰氣化。氣化后的R22經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，進(jìn)入冷凝器后釋放大量熱能，將采暖循環(huán)水加熱至60℃，經(jīng)采暖泵升壓送至采暖終端。設(shè)備運(yùn)行后可保證冬季供暖，可停運(yùn)采暖鍋爐，達(dá)到節(jié)能減排目的。

2）實(shí)現(xiàn)夏季空調(diào)。采暖循環(huán)水經(jīng)蒸發(fā)器內(nèi)的R22吸熱后，水溫下降至7℃。經(jīng)原采暖管線循環(huán)至室內(nèi)，并由采暖末端風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷，且夏季可用于注水站注水泵冷卻水的降溫，使降溫效果更穩(wěn)定可靠。

圖1 水源熱泵流程示意圖

圖2 北二四注水站熱泵擬安裝流程示意圖

3）實(shí)現(xiàn)生活熱水。冬季熱泵將采暖循環(huán)水加熱至60℃，經(jīng)采暖循環(huán)泵升壓送至隊(duì)部采暖末端，采暖循環(huán)水經(jīng)板式換熱器將生活用水進(jìn)行加熱，通過保溫水箱保存，由變頻泵送至用水末端。夏季蒸發(fā)器內(nèi)的R22吸收采暖循環(huán)水的熱量后沸騰氣化，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮進(jìn)入冷凝器，釋放大量熱能將生活用水加熱，通過保溫水箱保存，由變頻泵送至用水末端[3]。

4）技術(shù)要求。采用板式和殼管換熱器將注入水和熱泵隔離，以免長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后含油回注水將熱泵機(jī)組內(nèi)換熱器腐蝕。注水泵電動(dòng)機(jī)冷卻水通過原有冷卻水管線加裝n型接管，利用原有冷卻泵安裝相應(yīng)閥門，熱泵機(jī)組根據(jù)具體使用情況選擇開啟機(jī)組，為注水泵機(jī)組降溫。室內(nèi)終端采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，利用原有采暖循環(huán)管線及循環(huán)泵，預(yù)計(jì)夏季室內(nèi)溫度可達(dá)24℃，冷卻水溫度為25～27℃，冬季各房間20～25℃，預(yù)計(jì)可達(dá)到使用要求。北二四注水站熱泵擬安裝流程示意圖見圖2。

3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

1）水源熱泵設(shè)備一次性投入59萬元，機(jī)組年耗電約20×104kWh，年投入資金12.76萬元。

2）原系統(tǒng)年耗氣約28.6×104m3，耗清水量約0.5×104m3，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用0.5萬元/a，年投入資金29.16萬元。

3）應(yīng)用水源熱泵設(shè)備后，預(yù)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益16.4萬元/a（按清水6.85元/m3、自耗氣0.9元/m3、0.638元/kWh計(jì)算），投資回收期為3.59年。

4 結(jié)論與建議

1）水源熱泵代替原有運(yùn)行設(shè)備，在注水電動(dòng)機(jī)冷卻和冬季采暖方面，生產(chǎn)運(yùn)行完全可行。水源熱泵系統(tǒng)穩(wěn)定性好、操作管理方便、可有效減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的環(huán)保效應(yīng)。

2）水源熱泵代替原有運(yùn)行設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益好，投資回收期（3.59年）短。水源熱泵免修期為5年，對(duì)原有設(shè)備完全改造，年節(jié)約16.4萬元。

3）水源熱泵使用工業(yè)用電，環(huán)保。它采用高效環(huán)保高溫低壓制冷劑，高效節(jié)能，可取代燃?xì)獾雀吆哪茉O(shè)備[4]。

[1]付紅雷.熱泵技術(shù)節(jié)能測(cè)試方法的研究[J].石油石化節(jié)能2013，3（9）：5-7.

[2]施敏琪，賈晶，阮力丁.大型冷水機(jī)組在地源/污水源熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制冷與空調(diào)，2008，8（增刊 6）：8-11．

[3]王芳，范曉偉，周光輝.我國水源熱泵研究現(xiàn)狀[J].流體機(jī)械，2003，31（4）：57-59.

[4]王瑞祥，趙彬彬，黃新偉.熱泵應(yīng)用及熱泵技術(shù)分析[J].家電科技，2003（6）：67-70．