應(yīng)用熱泵技術(shù)回收聯(lián)合站污水余熱研究

周彥勇 李文婷 董靜

（1.中國人民解放軍66259部隊；2.呼和浩特市供排水有限責(zé)任公司；3.遼河油田公司安全環(huán)保技術(shù)監(jiān)督中心）

應(yīng)用熱泵技術(shù)回收聯(lián)合站污水余熱研究

周彥勇1李文婷2董靜3

（1.中國人民解放軍66259部隊；2.呼和浩特市供排水有限責(zé)任公司；3.遼河油田公司安全環(huán)保技術(shù)監(jiān)督中心）

針對遼河油田洼一聯(lián)合站污水水質(zhì)指標(biāo)較好，其熱量未能進(jìn)行有效利用，造成能量浪費和環(huán)境熱污染等問題。通過熱泵技術(shù)，使污水直接進(jìn)熱泵機(jī)組，將污水中大部分能量提取出來加熱原油，可以達(dá)到減少天然氣消耗，節(jié)約系統(tǒng)運行費用，減少環(huán)境污染的目的。洼一聯(lián)合站采用熱泵技術(shù)有效利用了污水余熱，年節(jié)約天然氣250×104m3，可減少CO2排放1.1×104t。

聯(lián)合站；熱泵技術(shù)；污水余熱

隨著遼河油田的開發(fā)進(jìn)入中后期，采出液的含水率不斷升高，采出液及污水處理量不斷增加，造成聯(lián)合站能耗逐漸增高[1]。同時，污水中熱能未能進(jìn)行有效利用，造成熱量浪費和環(huán)境熱污染。熱泵技術(shù)可以將油田污水中低溫?zé)崮苓M(jìn)行回收，以一小部分能量為代價，轉(zhuǎn)換為高溫?zé)崮埽蛇_(dá)80℃），用于采暖、油氣集輸?shù)雀鱾€方面，通過回灌技術(shù)或土壤換熱得到循環(huán)利用，解決油氣生產(chǎn)過程中的能源消耗及采油區(qū)生活供熱問題[2-4]。成功推廣應(yīng)用后，可以解決油田污水余熱的浪費問題，促進(jìn)油田節(jié)能減排。

1 熱泵技術(shù)在聯(lián)合站應(yīng)用的優(yōu)勢

遼河油田將污水余熱利用熱泵技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)合站等生產(chǎn)場所，可以進(jìn)行輸油伴熱及供暖等，具有如下優(yōu)勢：一是能源利用率高。輸入1 kW的熱量，制出4 kW熱量；二是運行成本低，減少一次性能源（天然氣等）的消耗，效益顯著；三是有利于污水處理回注，降低了含油污水的溫度，為污水處理回注創(chuàng)造了便利條件；同時，減少了含油污水對環(huán)境的熱污染；四是熱源來源便利，益于推廣，主要利用含油污水余熱，使熱能得到有效利用。五是安全可靠，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，無安全隱患[5]。

2 洼一聯(lián)合站改造方案

洼一聯(lián)合站需要用熱的地方主要有:進(jìn)站原油加熱、原油脫水加熱、原油外輸加熱、站內(nèi)冬季采暖伴熱等環(huán)節(jié)[6-7]，如表1所示。

2.1 設(shè)計方案主要參數(shù)確定

1）原油參數(shù)確定。洼一聯(lián)合站各個環(huán)節(jié)需要加熱的主要設(shè)計計算參數(shù)如表2所示。

2）熱泵出水溫度確定。根據(jù)對市場上現(xiàn)有各種型號熱泵技術(shù)性能的比較分析，決定進(jìn)站原油加熱循環(huán)供、回水水溫按60℃、55℃，原油脫水加熱循環(huán)供、回水水溫按70℃、55℃進(jìn)行設(shè)計。

表1 洼一聯(lián)用熱環(huán)節(jié)統(tǒng)計表

表2 需要改造的加熱環(huán)節(jié)主要參數(shù)表

表3 需要加熱環(huán)節(jié)的熱負(fù)荷

3）熱源水（含油污水）溫度確定。熱源水采用聯(lián)合站內(nèi)處理后的含油污水，從熱泵效率和換熱器面積大小等綜合考慮最后確定熱源水進(jìn)、出水溫度按45℃、35℃，提取10℃的熱能。

2.2 需要熱泵提供的熱量計算

1）原油及水加熱需熱量。需要熱泵提供的熱量復(fù)核計算如表3所示。若考慮到換熱器的熱損失10%，則不同加熱環(huán)節(jié)需要熱量分別為：進(jìn)站加熱需熱量為1565 kW；原油脫水需熱量為135 kW。因此這2個加熱環(huán)節(jié)需要熱泵機(jī)組提供總熱量為1700 kW。

2）站內(nèi)采暖伴熱需熱量。據(jù)調(diào)查該站冬季采暖伴熱的循環(huán)泵流量為120 m3/h，溫度在55～70℃，因此計算出該站冬季采暖伴熱的需熱量約為2094 kW。因此，該站改造總的需熱量為3794 kW。計算公式如下：

式中：Q——站內(nèi)采暖伴熱需熱量，kW；

G——循環(huán)流量，m3/h；

Δt——循環(huán)水溫差，℃。

2.3 改造方案結(jié)果

方案設(shè)計采用2臺溴化鋰吸收式直燃性熱泵機(jī)組，提供60℃/75℃循環(huán)熱水直接冬季采暖，并通過浮頭殼管式換熱器為進(jìn)站原油加熱和原油脫水加熱；熱泵的熱源水是采用站內(nèi)含油污水，由于水質(zhì)指標(biāo)較好，污水直接進(jìn)熱泵機(jī)組。這樣污水中大部分能量被熱泵提取出來，傳遞給原油，原油不斷的被加熱，而且減少了天然氣消耗，提高了系統(tǒng)的安全性，節(jié)約了系統(tǒng)的運行費用，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)了節(jié)能減排。洼一聯(lián)燃?xì)鉄岜霉岣脑熘饕鞒桃妶D1、圖2。

3 結(jié)論

1）將污水余熱利用熱泵技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)合站有一定的應(yīng)用優(yōu)勢。

2）熱泵技術(shù)能夠提取聯(lián)合站內(nèi)含油污水中的大部分能量，用于原油加熱，減少了站內(nèi)天然氣消耗和環(huán)境污染，真正實現(xiàn)了節(jié)能減排。

3）洼一聯(lián)合站年可節(jié)約天然氣250×104m3，相當(dāng)于節(jié)約4300 t（標(biāo)煤），可減少CO2排放1.1×104t。聯(lián)合站日常運行費用382.6萬元（天然氣費參考價格2.38元/m3），折算投資回收期3.3年。

圖1 冬季運行主要流程及參數(shù)

圖2 夏季運行主要流程及參數(shù)

[1]李剛，孫雁伯，龐帥，等.遼河油田化學(xué)驅(qū)采出液脫水參數(shù)室內(nèi)測試[J].油氣田地面工程，2005，34（12）：43-45.

[2]鄧壽祿，黃學(xué)義.油田聯(lián)合站利用污水余熱供暖的可行性分析[J].區(qū)域供熱，2009（5）：25-28.

[3]張祖峰，李彥，倪心富，等.熱泵技術(shù)在油田污水余熱回收工程的應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2013（2）：11-13.

[4]喬鳳杰，徐硯.熱泵技術(shù)的發(fā)展及存在問題[J].信息技術(shù)，2011（2）：119-121.

[5]黃輝，邱偉偉.熱泵技術(shù)在油田地面工程中的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報（自科版），2013，10（16）：154-156.

[6]穆劍.熱泵技術(shù)在油田原油加熱中的應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保，2011（8）：60-62.

[7]姜偉，劉艷，陶艷西.聯(lián)合站供熱系統(tǒng)節(jié)能降耗措施的研究[J].科技傳播，2014（9）：104-105.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.004

周彥勇，2008年畢業(yè)于內(nèi)蒙古大學(xué)（物理電子光電子專業(yè)），從事水文地質(zhì)勘探開采相關(guān)工作，E-mail：121219527@qq.com，地址：新疆呼和浩特市哲理木路66259部隊，010051。

2017-06-01

（編輯 賈洪來）