王學(xué) （大慶油田工程有限公司）

油田利用熱泵回收余熱的現(xiàn)狀及效果分析

王學(xué) （大慶油田工程有限公司）

為了節(jié)能減排，提高能源利用率，大慶油田近年來(lái)利用熱泵進(jìn)行生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的余熱回收。目前已經(jīng)逐步推廣利用電動(dòng)壓縮式熱泵回收油田采出水、工藝循環(huán)冷卻水中的余熱，將余熱轉(zhuǎn)化后進(jìn)行建筑采暖供熱，先后已經(jīng)建成投產(chǎn)熱泵工程數(shù)十項(xiàng)，取得了良好的節(jié)能效果。按照工程實(shí)例測(cè)算，若油田采出水能實(shí)現(xiàn)余熱有效回用，年節(jié)省生產(chǎn)成本上億元。熱泵利用油田生產(chǎn)工藝循環(huán)冷卻水可穩(wěn)定運(yùn)行，可以嘗試?yán)^續(xù)擴(kuò)大規(guī)模應(yīng)用。

熱泵；余熱回收；油田采出水；循環(huán)冷卻水

熱泵技術(shù)作為一種可有效利用生產(chǎn)余熱的技術(shù)設(shè)備，在很多領(lǐng)域已經(jīng)有所應(yīng)用。大慶油田近年來(lái)在一些站點(diǎn)引入熱泵技術(shù)對(duì)部分油田采出水及一些生產(chǎn)工藝中的回收冷卻水余熱加以再利用，利用熱泵收集的余熱進(jìn)行建筑采暖供熱，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

1 電動(dòng)壓縮式熱泵利用余熱的基本原理

因電動(dòng)壓縮式熱泵操作簡(jiǎn)便、性能可靠、使用清潔能源污染較小，因此，油田采用的熱泵機(jī)組主要為電動(dòng)壓縮式熱泵。

電動(dòng)壓縮式熱泵由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成，靠消耗電能將熱能從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩础Ｆ胀▔嚎s式水源熱泵機(jī)組的單機(jī)制熱量已達(dá)2.8 MW，制冷工質(zhì)采用R22或R134a。正常工況普通型機(jī)組出水溫度55℃；高溫型機(jī)組出水溫度 65℃；超高溫型機(jī)組出水溫度85℃[1]。油田在用的機(jī)組多為高溫型機(jī)組。

熱泵收集的熱能以采暖為主，冬季為熱泵機(jī)組提供低溫?zé)嵩?，將低位能量轉(zhuǎn)化為高位能量，供給全站建筑用于采暖，減少鍋爐的燃?xì)饬?。低溫余熱被送至熱泵機(jī)組蒸發(fā)器，釋放低溫?zé)崮?，?jīng)循環(huán)泵升壓循環(huán)使用，熱泵機(jī)組將從蒸發(fā)器中得到的余熱通過(guò)設(shè)備轉(zhuǎn)化，送到設(shè)備的冷凝器，與熱用戶的采暖水進(jìn)行熱交換，以達(dá)到余熱利用、能量回收的目的[2]。流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 電動(dòng)壓縮式熱泵工作原理

2 含油采出水余熱利用現(xiàn)狀及潛力預(yù)測(cè)

從2000年以后，大慶油田公司逐步推廣利用熱泵合理利用油田采出水中的余熱，將余熱轉(zhuǎn)化后進(jìn)行建筑采暖供熱[3]。先后建成投產(chǎn)熱泵工程數(shù)十項(xiàng)，余熱熱源為油田采出水。

油田采出水主要分為普通水驅(qū)采出水，聚合物驅(qū)采出水及三元復(fù)合驅(qū)采出水。根據(jù)實(shí)際情況，采出水在含油污水處理站處理之后，再無(wú)水溫方面的具體要求，則可選擇水處理站后的合理節(jié)點(diǎn)設(shè)置熱泵。

目前老油區(qū)的采油二廠、采油三廠及外圍低滲透的采油七廠都在用電動(dòng)壓縮式熱泵再利用采出水的余熱進(jìn)行建筑采暖供熱。對(duì)全油田的熱泵使用情況做了調(diào)查，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 大慶油田余熱回收利用狀況統(tǒng)計(jì)

目前大慶油田年產(chǎn)生含油采出水近4×108t，若能全部采用熱泵對(duì)余熱進(jìn)行回收利用，按照熱泵收集余熱前后原水溫降5℃計(jì)算，能源轉(zhuǎn)化率按60%計(jì)算[4]，則含油采出水年轉(zhuǎn)化熱能總量為5.04×1015J。

每千克標(biāo)準(zhǔn)煤熱值按29 271 kJ/kg計(jì)算，相當(dāng)于年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤17×104t。按1.33 kg標(biāo)準(zhǔn)煤／m3天然氣折算天然氣量，相當(dāng)于年節(jié)省天然氣1.29×108m3。按大慶天然氣價(jià)格1.65元/m3計(jì)算，年節(jié)省生產(chǎn)成本2.13億元。

由計(jì)算可知，若油田采出水能實(shí)現(xiàn)余熱有效回用，將可以大量節(jié)省直接的燃料加熱成本，同時(shí)可以降低其他加熱設(shè)備投資；還可降低燃料燃燒產(chǎn)生的氮氧化物、二氧化碳及其他燃燒廢物對(duì)大慶環(huán)境的污染，并能達(dá)到節(jié)能減排的目的。

3 循環(huán)冷卻水余熱利用實(shí)例分析

大慶油田天然氣分公司近年投產(chǎn)了一批電動(dòng)壓縮式熱泵機(jī)組，主要用于利用工藝循環(huán)冷卻水余熱進(jìn)行建筑采暖。投產(chǎn)熱泵的生產(chǎn)某站，有2套工藝?yán)鋮s設(shè)備，日循環(huán)水量1890 m3。全站需要采暖面積3766 m2，需要總供熱負(fù)荷440.1 kW。

生產(chǎn)工藝循環(huán)水冬季溫度在20～25℃之間，按照換熱后溫降10℃、換熱效率60%計(jì)算，循環(huán)水可提供的熱功率為551.3 kW；而本站采暖需要功率為440.1 kW，利用循環(huán)冷卻水余熱完全可以滿足本站的采暖需要。

本站采用1套熱泵機(jī)組，制熱負(fù)荷502 kW，輸入功率114 kW。冷卻水回水作為熱源溫度范圍21～27℃，換熱后的采暖熱水水溫60～65℃。對(duì)本站的冬季采暖狀況進(jìn)行跟蹤，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 利用循環(huán)冷卻水余熱采暖供熱情況匯總

由表2可知，借助熱泵充分利用循環(huán)冷卻水余熱進(jìn)行冬季建筑采暖，運(yùn)行效果穩(wěn)定，冷卻水溫度在經(jīng)過(guò)熱泵換熱后溫降10.1℃，建筑內(nèi)溫度19.1℃，高于采暖標(biāo)準(zhǔn)要求的18℃。

因本站使用了熱泵采暖，相當(dāng)于日節(jié)省原燃?xì)忮仩t蒸汽1 t，節(jié)省燃?xì)饬?920 m3。按大慶天然氣價(jià)格1.65元/m3計(jì)算，采暖半年180 d節(jié)省生產(chǎn)成本57.0萬(wàn)元。

大慶油田還有大量的循環(huán)冷卻水未能對(duì)余熱進(jìn)行有效的回收，可以進(jìn)一步推廣熱泵技術(shù)，充分利用余熱，降低生產(chǎn)成本，減少燃料污染物質(zhì)的排放。

4 結(jié)論

1）電動(dòng)壓縮式熱泵利用油田采出水余熱已經(jīng)有成功的工程實(shí)例。若油田采出水能實(shí)現(xiàn)余熱有效回用，熱泵收集余熱前后原水溫降5℃計(jì)算，能源轉(zhuǎn)化率按60%計(jì)算，可年節(jié)省1.29×108m3，節(jié)省生產(chǎn)成本上億元。

2）電動(dòng)壓縮式熱泵利用油田生產(chǎn)工藝循環(huán)冷卻水可穩(wěn)定運(yùn)行，可有效降低生產(chǎn)成本，是節(jié)能減排的一種有效方式，可以嘗試?yán)^續(xù)擴(kuò)大規(guī)模應(yīng)用。

[1]趙世達(dá).石油化工生產(chǎn)節(jié)能措施分析[J].黑龍江科技信息, 2015,35:15.

[2]高榮甲.淺析石油化工生產(chǎn)中節(jié)能管理[J].化工管理,2015, 23:212-214.

[3]苗承武.采用熱泵技術(shù)回收油田污水余熱[J].化工管理, 2007,18:22-24.

[4]張永貴.油田污水余熱回收方案及經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算[J].節(jié)能技術(shù),2003,21:8-9.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.08.014

2016-06-20

（編輯 李珊梅）

王學(xué)，工程師，2007年畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)（城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)專業(yè)），碩士研究生，從事規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)，E-mail:55822582@qq. com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)大慶油田工程有限公司工業(yè)建筑室，163712。