熱泵技術(shù)在集輸系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及應(yīng)用趨勢(shì)預(yù)測(cè)

曹子涵 張紹哲 竇曉軍 趙利民

（大港油田公司第六采油廠 天津 300280）

引言

大港油田第六采油廠孔店聯(lián)合站擔(dān)負(fù)著孔店油田的原油和污水處理，以及第三采油廠來油加熱和轉(zhuǎn)輸任務(wù)。其主體工藝為：系統(tǒng)來液經(jīng)過加熱爐升溫后進(jìn)入分離緩沖罐脫氣，油水進(jìn)入沉降罐油水分離，沉降后的原油進(jìn)行加熱、熱化學(xué)處理后進(jìn)入儲(chǔ)油罐，和南部來油一起加熱后轉(zhuǎn)輸；污水進(jìn)入污水處理站處理后回注和外排。

1 熱泵技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)查

孔店聯(lián)合站目前運(yùn)行4 臺(tái)2500kW 的快裝加熱爐，最高負(fù)荷13000kW。周邊孔店油田產(chǎn)出伴生天然氣較少，日消耗熱值4525kW，不能滿足聯(lián)合站加熱需求，需補(bǔ)充熱值5808kW。加熱系統(tǒng)的配風(fēng)和燃料油電加熱系統(tǒng)年耗電43×104kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤10650t。

孔店聯(lián)合站處理后的污水溫度47-52℃，水質(zhì)、溫度穩(wěn)定，自然散失的熱量為5000kW/h 左右，具有污水余熱回收的潛力。

2 熱泵系統(tǒng)工作原理

熱泵系統(tǒng)是利用逆卡諾熱循環(huán)原理建立起來的一種節(jié)能、環(huán)保制熱技術(shù)[1]，通過機(jī)械做工實(shí)現(xiàn)熱量從低溫傳遞高溫的一種工藝。具體系統(tǒng)通過能量驅(qū)動(dòng)，將低溫?zé)嵩吹臒崃總鬟f到高溫?zé)嵩?，使低溫?zé)嵩礈囟冉档?，同時(shí)高溫?zé)嵩礈囟壬?，利用這種循環(huán)的設(shè)備為熱泵機(jī)[2]。吸收式熱泵機(jī)組就是利用了水在8KPa 的真空條件下，水的潛熱在2400KJ/Kg 左右來完成的低溫沸騰吸熱與吸收放熱的一個(gè)過程。

熱泵運(yùn)行過程中有三大循環(huán)：熱源水循環(huán)、中介水循環(huán)、熱媒水循環(huán)。

（1）熱源水循環(huán)

利用污水提升泵作為動(dòng)力來源，將污水中的熱能通過板式換熱器萃取出來，萃取完熱量的污水溫度從53.1℃降至45.8℃回到污水處理系統(tǒng)進(jìn)行回注、外輸。

（2）中介水循環(huán)

利用中介水循環(huán)泵提供動(dòng)力，以管路內(nèi)軟化水為載體，將板式換熱器從污水中萃取的熱量提供給熱泵，中介水入口溫度47.9℃，經(jīng)過熱泵內(nèi)熱量交換后溫度降至42.8℃，再重新進(jìn)入板式換熱器去萃取熱量。

（3）熱媒水循環(huán)

利用系統(tǒng)水循環(huán)泵提供動(dòng)力，以管路內(nèi)軟化水為載體，通過熱泵熱能交換，軟化水溫度由75℃升至83℃（2#熱泵由54.6 ℃升至68.9℃），高溫水進(jìn)入列管換熱器與被加熱介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，使被加熱介質(zhì)達(dá)到工藝生產(chǎn)需要溫度。交換完后軟化水（熱媒水）溫度由83℃降至75℃通過系統(tǒng)水循環(huán)泵重新進(jìn)入熱泵進(jìn)行熱能交換。熱媒水循環(huán)是一個(gè)密閉的過程。

3 熱泵機(jī)組整體投運(yùn)

（1）新建3000kw 熱泵2 臺(tái)。分別為高溫?zé)岜门c低溫?zé)岜?，能更好地提取污水中的低品質(zhì)熱能用于不同加熱需求。其中高溫?zé)岜贸隹跍囟葹?4℃，主要給脫水系統(tǒng)、摻水系統(tǒng)供熱。低溫?zé)岜贸隹跍囟葹?5℃，主要給棗園油系統(tǒng)、孔店系統(tǒng)來液和采暖系統(tǒng)供熱。

（2）新建換熱器9 臺(tái)。其中低品質(zhì)余熱換熱器3 臺(tái)，采用板式換熱器；高品質(zhì)熱媒水換熱器6 臺(tái)，采用列管換熱器。

4 熱泵系統(tǒng)節(jié)能效果

孔聯(lián)合站加熱系統(tǒng)應(yīng)用熱泵技術(shù)改造前，加熱系統(tǒng)能源消耗26258.7MJ/h，所有能源都由加熱爐燃燒油田伴生氣和燃油提供；改造后，加熱系統(tǒng)能源消耗總量為19441.8MJ/h，其中14501MJ/h 由熱泵和加熱爐消耗油田伴生氣提供，另外4940.8MJ/h 為熱泵系統(tǒng)從污水預(yù)熱中提取。

該系統(tǒng)安裝后節(jié)約能源量為11757.8 MJ/h，如果原油低位發(fā)熱值按41.868 MJ/ kg 計(jì)算，日節(jié)油6.0t。

結(jié)語

（1）熱泵系統(tǒng)與加熱爐供熱系統(tǒng)相比，具有更高的熱利用率，同時(shí)熱泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)中低品位熱能的回收和利用，減少了煙塵和氮氧化合物的排放，節(jié)能減排效果顯著。

（2）熱泵系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用自動(dòng)化程度高，通過網(wǎng)絡(luò)組態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)參數(shù)自動(dòng)錄取及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；應(yīng)用PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)運(yùn)行的自動(dòng)控制，員工勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低。

（3）水源熱泵技術(shù)在油田的應(yīng)用，需要有充足的高溫污水作為熱源和穩(wěn)定的油田伴生氣作為熱泵的驅(qū)動(dòng)源。

（4）列管換熱器是熱泵系統(tǒng)中熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備之一。

（5）熱泵技術(shù)作為一項(xiàng)新工藝新技術(shù)在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，已取得了良好的效果，相信在今后各行各業(yè)的生產(chǎn)、生活中熱泵技術(shù)還會(huì)發(fā)揮出更出色的作用。