埕東聯(lián)合站余熱代氣應(yīng)用效果效應(yīng)分析

邢武林 劉同玲 鮑春榮 閆海 張璟

摘要：埕東聯(lián)合站采用“熱化學(xué)+二級沉降”原油脫水工藝，加熱需要主要為分水器來油加熱、二次罐循環(huán)加溫、污水收油加溫。進(jìn)站含水原油溫度55℃左右，目前有2300kW加熱爐5臺，3500kW加熱爐1臺。其中加熱爐的燃燒為主要生產(chǎn)污染過程，由于天然氣燃燒放熱生成的有毒有害氣體為主要環(huán)境污染，埕東余熱項目主要目的為新建環(huán)保余熱項目，用以代替加熱爐使用、天然氣燃燒、有毒有害氣體的排放。

關(guān)鍵詞：余熱代氣；加溫；加熱爐；代替；環(huán)保

1.項目概況

1.1聯(lián)合站概況

埕東聯(lián)合站位于東營市利津縣刁口鄉(xiāng)，1992年1月建成投產(chǎn)，占地面積8萬平方米，是一座集油氣分離、原油脫水、原油外輸、污水處理的多功能聯(lián)合站。設(shè)計原油處理能力為100×104t/a，目前實際原油處理及穩(wěn)定能力60×104t/a。設(shè)計污水處理能力為6×104m3/d，設(shè)計外輸水質(zhì)C3級水質(zhì)。實際污水處理量已達(dá)到5.6×104m3/d左右。原油處理流程如下。

1.2用熱需求

生產(chǎn)用熱：包括分水器出口原油加熱、污水回收原油加熱、脫水循環(huán)加熱三部分。分水器出口原油加熱：液量約3000～4000噸/天，含水40-60%，溫度55℃左右，需加熱到75℃以上，常年連續(xù)不間斷運行。

2.內(nèi)容做法及理論依據(jù)

根據(jù)生產(chǎn)需求，結(jié)合埕東聯(lián)合站污水量大，污水溫度高的實際，在本項目采用二類熱泵為主，壓縮式熱泵機(jī)組為輔的加熱系統(tǒng)替代現(xiàn)有的來液加熱爐、原油外輸加熱爐和站內(nèi)供暖加熱爐。本方案主要采用1臺4.6MW和0.73MW的二類熱泵各一臺，為來液、原油外輸提供主要熱量。

2.1新建熱泵系統(tǒng)流程

以污水為熱源，污水溫度56-58℃，送至各二類熱泵。各二類熱泵提取污水熱量后，低溫污水返回原污水管線。提取熱量的熱泵將熱能一小部分轉(zhuǎn)化為達(dá)到設(shè)計要求的高溫清水用于給原油加熱或冬季用于采暖供熱，大部分轉(zhuǎn)化為低溫冷卻水經(jīng)冷卻塔散失掉。系統(tǒng)備用高溫電驅(qū)動熱泵在夏季高溫季節(jié)對各二類熱泵制熱能力下降進(jìn)行補(bǔ)充。系統(tǒng)有一臺二類熱泵故障時，由備用高溫電驅(qū)動熱泵替代，確保生產(chǎn)工藝不會影響聯(lián)合站的生產(chǎn)運行。

2.2主要設(shè)備選型

2.2.1熱泵系統(tǒng)

目前熱泵技術(shù)主要有離心式/螺桿式水/地源熱泵、溴化鋰吸收式熱泵（一類吸收式熱泵）、第二類吸收式熱泵。水/地源熱泵：離心式/螺桿式機(jī)組是以地下水、土壤、江河湖水、城市污水、油田回注水、工業(yè)廢熱水、城市集中供熱回水等作為冷熱源并輔以電能，通過先進(jìn)的設(shè)備將不易利用的低品位再生能源開發(fā)利用，使其變?yōu)楦咂肺荒茉?。一類吸收式熱泵也稱增熱型熱泵，是利用少量的高溫?zé)嵩矗ㄈ缯羝⒏邷責(zé)崴?、可燃性氣體燃燒熱等）為驅(qū)動熱源，產(chǎn)生大量的中溫有用熱能。

2.2.2換熱器選型

目前在用的污水換熱器和原油換熱器多采用螺旋板換熱器，材質(zhì)為碳鋼，但使用兩年左右會出現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象，需更換新?lián)Q熱器?，F(xiàn)在有板式換熱器選用鈦材質(zhì)，可以有效防止腐蝕穿孔，但應(yīng)用案例很少，只在河南油田下二門聯(lián)合站有應(yīng)用。本項目為保證換熱溫度，達(dá)到最高換熱效率，選用鈦材質(zhì)板式換熱器。

2.2.3其他設(shè)備

為了最大程度利用污水溫度，本系統(tǒng)設(shè)計污水直接進(jìn)熱泵機(jī)組進(jìn)行換熱，為防止換熱管堵塞或結(jié)垢，配備膠球清洗裝置。膠球清洗裝置主要應(yīng)用于汽輪機(jī)組凝汽器冷卻管的清洗。該裝置使用性能的好壞直接影響到汽輪機(jī)凝汽器的清洗程度和傳熱效果。

2.2.4全自動軟水器

水的硬度主要由其中的陽離子：鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）離子構(gòu)成。當(dāng)含有硬度的原水通過交換器的樹脂層時，水中的鈣、鎂離子被樹脂吸附，同時釋放出鈉離子，這樣交換器內(nèi)流出的水就是去掉了硬度離子的軟化水，當(dāng)樹脂吸附鈣、鎂離子達(dá)到一定的飽和度后，出水的硬度增大，此時軟水器會按照預(yù)定的程序自動進(jìn)行失效樹脂的再生工作，利用較高濃度的氯化鈉溶液（鹽水）通過樹脂，使失效的樹脂重新恢復(fù)至鈉型樹脂。

2.3理論計算。根據(jù)埕東聯(lián)合站來油和采暖的加熱負(fù)荷：取原油的比熱容為2.116kJ/（kg·℃）

2.3.1污水回收加熱負(fù)荷

污水回收的來液量為：q污水回收=2000m3/d=83.33m3/h。（1）計算污水回收的來液中水需要的加熱負(fù)荷.污水回收來液中含水的體積流量：q污水回收=83.33*85%=70.83m3/h

污水回收來液中含水的質(zhì)量流量：M污水回收w=70.83*1000=127500kg/h=19.68kg/s

污水回收來液中含水需要的加熱負(fù)荷：Q污水回收w=cm⊿t=4.186*19.68*（75-53）=1812kw

（2）計算污水回收來液中油需要的加熱負(fù)荷。

2.3.2脫水循環(huán)6#爐的加熱負(fù)荷

脫水循環(huán)來液量為：q脫水循環(huán)=1800m3/d=75m3/h（1）計算脫水循環(huán)來液中水需要的加熱負(fù)荷。脫水循環(huán)來液中含水的體積流量：q脫水循環(huán)w=75*10%=7.5m3/h

脫水循環(huán)來液中含水的質(zhì)量流量：M脫水循環(huán)w=7.5*1000=7500kg/h=2.08kg/s

脫水循環(huán)來液中含水需要的加熱負(fù)荷：Q脫水循環(huán)w=cm⊿t=4.186*2.08*（85-70）=156.7kw

（2）計算脫水循環(huán)來液中油需要的加熱負(fù)荷

脫水循環(huán)來液中含油的體積流量：q脫水循環(huán)w=75*90%=67.5 m3/h

脫水循環(huán)來液中含油的質(zhì)量流量：M脫水循環(huán)o=67.5*1000=67500kg/h=18.75kg/s

脫水循環(huán)來液中含油需要的加熱負(fù)荷：Q脫水循環(huán)o=cm⊿t=2.116*18.75*（85-70）=595.1kw

脫水循環(huán)來液總負(fù)荷為：Q脫水循環(huán)=q脫水循環(huán)w+q脫水循環(huán)o=156.7+595.1=752kw

2.3.3生產(chǎn)用熱8#、9#爐的加熱負(fù)荷

平均生產(chǎn)用熱來液量為：q平均生產(chǎn)用熱=3500m3/d=145.83m3/h

（1）計算生產(chǎn)用熱生產(chǎn)用熱來液中水需要的加熱負(fù)荷。平均生產(chǎn)用熱來液中含水的體積流量：q平均生產(chǎn)用熱w=145.83*50%=72.92m3/h；平均生產(chǎn)用熱來液中含水的質(zhì)量流量：M平均生產(chǎn)用熱w=72.92*1000=72920kg/h=20.25kg/s；平均生產(chǎn)用熱來液中含水需要的加熱負(fù)荷：Q平均生產(chǎn)用熱w=cm⊿t=4.186*20.25*（75-55）=1695.7kw

（2）計算平均生產(chǎn)用熱來液中油需要的加熱負(fù)荷

平均生產(chǎn)用熱來液中含油的體積流量：q平均生產(chǎn)用熱o=145.83*50%=72.92m3/h平均生產(chǎn)用熱來液中含油的質(zhì)量流量：M平均生產(chǎn)用熱o=72.92*1000=72920kg/h=20.25kg/s

平均生產(chǎn)用熱來液中含油需要的加熱負(fù)荷：Q平均生產(chǎn)用熱o=cm⊿t=2.116*20.25*（75-55）=857kw平均生產(chǎn)用熱來液總負(fù)荷為：Q平均生產(chǎn)用熱=q平均生產(chǎn)用熱w+q平均生產(chǎn)用熱o=1695.7+857=2552kw

2.3.4冬季采暖熱負(fù)荷。聯(lián)合站供暖面積為2264m2，單位面積熱負(fù)荷為100W/m2，熱負(fù)荷為226.4kW.

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

3.1.1投資估算。固定資產(chǎn)投資：根據(jù)設(shè)計工程量及現(xiàn)有階段的詢價，估算本工程建設(shè)投資總投資：1450萬

3.1.2 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出

2016年12月28日正式投產(chǎn)，項目投產(chǎn)以來，埕東站累計關(guān)停6座加熱爐，日均節(jié)約天然氣11000方，目前結(jié)余天然氣已經(jīng)按照合同全部轉(zhuǎn)輸至河口城區(qū)，保障河口城區(qū)居民生產(chǎn)用氣。

產(chǎn)出：11000方*365天=401.5萬方/年；按照工業(yè)用氣3.3元/方計算：日營收：3.3*11000=36300元 ；年營收36300*365=13249500元

3.2社會效益

3.2.1 環(huán)境效益。余熱項目投用后，預(yù)計停止埕東站6臺加熱爐設(shè)備，每天可減少燃?xì)馕廴?.1萬方，大幅度降低工業(yè)廢氣的排放

3.2.2 推廣價值。目前二類熱泵，純熱驅(qū)設(shè)備僅此一家，正常投運后，可以為油田范圍內(nèi)其余大規(guī)模環(huán)保項目推廣提供大量原始數(shù)據(jù)，具有極大的推廣意義

3.2.3 人工效益。余熱項目投產(chǎn)以來，埕東站經(jīng)過停用加熱爐，通過優(yōu)化崗位運行，撤銷加熱爐崗位一個，節(jié)約人力資源4人，大幅度降低了崗位的勞動強(qiáng)度，極大的提升了職工的工作滿意程度。