大港南部油田污水余熱回收利用

侯立泉 向軍 崔靜濤（中國石油大港油田公司）

1 生產現(xiàn)狀

大港油田第三采油廠集輸作業(yè)區(qū)棗一聯(lián)合站負責棗園油田的原油脫水和污水處理以及采油廠原油加壓外輸?shù)热蝿?。建有原油處理系統(tǒng)、回注污水處理系統(tǒng)及注水系統(tǒng)。站內加熱系統(tǒng)建有6臺加熱爐，分別用于脫水、外輸、摻水以及冬季采暖，燃料為天然氣及原油。冬季最高負荷為4484 kW，加熱所用的燃料為油田伴生氣及成品原油，平均日耗天然氣4500 m3(標況)，年耗天然氣164.3×104m3(標況)，平均日耗原油3.6 t，年耗油1314 t。

1）原油處理系統(tǒng)。系統(tǒng)來液首先進入分離緩沖罐脫氣，然后進入沉降罐沉降脫水，脫出的污水進入污水處理系統(tǒng)及摻水系統(tǒng)，沉降后低含水原油經(jīng)加熱爐加熱后進行脫水，脫水原油進入原油儲罐，經(jīng)外輸泵提壓后輸往孔一聯(lián)合站。

棗園油田油田部分區(qū)塊采用摻水方式集輸，利用加熱爐將污水溫度從43℃提升到73℃回摻。棗一聯(lián)合站冬季對生產區(qū)值班室、輔助廠房、作業(yè)一區(qū)及作業(yè)二區(qū)辦公樓等區(qū)域采用加熱爐進行供暖。

2）污水處理系統(tǒng)。棗一聯(lián)合站污水處理系統(tǒng)設計處理能力為7200 m3/d，目前實際處理量3840 m3/d。

3）存在問題。燃料消耗量大，運行成本高。棗一聯(lián)合站冬季熱負荷共有4484 kW，消耗的燃料主要為油田伴生氣和原油，棗一聯(lián)合站加熱系統(tǒng)年消耗天然氣164.3×104m3(標況)，耗原油1314 t，耗電23×104kWh；大量回注污水的余熱未經(jīng)利用，存在熱能浪費。棗一聯(lián)合站目前污水處理量為3840 m3/d，其溫度約為44～50℃。這部分污水每降低1℃，可以釋放出的186 kW的熱能，蘊含著大量熱能的污水未經(jīng)利用就直接用于回注，存在熱能浪費問題。

2 水源熱泵原理

水源熱泵機組根據(jù)驅動源的不同分為吸收式水源熱泵和壓縮式水源熱泵，其中吸收式水源熱泵以蒸汽或天然氣等為驅動源，壓縮式水源熱泵以電能驅動[1]。吸收式水源熱泵原理如下：

溴化鋰吸收式熱泵是以溴化鋰溶液為吸收劑，以水為制冷劑，利用水在高真空下蒸發(fā)吸熱達到吸收低溫熱源熱能的目的。溴化鋰吸收式熱泵主要是由吸收器、發(fā)生器、冷凝器和蒸發(fā)器四部分組成的。吸收式熱泵原理示意見圖1。

圖1 吸收式熱泵原理示意

吸收式熱泵在以天然氣為驅動源時，天然氣燃燒放出的熱量在發(fā)生器內加熱溴化鋰稀溶液產生水蒸汽，水蒸汽進入冷凝器放出熱量，冷凝成液體后進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器低溫低壓環(huán)境下吸收熱源水的熱量蒸發(fā)，這部分低溫低壓蒸汽進入高壓的吸收器中絕熱壓縮，溫度升高后被吸收，然后進入發(fā)生器進入下一個循環(huán)[2]。

水源熱泵的輸出溫度取決于熱源水溫度的高低，一般來說，被加熱介質的最高溫度可以高于熱源水出口溫度40℃左右。

3 改造方案

新建4000 kW燃氣型吸收式熱泵（COP=1.9），吸收式熱泵以站內天然氣為動力，從回注污水中提取余熱，為站內原油脫水、摻水加熱及冬季供暖提供熱量3523 kW。利舊現(xiàn)有的燃油型加熱爐1臺，用于冬季原油脫水部分用熱需求。加熱爐提供熱值為961 kW，經(jīng)計算消耗原油量約1.78 t/d。

配套設施主要有熱源污水板式換熱器1具、加熱介質用列管式換熱器2具、采暖板式換熱器1具、循環(huán)水泵6臺、多功能水處理裝置1套等。同時配套熱媒水、中介水系統(tǒng)自動控制裝置，用于顯示各設備的運行狀態(tài)，以及系統(tǒng)運行過程中溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)的采集和控制，并在系統(tǒng)故障時自動報警。

4 應用情況及效果

4.1 應用情況

該項目采取EPC總承包模式，由廊坊管道局大港設計院負責設計、采購、施工。該項目于2017年6月正式投運，過濾后的污水經(jīng)過兩具板式換熱器將余熱傳遞給中介循環(huán)水，以站內天然氣為動力驅動燃氣型吸收式熱泵，從中介循環(huán)水系統(tǒng)提取熱量傳遞至循環(huán)熱水系統(tǒng)，循環(huán)熱水再通過兩具列管式換熱器及1具板式換熱器，分別與摻水系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)及采暖系統(tǒng)進行熱交換，為站內原油脫水、摻水加熱及冬季供暖提供熱量，油水介質受熱溫度升高，可以滿足工藝生產要求。原摻水、脫水、采暖加熱爐停運備用。

4.2 節(jié)能效果

應用熱泵技術改造前，加熱系統(tǒng)能源消耗總量為3 045.2 kWh，均由加熱爐燃燒天然氣和燃油提供；改造后，加熱系統(tǒng)能源消耗總量為3014.65kWh，其中1829.5kWh由天然氣及電力提供，1185.15kWh由污水余熱提供，熱泵系統(tǒng)節(jié)能率為39.91%。

改造前后對比，天然氣消耗減少2661 m3/d。富余天然氣經(jīng)過壓縮，拉運至官二期聯(lián)合站進行發(fā)電，日增加發(fā)電量7983 kWh。年節(jié)天然氣79.95 × 104m3， 折 合 1 063.3 t(標 煤)； 可 發(fā) 電239.8×104kWh，折合電費196萬元。

5 結論及認識

1）熱泵系統(tǒng)與加熱爐供熱系統(tǒng)相比，具有更高的熱利用效率，同時熱泵機組實現(xiàn)了生產中低品質熱能的回收，并應用于油田生產，由于減少了加熱爐數(shù)量，相應地減少了煙塵和氮氧化物的排放，節(jié)能減排效果顯著。

2）水源熱泵技術在油田的應用，需要有充足的低溫污水作為熱源和連續(xù)的油田伴生氣作為熱泵的驅動源，在應用熱泵技術的前期調研中要對這兩個關鍵參數(shù)做好前瞻性預測。

3）列管式與板式換熱器是熱泵系統(tǒng)中熱轉換的關鍵設備之一。換熱器的換熱面積大小決定了換熱效果，在換熱器的選型和換熱面積計算時，要充分做好介質需熱量和換熱面積的匹配，其換熱量嚴格按所提參數(shù)計算，同時應留有不少于15%的富裕量。

4）熱泵技術作為一項新工藝新技術在油田現(xiàn)場應用時，應充分考慮本油田特點，如聯(lián)合站生產工藝、產出水的溫度、礦化度等，應因地制宜地采取相應措施，以提高該工藝的適應性。此外，為確保污水熱源泵安全穩(wěn)定運行，可適當保留部分加熱工藝，作為熱泵檢修時的備用工藝[3]。

參考文獻：

[1]龐麗萍.余熱利用技術[C]//石油石化企業(yè)節(jié)能節(jié)水管理.北京：石油工業(yè)出版社，2003：171-179.

[2]賈振航，翟克俊，徐仁武，等.節(jié)能減排培訓教材節(jié)能技術篇[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2008：49-61.

[3]姬瑞，鄒曉燕，張祖峰，等.污水源熱泵節(jié)能工程[C]//油氣田節(jié)能.北京：石油工業(yè)出版社，2015：582-592.