(中油遼河工程有限公司,遼寧 盤錦 124010)
吸收式熱泵在遼河油田地區(qū)的應(yīng)用研究
趙福建
(中油遼河工程有限公司,遼寧 盤錦 124010)
本文分析吸收式熱泵機(jī)組的類型及其特點(diǎn),與壓縮式熱泵機(jī)組作比較,根據(jù)遼河油田生產(chǎn)特點(diǎn),分析其在油田生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用趨勢(shì)。
吸收式熱泵;油田;比較;應(yīng)用前景
熱泵技術(shù)已經(jīng)較為成熟,常用的熱泵,根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同分為機(jī)械壓縮式熱泵和吸收式熱泵兩種。
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)﹑冷凝器和膨脹閥四部分組成,通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)(吸取熱源(低品位熱能)中的熱量)→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)了能量的轉(zhuǎn)移。
吸收式熱泵可以分為第一類吸收式熱泵和第二類吸收式熱泵,常用的是 第一類吸收式熱泵。
(1)第一類吸收式熱泵
第一類吸收式熱泵是一種以高溫?zé)嵩矗ㄕ羝p高溫?zé)崴p燃油﹑燃?xì)猓轵?qū)動(dòng)熱源,溴化鋰溶液或氨水等為吸收劑,回收利用低溫?zé)嵩矗ㄈ鐝U熱水)的熱能,制取所需要的工藝或采暖用高溫?zé)崴瑢?shí)現(xiàn)從低溫向高溫輸送熱能的設(shè)備。裝置由發(fā)生器﹑冷凝器﹑蒸發(fā)器﹑吸收器和熱交換器等主要部件及抽氣裝置,屏蔽泵等輔助部分組成。第一類吸收式熱泵利用高溫?zé)崮茯?qū)動(dòng),把低溫?zé)嵩吹臒崮芴岣叩街袦?,從而提高了熱能的利用效率。性能系?shù)大于1,一般為1.5~2.5。
(2)第二類吸收式熱泵
第二類吸收式熱泵也稱升溫型熱泵,是利用大量的中溫?zé)嵩串a(chǎn)生少量的高溫有用熱能。即利用中低溫?zé)崮茯?qū)動(dòng),用大量中溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臒釀?shì)差,制取熱量少于但溫度高于中溫?zé)嵩吹臒崃?,將部分中低熱能轉(zhuǎn)移到更高品位,從而提高了熱源的利用品位。第二類吸收式熱泵性能系數(shù)總是小于1,一般為0.4~0.5。目前該類熱泵使用較少。
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)生大量的含油污水,這些含油污水的溫度往往比較高,蘊(yùn)含大量的能量。而且稠油和高凝油在開采﹑儲(chǔ)運(yùn)過程中要求生產(chǎn)操作溫度高,自用燃料油﹑氣消耗大。
目前熱泵機(jī)組在遼河油田主要應(yīng)用于聯(lián)合站原油工藝加熱和站內(nèi)采暖等任務(wù),聯(lián)合站主要承擔(dān)各采油區(qū)塊開采的進(jìn)站液(油水混合物)的加熱﹑分離和外輸任務(wù),需要加熱的部分主要包括進(jìn)站液加熱﹑脫水﹑外輸﹑采暖等加熱過程,需要用熱的設(shè)施主要有:進(jìn)站一段加熱﹑脫水二段加熱﹑稠油外輸加熱﹑站內(nèi)冬季采暖伴熱等,所有加熱過程一般采用燃天然氣加熱爐加熱,天然氣消耗量很大。
遼河油田目前已經(jīng)采用的熱泵形式為電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵,這種熱泵在遼河油田曙五聯(lián)合站﹑歡二聯(lián)合站﹑海南聯(lián)合站等聯(lián)合站內(nèi)用于原油加熱和冬季采暖等方面的應(yīng)用,通過電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功,從生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的含油污水中提取熱量,用于站內(nèi)生產(chǎn)加熱和采暖,經(jīng)過監(jiān)測(cè)中心檢測(cè),節(jié)能效果明顯。吸收式熱泵機(jī)組在大港油田也有應(yīng)用,經(jīng)了解一直運(yùn)行良好。
采用電驅(qū)動(dòng)的壓縮式熱泵運(yùn)行簡(jiǎn)便,安全穩(wěn)定,規(guī)模小,應(yīng)用廣泛,但經(jīng)過在遼河油田的應(yīng)用以來,也存在一定的問題。
(1)需要二次換熱,降低性能系數(shù)
油田各聯(lián)合站采用的熱泵,從含油污水中提取熱量,用于站內(nèi)原油加熱,因?yàn)楹臀鬯驮瓦@兩種介質(zhì)都不能夠滿足直接進(jìn)熱泵換熱的要求,需要二次換熱,導(dǎo) 致加熱溫差大,性能系數(shù)降低,一般性能系數(shù)只能達(dá)到3.5~4.5,如果熱源和加熱介質(zhì)能夠直接進(jìn)入熱泵,性能系數(shù)將達(dá)到4~5以上。
(2)運(yùn)行穩(wěn)定性差
用于稠油加熱的熱泵都是高溫﹑超高溫?zé)岜?,?duì)壓縮機(jī)的性能要求高,經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后,發(fā)現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)對(duì)熱泵機(jī)組的壓縮機(jī)負(fù)荷過大,容易發(fā)生超溫停運(yùn)和壓縮機(jī)故障的情況。
(3)耗電量大,供電系統(tǒng)不滿足要求
遼河油田各聯(lián)合站基本上都是運(yùn)行20年以上的老聯(lián)合站,附近的主變壓器富裕量都不是特別大,由此限制了熱泵系統(tǒng)總規(guī)模不能夠過大,若因此改建主變電所,投資又不允許,從而導(dǎo)致建設(shè)的熱泵系統(tǒng)只能夠滿足站內(nèi)少部分加熱需求,兩套加熱系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行,增加了運(yùn)行人員數(shù)量。
(4)經(jīng)濟(jì)性不明顯
聯(lián)合站熱泵系統(tǒng)收益主要體現(xiàn)在節(jié)省的天然氣和節(jié)能補(bǔ)貼上面,消耗主要包括投資折損﹑電費(fèi)﹑變壓器容量費(fèi)和人員費(fèi)等,因?yàn)楣?jié)能補(bǔ)貼很難落實(shí),節(jié)省的天然氣價(jià)格低,收益不高。電費(fèi)和變壓器容量費(fèi)都按照工業(yè)用電取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)高,壓縮機(jī)沒有高壓驅(qū)動(dòng),需要建設(shè)低壓變壓器,種種原因?qū)е马?xiàng)目的投資回收期長(zhǎng)。項(xiàng)目整體看,雖然有一定的效益,但不明顯。
經(jīng)過在遼河油田一典型聯(lián)合站進(jìn)行的可行性設(shè)計(jì)比較,我們發(fā)現(xiàn)天然氣驅(qū)動(dòng)的吸收式熱泵相對(duì)采用壓縮式熱泵,具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)耗電量小,只有燃燒器和系統(tǒng)附屬設(shè)備用電,一般的用電場(chǎng)所都能夠滿足用電需求,從而減少電費(fèi),不需要繳納電容量費(fèi),減少了運(yùn)行成本。
(2)制熱溫度高,因?yàn)闆]有壓縮機(jī),所以穩(wěn)定性好,能夠滿足油田生產(chǎn)連續(xù)高溫加熱要求。
(3)油田各站場(chǎng)都有穩(wěn)定的天然氣管線,氣源充足,減少工程投資。
(4)建設(shè)規(guī)??纱罂尚。瑥牟蛔?MW到幾十MW的熱泵機(jī)組都有,非常適合油田各聯(lián)合站改造使用。
經(jīng)過在遼河油田各油區(qū)技術(shù)﹑經(jīng)濟(jì)﹑安全等方面比較,我們研究發(fā)現(xiàn)不論是采用壓縮式熱泵還是采用吸收式熱泵,技術(shù)方面都已經(jīng)較為成熟,安全方面也都能夠比原有加熱方式更加安全,節(jié)能效果都比較明顯,經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較,得出如下結(jié)論:
(1)對(duì)于站場(chǎng)內(nèi)供電系統(tǒng)不需要增容,且冷凝器出水溫度低于80℃,制熱量在4MW以下的項(xiàng)目,采用壓縮式熱泵和吸收式熱泵經(jīng)濟(jì)性差別不大,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況都有一定的經(jīng)濟(jì)性。
(2)對(duì)于站場(chǎng)內(nèi)有天然氣系統(tǒng)或蒸汽系統(tǒng)可以直接利用,且制熱量大于4MW的項(xiàng)目,采用吸收式熱泵的經(jīng)濟(jì)效益高于采用壓縮式熱泵,收益較高。
(3)對(duì)于要求制熱溫度高于85℃的熱泵系統(tǒng),為保證運(yùn)行的穩(wěn)定性,宜采用吸收式熱泵系統(tǒng)加熱。
中國(guó)是人口眾多﹑資源相對(duì)不足的發(fā)展中國(guó)家,要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,必須走節(jié)約資源的道路。隨著遼河油田地區(qū)采油區(qū)塊的開發(fā)和老舊聯(lián)合站改造工程的增多,節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,節(jié)能減排政策的落實(shí),吸收式熱泵在遼河油田各采油區(qū)塊將會(huì)得以廣泛的采用。
[1]馮久鴻.吸收式熱泵用于稠油污水余熱回收的仿真和優(yōu)化[J].油氣田地面工程,2003 (09):33.
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