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        熱泵技術(shù)在稠油熱采工藝中的應(yīng)用

        2014-06-01 10:59:46
        中國(guó)設(shè)備工程 2014年5期
        關(guān)鍵詞:軟化水遼河油田進(jìn)站

        (遼河油田公司金馬油田開發(fā)公司,遼寧 盤錦 124010)

        熱泵技術(shù)在稠油熱采工藝中的應(yīng)用

        張傳友

        (遼河油田公司金馬油田開發(fā)公司,遼寧 盤錦 124010)

        以曙五聯(lián)合站污水余熱回收利用工程項(xiàng)目為例,詳細(xì)介紹了熱泵技術(shù)在遼河油田稠油熱采中的應(yīng)用。使含油污水中的熱能實(shí)現(xiàn)二次利用。

        熱泵;污水余熱

        一、引言

        遼河油田稠油和高凝油的產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上,稠油和高凝油的開采都是采用熱采的方式,因此生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的高溫含油污水,如能將含油污水中的熱量加以提取,應(yīng)用于稠油和高凝油的開采或儲(chǔ)運(yùn)過程,不但能避免能量的浪費(fèi),又可節(jié)能。

        遼河油田曙五聯(lián)合站外排含油污水10 693m3/d,溫度在71~73℃之間。部分污水用作采暖和伴熱,大部分未經(jīng)任何利用直接外排到污水處理廠,造成大量的熱量浪費(fèi)。同時(shí)該站的進(jìn)站液經(jīng)預(yù)脫后,還需要進(jìn)行2次加熱再去脫水,曙五聯(lián)現(xiàn)共有2 300kW加熱爐12臺(tái),全部滿負(fù)荷運(yùn)行,每天消耗燃油60t。根據(jù)該站外排污水水量大、水質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn),利用熱泵技術(shù),以電能為動(dòng)力,提取在生產(chǎn)過程中含油污水中的熱量,將其合理利用到生產(chǎn)中去,解決進(jìn)站液一次加熱問題,既能替代現(xiàn)在采用的燃料油,又可改善余熱資源的浪費(fèi)。

        二、熱泵技術(shù)

        熱泵,就是利用了熱力學(xué)第二定律把低品位能量傳遞到高品位能量的設(shè)備,可以把不能直接利用的低位熱能(如空氣、土壤、水中所含的熱能、太陽能、生活和生產(chǎn)廢熱等)轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能,從而達(dá)到節(jié)省部分高位能(如煤、油、燃?xì)狻㈦娔艿龋┑哪康摹?/p>

        目前廣泛應(yīng)用的壓縮式熱泵裝置主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥4部分組成,通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)(吸取熱量)→壓縮→冷凝(放出熱量)→節(jié)流→再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程,從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移(圖1)。壓縮式熱泵機(jī)組根據(jù)最高加熱溫度分為常溫?zé)岜脵C(jī)組(55℃以下)、中溫?zé)岜脵C(jī)組(55~75℃)、高溫?zé)岜脵C(jī)組(75℃以上)。熱泵機(jī)組最高加熱溫度主要取決于其使用的制冷工質(zhì)的飽和壓力情況。

        圖1 熱泵機(jī)組原理圖

        三、工程實(shí)例

        1.工程概況

        遼河油田曙五聯(lián)合站主要承擔(dān)曙光采油廠采油三區(qū)、五區(qū)、七區(qū)開采的油水混合物(進(jìn)站液)加熱分離任務(wù),每天處理進(jìn)站液量16 000m3(SAGD全部進(jìn)站后達(dá)到18 305m3)。曙五聯(lián)現(xiàn)共有2 300kW加熱爐12臺(tái),全部滿負(fù)荷運(yùn)行。作業(yè)區(qū)來油采用分區(qū)脫水,脫水流程為預(yù)脫、加破乳劑、一次加熱、一次沉降脫水、緩沖、二次加熱及二次沉降脫水,各區(qū)脫水后合格原油分別計(jì)量再混合外輸。

        2.工藝條件

        (1)其中采油三區(qū)進(jìn)站總液量3 911m3/d,預(yù)脫后準(zhǔn)備一次加熱的進(jìn)站液量(53℃)2 355m3/d,含水率為85%,預(yù)脫后采用2臺(tái)2 300kW加熱爐進(jìn)行一次加熱,要求加熱溫度為85℃,熱負(fù)荷為3 406kW,其進(jìn)站液情況如表1所示。

        表1 采油三區(qū)處理的進(jìn)站液情況

        (2)曙五聯(lián)合站每天污水量總計(jì)10 693m3,污水溫度為71~73℃;所有污水分別外輸?shù)绞镆粎^(qū)和華油污水處理廠處理,外輸壓力平均為1.1MPa,其含油污水水質(zhì)情況如表2所示。

        表2 曙五聯(lián)合站含油污水水質(zhì)情況

        3.工藝流程(圖2)

        圖2 進(jìn)站液加熱工藝流程圖

        針對(duì)曙五聯(lián)合站污水系統(tǒng)改造,通過熱泵機(jī)組從污水(10 693 m3/d,溫度為71℃)中提取3 406kW的熱量,將采油三區(qū)(2 355m3/d,53℃)預(yù)脫后進(jìn)站液加熱到85℃,完成預(yù)脫后進(jìn)站液的一次 加熱。

        首先利用污水高溫將預(yù)脫后進(jìn)站液預(yù)熱,再經(jīng)壓縮式熱泵機(jī)組加熱。工藝流程由以下4部分組成。

        (1)采油三區(qū)預(yù)脫后進(jìn)站液(53℃、2 355m3/d)進(jìn)入油水混合物-污水換熱器與污水(71℃、149m3/h)換熱,預(yù)脫后進(jìn)站液溫升至66℃,獲取熱量1 384kW,完成預(yù)熱;污水溫降至63℃,排入聯(lián)合站內(nèi)原有外輸系統(tǒng)。

        (2)另有污水(71℃、194m3/h)經(jīng)污水-軟化水換熱器與軟化水換熱,釋放熱量1 800kW后,溫度降為63℃,排入聯(lián)合站內(nèi)原有外輸系統(tǒng)。

        (3)66℃的軟化水進(jìn)入熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器側(cè)放熱,冷凝器側(cè)80℃循環(huán)軟化水經(jīng)熱泵機(jī)組做功溫升至90℃。

        (4)經(jīng)過預(yù)熱的66℃預(yù)脫后進(jìn)站液進(jìn)入油水混合物-軟化水換熱器與90℃循環(huán)軟化水換熱,軟化水溫度降為80℃,釋放熱量2 022kW;進(jìn)站液溫度提升為85℃。這樣就完成了預(yù)脫后進(jìn)站液的一次加熱。

        通過換熱和熱泵提升,預(yù)脫后進(jìn)站液最終獲得3 406kW熱量。

        四、結(jié)語

        曙五聯(lián)合站采油三區(qū)進(jìn)站液在預(yù)脫后,采用熱泵機(jī)組提取污水中的熱量進(jìn)行加熱,代替原2臺(tái)2 300kW加熱爐加熱,預(yù)計(jì)每天可節(jié)省燃料油10t。目前,遼河油田稠油區(qū)塊上有31個(gè)聯(lián)合站,如果將熱泵技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)合站生產(chǎn),必將取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

        [1] 馬最良、呂悅. 地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

        X706

        B

        1671-0711(2014)05-0012-02

        2014-03-03)

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