徐昆（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

液體聚能供熱技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

徐昆（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

喇嘛甸油田的注水站、注入站、配水間冬季供熱能耗大，為了降低能耗，開展了液體聚能供熱技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并進(jìn)行了取代采暖爐、電散熱板的對(duì)比試驗(yàn)，從工藝流程、運(yùn)行能耗、經(jīng)濟(jì)效益等方面對(duì)該技術(shù)在油田的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析和論證，探索了油田偏遠(yuǎn)地區(qū)供熱的新方式，同時(shí)針對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用情況提出了一些改進(jìn)看法，為該技術(shù)在油田的推廣奠定了基礎(chǔ)。

油田注水 液體聚能 雙區(qū)雙溫 雙時(shí)雙溫

目前喇嘛甸油田 10座注水站供熱仍然采用加熱緩沖裝置，31座注入站和 72座配水間都采用電采暖。一 個(gè)采暖期內(nèi)注水 站供熱總耗 氣 186×104m3， 平 均 單 站 耗 氣 18.6×104m3； 注 入 站 和 配 水 間供 熱 總 耗 電 906×104kWh， 注 入 站 單 站 耗 電 24.3× 104kWh， 配 水 間 單 間 耗 電 2.12× 104kWh。 由 于 這幾種場(chǎng)所的供熱必不可少，而且運(yùn)行能耗大，為降低生產(chǎn)運(yùn)行能耗，開展了液體聚能供熱技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1 液體聚能供熱技術(shù)機(jī)理

液體聚能供熱技術(shù)利用拉瓦爾管流動(dòng)原理，首先用離心泵將液體介質(zhì)加速到亞音速，壓力升高至8kg/cm2， 亞 音 速 液 體 介 質(zhì) 在 拉 瓦 爾 管 收 縮 段 高 速旋轉(zhuǎn)加速，至喉道（即管中橫截面最小處）達(dá)到音速，進(jìn)入擴(kuò)張段成為超音速流壓力突然降低，發(fā)生爆裂，形成蒸汽—?dú)馑旌系奈⑿馀荩礊榭昭ìF(xiàn)象。攜帶微小氣泡的高速水流繼續(xù)前行進(jìn)入聚能管，壓力突然升高，微小氣泡互相碰撞擠壓，產(chǎn)生熱量。同時(shí)由于壓力升高，氣體壓縮，蒸汽凝結(jié)，原微小氣泡中心的溫度急劇上升，液體介質(zhì)進(jìn)一步被加熱。當(dāng)液體介質(zhì)流過拉瓦爾管后進(jìn)入儲(chǔ)液罐，一部分在壓力的作用下出裝置進(jìn)入暖氣管線，另一部分被離心泵抽回，再次進(jìn)入拉瓦爾管進(jìn)行加熱，流經(jīng)拉瓦爾 管一 次平 均溫 度可 提高 0.8 ℃。 其產(chǎn) 熱機(jī)理詳見圖1。

圖1 液體聚能供熱發(fā)生器產(chǎn)熱機(jī)理

通過室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)算， 5.5、15、30、45kW液 體 聚 能 裝 置 系 統(tǒng) 熱 效 率 分 別 為 95% 、 94.5% 、94.8%、94.7%。

2 液體聚能供熱技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1代替加熱爐現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1.1 喇八注水站先導(dǎo)性試驗(yàn)

喇八注水站總采 暖面積 為 886m2， 該站原供熱設(shè) 備 采 用 0.29MW 加 熱 緩 沖 裝 置 ， 熱 效 率 為68.7% ， 一 個(gè) 采 暖 期 耗 氣 18.56 × 104m3。 采 暖 工 藝采用老式的采暖伴熱串聯(lián)工藝。圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本熱耗量 計(jì) 算 公 式[1]：

式中：

Q——圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量，W；

k ——圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 的 傳 熱 系 數(shù) ，W/（m2·℃）；

A ——圍護(hù) 結(jié) 構(gòu) 的 面 積，m2；

tn——冬季室內(nèi)計(jì)算溫度，℃；

tw——供暖室外計(jì)算溫度，℃；

a——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度修正系數(shù)。

喇 八 注水 站 冬 季 供 熱 總熱 負(fù) 荷 為 5.2kW， 通 過計(jì) 算 2臺(tái) 45kW液 體 聚 能 加 熱 裝 置 同 時(shí) 運(yùn) 行 可 提 供85.5kW 的 熱 負(fù) 荷 ， 可 以 滿 足 站 內(nèi) 的 供 熱 需 求 。 為此應(yīng)用該技術(shù)代替原采暖工藝，取消循環(huán)泵，利用原工藝。

該裝置自投產(chǎn)以來運(yùn)行狀況良好，采用間歇自動(dòng)運(yùn)行模式，根據(jù)室外溫度的不同而設(shè)定相應(yīng)的回水溫度，當(dāng)回水溫度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)加熱，當(dāng)回水溫度高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)停止加熱。在一個(gè)采暖期的試驗(yàn)內(nèi)，室內(nèi)溫度均達(dá)到了相關(guān)規(guī)范要求。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 喇八注水站聚能供熱裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)

喇八注水站原加熱緩沖裝置一個(gè)采暖期耗氣18.6 × 104m3， 2 臺(tái) 5.5kW 循 環(huán) 泵 年 耗 電 4.8 × 104kWh。 采 用 聚 能 供 熱 裝 置 供 熱 投 資 31.6萬(wàn) 元 ， 年 耗電 為 16.58 × 104kWh， 每 年 多 耗 費(fèi) 電 能 11.78 × 104kWh， 節(jié) 約 天 然 氣 18.6×104m3， 折 合 標(biāo) 煤 232.9t，折 合 人 民幣 9.74 萬(wàn) 元，投資 回 收 期 3.24 年 。

通過喇八注水站的先導(dǎo)性試驗(yàn)，證明聚能供熱技術(shù)在油田生產(chǎn)場(chǎng)所應(yīng)用是可行的。

2.1.2 喇四注水站推廣應(yīng)用

喇四注水站的加熱緩沖裝置、站內(nèi)布局、采暖工藝等各方面均與喇八注水站相同，因此同樣配置了 2臺(tái) 45kW 液 體 聚 能 供 熱 裝 置 代 替 原 有 加 熱 緩 沖裝置，同時(shí)對(duì)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用“雙區(qū)雙溫、聚能裝置并聯(lián)運(yùn)行”的供熱工藝詳見圖2。

圖2 喇四注水站聚能供熱裝置供熱流程

所謂“雙區(qū)雙溫”就是生產(chǎn)區(qū)和辦公區(qū)分開供熱流程，利用分、回水缸來調(diào)節(jié)兩個(gè)區(qū)域的供水量，將生產(chǎn)區(qū)的溫度控制在 5～10 ℃之間，將辦公區(qū)的溫度控制在 20℃左右；并聯(lián)運(yùn)行方式是指當(dāng)室外氣溫相對(duì)較高時(shí)，只運(yùn)行1臺(tái)聚能供熱裝置便可以滿足供熱需求；當(dāng)室外氣溫相對(duì)低時(shí)，供熱負(fù)荷也隨之大幅度增加，此時(shí)啟動(dòng)2臺(tái)聚能供熱裝置以滿足供熱需求。

采用“雙區(qū)雙溫、聚能裝置并聯(lián)運(yùn)行”的供熱工藝后，喇四注水站的平均耗電較喇八注水站下降9.2%，而且站內(nèi)生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)的溫度均達(dá)到了規(guī)范的要求，運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表2 喇四注水站聚能供熱裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過喇四注水站的推廣應(yīng)用，“雙區(qū)雙溫、聚能裝置并聯(lián)運(yùn)行”的供熱工藝較采暖伴熱串聯(lián)工藝能耗 降 低 了 9.2%， 運(yùn) 行 費(fèi)用降低 了 1.08 萬(wàn)元， 因 此該工藝可以在油田推廣應(yīng)用。

2.2代替電采暖現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

根據(jù)上述試驗(yàn)的成功經(jīng)驗(yàn)，在喇 37＃配水間和喇5-1＃注入站分別進(jìn)行了聚能供熱裝置代替電采暖現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2.2.1 喇37＃配水間“雙時(shí)雙溫”供熱模式現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

喇 37＃配水 間 采 暖 面 積為 15m2，原 采 暖 設(shè) 備 為2 組 3000W 電散熱 器 。 現(xiàn) 場(chǎng) 配置 5.5kW 聚能供 熱 裝置以“雙時(shí)雙溫”運(yùn)行模式進(jìn)行供熱。

所謂“雙時(shí)雙溫”就是針對(duì)不同時(shí)間段室內(nèi)供熱需求不同的特點(diǎn)來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，使室內(nèi)供熱更合理。鑒于配水間白天有人值班、夜晚無(wú)人值守的特點(diǎn)，利用溫控系統(tǒng)分時(shí)段來控制室溫：在8點(diǎn)～16點(diǎn) 的 時(shí) 間 段 內(nèi) ， 將 室 溫 控 制 在 18 ℃ ； 在 16點(diǎn) 到次 日 早 8 點(diǎn) 的 時(shí) 間 段 內(nèi) ， 將 室 溫 控 制 在 5～10 ℃ 。這種方式既能保證生產(chǎn)的要求，又能降低能耗。

該裝置自投產(chǎn)以來運(yùn)行狀況良好，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 喇 37＃配 水間聚能 供熱裝置 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)期間，該配水間聚能供熱裝置平均每天運(yùn)行 3.5h， 日 均 耗 電 19kWh。 根 據(jù) 表3 中 的 數(shù) 據(jù) 和 公式 （1）可 以估算 出采用 聚能供 熱 裝置 年 耗電 約 為0.54 × 104kWh。 配 水 間 采 用 電 采 暖 年 耗 電 2.12 × 104kWh， 采 用 聚 能 供 熱 裝 置 投 資 3.28 萬(wàn) 元 ， 年 耗電 0.54× 104kWh， 年 節(jié) 電 1.58× 104kWh， 折 合 標(biāo)煤 1.94t， 折 合 人 民 幣 0.86 萬(wàn) 元 ， 投 資 回 收 期 3.8年 ， 間 接減少 CO2排放 5.28t。

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，“雙時(shí)雙溫”供熱模式較傳統(tǒng)電 加 熱 能 耗 降 低 了 74.5%， 運(yùn) 行 費(fèi) 用 降 低 了 0.86 萬(wàn)元，可以在油田推廣應(yīng)用。

2.2.2 5-1＃注入站運(yùn)行模式改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

5-1＃注 入 站 采 暖 面 積 約 700m2， 所 需 熱 負(fù) 荷 約56kW。 原 采 用 35組 2100W 棚 頂 懸 掛 式 電 輻射 板進(jìn) 行 供 熱，一個(gè) 采 暖 期 耗 電 24.3×104kWh。

通 過 熱 負(fù) 荷 計(jì) 算 ，15kW 和 45kW 的 聚 能 供 熱裝 置 的 單 獨(dú) 供 熱 能 力 分 別 為 14.25kW 和 42.75kW ，而二者同時(shí)運(yùn)行時(shí)的供熱能力為57kW。

圖3 喇 南中西 5-1＃注入站 熱 負(fù)荷曲 線

由圖3可知，15kW和45kW2臺(tái)聚能供熱裝置完全可以滿足該站的供熱需求，因此在該站配置了15kW 和 45kW2 臺(tái) 聚 能 加 熱 裝 置 并 聯(lián) 運(yùn) 行 進(jìn) 行 供熱，根據(jù)室外氣溫的變化情況來選擇裝置啟運(yùn)的臺(tái)數(shù) ： 在 10月 和 次 年 2月 中 旬 至 供 熱 期 結(jié) 束 這兩 個(gè) 時(shí)間段，單獨(dú)運(yùn)行45kW聚能供熱裝置就可以滿足站內(nèi)供熱需求；供熱期其余時(shí)段，由于室外氣溫很低，站內(nèi)所需熱負(fù)荷大，因此需要同時(shí)運(yùn)行2臺(tái)裝置進(jìn)行供熱。

供熱工藝采用“雙區(qū)雙溫”模式，生產(chǎn)區(qū)的溫度控制在 5～10 ℃之間，生活辦公區(qū)的溫度控制在20℃左右。

該站聚能供熱裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)見表4。

表4 5-1＃注入站聚能供熱裝置供熱數(shù)據(jù)

通過計(jì)算得出，在10月聚能供熱裝置日均耗電 248kWh， 而 同 期 的 電 輻 射 板 日 均 耗 電 639 kWh。采用聚能供熱裝置進(jìn)行供熱在這一時(shí)段每天可節(jié) 電 391kWh， 能耗降低 61%。

注 入 站 采 用 電 輻 射 板 年 耗 電 24.3 × 104kWh，采 用 聚 能 供 熱 裝 置 投 資 35 萬(wàn) 元 ， 年 耗 電 5.76× 104kWh， 年 節(jié) 電 18.54× 104kWh， 折 合 標(biāo) 煤 22.7t， 折合人 民 幣 11.02 萬(wàn) 元 ， 投 資回收期 3.18 年。

通過 5-1＃注入站的試驗(yàn)，供熱模式改進(jìn)后較改進(jìn) 前 能 耗 降 低 了 76%， 運(yùn) 行 費(fèi) 用 降 低 了 11.02 萬(wàn)元，因此應(yīng)用該工藝是可行的，并且能耗較低。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

采 油 六 廠 目 前 共 有 注 入 站 46 座 、 配 水 間 72座，采 用加 熱緩 沖裝 置進(jìn)行供熱的注水站 10座，已推廣應(yīng)用聚能供熱技術(shù)18座站，若全部采用聚能供熱裝置進(jìn)行供熱，效益可觀，見表5。

表5 聚能加熱裝置投資效益

4 結(jié)論

1）液 體 聚能供 熱 技術(shù)具 有 運(yùn)行 能 耗低、 自 控程度高、供熱安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，其裝置非壓力容器，操作管理方便，在安全環(huán)保方面優(yōu)勢(shì)明顯，適合在油田偏遠(yuǎn)的生產(chǎn)場(chǎng)所推廣應(yīng)用。

2）“雙區(qū)雙溫”供熱模式在油田供熱模式中運(yùn)行能耗最低，較傳統(tǒng)串聯(lián)式供熱工藝運(yùn)行能耗減少9.2%。

3）“雙時(shí)雙溫”供熱模式在油田供熱中運(yùn)行能耗最低，較傳統(tǒng)全天供熱模式運(yùn)行能耗減少 26.7%。

4）運(yùn) 行 模 式 改 進(jìn) 后 較 改 進(jìn) 前 能 耗 減 少 15.2%，建議在今后的供熱系統(tǒng)中采用該模式。

[1]齊中英.工業(yè)熱負(fù)荷最佳熱化系數(shù)的計(jì)算[J].熱能動(dòng)力工程,1991,2:3-4.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.003

2013-03-28）

徐昆，1986年畢業(yè)于哈爾濱師范?？茖W(xué)校，從事節(jié)能設(shè)備引進(jìn)工作，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠物資管理部，163114。