熱泵供暖在杏十二注水站的應(yīng)用效果分析

周紅霞（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置[1]。某油田每年冬季供暖都會(huì)消耗大量的能源，而在油田生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量需要回注地下的30～35℃低溫水，在這些水中蘊(yùn)含著大量的低溫能量，為充分利用這部分注水水源的熱量，有效回收能源[2]，某油田A注水站改造中采用熱泵技術(shù)，有效地將低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮?，?shí)現(xiàn)冬季供暖。

1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1.1 基本情況及改造方案

A注水站是一座相對(duì)獨(dú)立的小規(guī)模建筑，其采暖單體包括注水泵房、罐間閥室、35 kW變電所、熱泵房等供熱面積為1 170 m2，采暖熱負(fù)荷234 kW。改造后原鍋爐房?jī)?nèi)設(shè)2臺(tái)熱泵機(jī)組，配套換熱器1臺(tái)，污水泵2臺(tái)，二次水泵2臺(tái)，更換循環(huán)水泵2臺(tái)，水源冷熱水機(jī)組（中高溫型）運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 水源冷熱水機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

1.2 運(yùn)行情況及數(shù)據(jù)分析

從采暖期開(kāi)始至10月中旬至次年4月中旬截止，室外最低氣溫-24℃左右，根據(jù)氣溫運(yùn)行1臺(tái)機(jī)組（1臺(tái)機(jī)組備用），可保證室溫保持在19～22℃，能夠滿(mǎn)足采暖的需要，熱泵運(yùn)行調(diào)查見(jiàn)表2。

熱泵技術(shù)自動(dòng)控制程度高，無(wú)需設(shè)置專(zhuān)人管理，可根據(jù)天氣情況需求設(shè)定機(jī)組自動(dòng)啟停的運(yùn)行時(shí)間，避免不必要的資源浪費(fèi)，并應(yīng)用無(wú)線(xiàn)監(jiān)控技術(shù)通過(guò)手機(jī)短信，使主機(jī)與操作人員建立聯(lián)系，可及時(shí)反饋出現(xiàn)故障情況，有效地縮短了故障報(bào)警后操作人員的響應(yīng)時(shí)間，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2 存在問(wèn)題

新技術(shù)的應(yīng)用是一個(gè)逐步完善的過(guò)程，通過(guò)跟蹤調(diào)查，了解到熱泵技術(shù)在A站應(yīng)用過(guò)程中存在一些問(wèn)題，主要是熱源水質(zhì)不過(guò)關(guān)、采暖工藝不完善等。

2.1 熱源水質(zhì)不過(guò)關(guān)

運(yùn)行2年以后，換熱器出口溫度偏低，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，熱泵機(jī)組的板式換熱器中油田污水部分出水量下降，拆卸后發(fā)現(xiàn)板式換熱器的進(jìn)口過(guò)濾器堵塞，分析為油田污水中投加有絮凝劑和殺菌劑兩種藥劑，導(dǎo)致污水中含有大量的聚合絮狀物，使進(jìn)入板式換熱器的污水量減少，換熱器換熱效果不好，二次循環(huán)水換熱量達(dá)不到熱泵機(jī)組運(yùn)行溫度，在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常性出現(xiàn)機(jī)組升溫困難，出口溫度偏低，造成機(jī)組低溫停機(jī)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響正常運(yùn)行。

表2 熱泵運(yùn)行調(diào)查

2.2 采暖工藝不完善

設(shè)備運(yùn)行以后，原有采暖管線(xiàn)穿孔次數(shù)增加，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于熱泵可根據(jù)溫度自動(dòng)啟停，且熱泵機(jī)組制熱功率較大，啟機(jī)后升溫過(guò)程較快，使系統(tǒng)內(nèi)水急劇汽化膨脹，運(yùn)行壓力設(shè)置為0.8 MPa，當(dāng)系統(tǒng)壓力小于0.8 MPa時(shí)可以看作是在密閉狀態(tài)下運(yùn)行，管線(xiàn)上的排氣閥不動(dòng)作，系統(tǒng)內(nèi)無(wú)泄漏點(diǎn)，造成循環(huán)水部分壓力升高，原有采暖系統(tǒng)運(yùn)行壓力為0.4 MPa，此系統(tǒng)壓力升高后極易引發(fā)原采暖管線(xiàn)在薄弱處穿孔。

3 解決措施

針對(duì)上述熱源水質(zhì)不過(guò)關(guān)、采暖工藝不完善等問(wèn)題，通過(guò)強(qiáng)化日常維護(hù)和管理，進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)改造，確保了原有設(shè)備及管道的正常使用，減少了運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，提高了設(shè)備運(yùn)行效率。

3.1 加強(qiáng)管理維護(hù)

1）制定機(jī)組維護(hù)保養(yǎng)管理制度，建立運(yùn)轉(zhuǎn)記錄，對(duì)設(shè)備合理操作、確定過(guò)濾器清洗時(shí)間及次數(shù)、設(shè)定合適溫度、適時(shí)補(bǔ)水、對(duì)常見(jiàn)故障作出規(guī)定，規(guī)范員工操作，保證設(shè)備能平穩(wěn)高效運(yùn)行。

2）做好設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，采暖期開(kāi)始前提前倒運(yùn)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，防止采暖期故障影響供暖效果。值班室應(yīng)做好墻體保溫及門(mén)窗密封，減少散熱，可根據(jù)天氣情況適當(dāng)調(diào)整供熱溫度高低，以保證值班室溫度。

3.2 完善工藝措施

1）調(diào)整工藝流程，保障設(shè)備運(yùn)行。針對(duì)由于污水水質(zhì)堵塞換熱器，清除時(shí)需要停止設(shè)備，會(huì)影響供熱效果問(wèn)題，在原有流程中增加了一條過(guò)濾器旁通流程，可以實(shí)現(xiàn)在過(guò)濾器清理時(shí)換熱設(shè)備不停運(yùn)，保證了供暖系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2）增加設(shè)備容量，提升換熱效率。針對(duì)由于換熱器出口溫度偏低，造成機(jī)組升溫困難，導(dǎo)致供熱溫度偏低的問(wèn)題。對(duì)熱泵機(jī)組的板式換熱器進(jìn)行增容，增加了20片換熱片，提高換熱能力，換熱器增容前后對(duì)比見(jiàn)圖1。

3）設(shè)定系統(tǒng)閾值，減少穿孔次數(shù)。因熱泵機(jī)組致熱功率較大，啟機(jī)后升溫過(guò)程較快，壓力超高，極易導(dǎo)致原有采暖管線(xiàn)在薄弱處穿孔。為此在采暖循環(huán)回水管線(xiàn)上裝一個(gè)的卸壓閥，當(dāng)回水管線(xiàn)的壓力高于0.4 MPa時(shí)，卸壓閥動(dòng)作卸壓，當(dāng)壓力降到0.28 MPa左右，卸壓閥停止卸壓，系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常。

4 效益評(píng)估

熱泵技術(shù)有效地利用油田含油污水的低位熱能，降低了對(duì)不可再生能源的消耗，減少了天然氣燃燒后廢氣和余熱的排放，并能較好地滿(mǎn)足油田上的供熱需求，具有顯著的節(jié)能和環(huán)保效果[3]；取消燃?xì)忮仩t后，拆除了A站供氣管線(xiàn)，從根本上避免了盜氣行為，也防止了因盜氣引起的燃爆等安全事故；通過(guò)運(yùn)行，熱泵與燃?xì)忮仩t相比每年還可節(jié)約4名鍋爐操作工28萬(wàn)的人工費(fèi)用及14.89萬(wàn)元的各類(lèi)費(fèi)用。

1）人工費(fèi)用：采用熱泵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)24 h無(wú)人員值守，與運(yùn)行鍋爐相比可節(jié)省操作人員4人，一名普通員工的年支付工資及各類(lèi)費(fèi)用以7萬(wàn)元計(jì)算，4人共需支付28萬(wàn)元/a。

2）運(yùn)行費(fèi)用：通過(guò)對(duì)比兩種采暖設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用發(fā)現(xiàn)，原系統(tǒng)年耗氣約28.77×104m3（標(biāo)況），耗電量約6.80×104kWh，運(yùn)行成本為30.24萬(wàn)元；應(yīng)用水源熱泵新設(shè)備后，耗電量約24.06×104kWh，運(yùn)行成本為15.35萬(wàn)元，每年可節(jié)約生產(chǎn)成本14.89萬(wàn)元（電費(fèi)0.638元/kWh，燃?xì)赓M(fèi)為0.9元/m3計(jì)），節(jié)能效果顯著。另外，常規(guī)采暖系統(tǒng)中設(shè)備使用年限大約在15～20年左右，而熱泵工藝的設(shè)備使用年限大約在40～50年，從而將大大降低設(shè)備更換產(chǎn)生的各項(xiàng)費(fèi)用[4]。同時(shí)，熱泵技術(shù)還可避免盜氣及因盜氣引發(fā)的安全事故。

圖1 換熱器增容前后對(duì)比

3）社會(huì)效益：鍋爐燃燒天然氣釋放的1 000℃左右高溫，而實(shí)際利用的僅是60～80℃的低溫?zé)幔@不僅造成極大的浪費(fèi)，使能源的利用率低了60%～70%，而且由于大量的燃燒化石燃料，也產(chǎn)生了大量的有害氣體、粉塵等，嚴(yán)重影響了周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，危害的人們的身心健康，熱泵技術(shù)在運(yùn)行過(guò)程中不產(chǎn)生CO2等廢氣及余熱排放[5]，每年減少溫室氣體排放28.77×104m3（標(biāo)況）。

5 結(jié)論及建議

作為耗能大戶(hù)的油田，因地制宜，科學(xué)規(guī)范的推廣余熱資源的回收和利用技術(shù)[6]，是踐行綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，既有利于優(yōu)化油田能源，節(jié)約的油氣資源能保障油氣商品量的供應(yīng)，滿(mǎn)足油氣日益增長(zhǎng)需求，又能提高能源的利用率，降低能耗指標(biāo)，對(duì)節(jié)能降耗起著積極重要的影響[7]。通過(guò)熱泵在A注水站運(yùn)行效果表明，熱泵技術(shù)應(yīng)用前景廣泛，可在距離熱源較遠(yuǎn)、相對(duì)獨(dú)立的注水站等小型站庫(kù)采用熱泵加熱采暖技術(shù)，能夠合理地利用油田污水中的余熱，滿(mǎn)足采暖需要，防止了燃?xì)忮仩t料燃燒過(guò)程產(chǎn)生的廢氣、余熱對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果，又可緩解城市熱島的現(xiàn)象[8]。防止了盜氣行為，徹底避免因盜氣引起的燃爆等安全事故。

建議在油田熱泵推廣應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)充分考慮水源水質(zhì)對(duì)機(jī)組的影響，尤其需要優(yōu)化研究泵前換熱器的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，做好技術(shù)儲(chǔ)備，可采用大通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的超高效換熱器防堵[9]；設(shè)備選型時(shí)推廣靜音型產(chǎn)品，減少噪音污染；如采暖系統(tǒng)為已建傳統(tǒng)散熱器方式（供回水溫度80℃/60℃），建議采用超高溫?zé)岜脵C(jī)組（供水溫度80℃），以降低采暖系統(tǒng)改造投資[10]。