薛守梅 辛雪凝 趙建豪

（1.勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠；2.山東科技大學(xué)）

綠色低碳已經(jīng)被中國(guó)石化集團(tuán)公司和勝利油田列為新的發(fā)展戰(zhàn)略，勝利油田是能源企業(yè)，也是耗能大戶。如何耗最少的能，采更多的油？圍繞注、采、輸、熱、電等主要耗能環(huán)節(jié)，油田持之以恒地開(kāi)展優(yōu)化治理工作，研究產(chǎn)量與能耗之間的關(guān)系，尋求投入產(chǎn)出最佳結(jié)合點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)采出液量與消耗電量科學(xué)配置。積極采取有效措施，推進(jìn)工藝技術(shù)改造和設(shè)備升級(jí)換代，著力構(gòu)建節(jié)能減排長(zhǎng)效機(jī)制，郝現(xiàn)聯(lián)合站在污水余熱利用方面就是一個(gè)節(jié)能減排的典型實(shí)例。

1 郝現(xiàn)聯(lián)合站余熱利用實(shí)施背景

1.1 郝現(xiàn)聯(lián)合站發(fā)展現(xiàn)狀

郝現(xiàn)聯(lián)合站投產(chǎn)于1987 年9 月，站區(qū)占地面積約8×104m2，擔(dān)負(fù)著郝現(xiàn)管理區(qū)、史127 管理區(qū)以及史南管理區(qū)采出液的處理、外輸任務(wù)，年處理液量600×104t、原油60×104t、污水500×104m3、外輸天然氣350×104m3、回注污水450×104m3，是現(xiàn)河采油廠處理規(guī)模最大、設(shè)備最齊全、工藝最復(fù)雜、自動(dòng)化水平最高的油氣水集中處理站，為油田甲級(jí)安全要害單位[1]。

1.2 站內(nèi)生產(chǎn)及用熱現(xiàn)狀

1.2.1 原油穩(wěn)定加熱爐系統(tǒng)

郝現(xiàn)聯(lián)合站內(nèi)原油穩(wěn)定系統(tǒng)[2]于2002 年7 月投產(chǎn)使用，來(lái)液進(jìn)站采用三相分離工藝，分離出稀油及污水，稀油量為1 400 t/d，含水量小于0.5%，溫度為40～45 ℃，稀油進(jìn)脫水泵，經(jīng)串聯(lián)的四組浮頭式換熱器與需降溫的稀油換熱升溫，再經(jīng)過(guò)燃?xì)饧訜釥t升溫至110 ℃以上，進(jìn)原油穩(wěn)定裝置分離輕烴，然后再次進(jìn)串聯(lián)的浮頭式換熱器與需升溫的稀油換熱降溫，以保證郝現(xiàn)聯(lián)原油外輸溫度為60～65 ℃，常年連續(xù)不間斷運(yùn)行（每年約7～15 天裝置強(qiáng)制檢修及其他原因?qū)е碌牡耐．a(chǎn)時(shí)間除外）（圖1）。目前采用燃?xì)饧訜釥t對(duì)站內(nèi)原油穩(wěn)定裝置來(lái)油進(jìn)行加熱，冬季站區(qū)采暖依靠站內(nèi)2 臺(tái)2 t 鍋爐產(chǎn)生蒸汽送至辦公室、生產(chǎn)崗位等用汽點(diǎn)，采暖面積共約1 100 m2，采暖周期平均120 天，生產(chǎn)及供暖合計(jì)日均耗氣量約3 200 m3。

圖1 郝現(xiàn)聯(lián)合站直熱式原油穩(wěn)定工藝流程

1.2.2 站內(nèi)耗能分析

稀油經(jīng)過(guò)三相分離器后的液量為1 400 t/d，含水率為0.5%左右，將溫度從40 ℃加熱到110 ℃，稀油加熱負(fù)荷估算為2 394 kW。站區(qū)內(nèi)采暖房間冬季采暖溫度均不得低于18 ℃，采暖負(fù)荷估算為139.8 kW。則所需總熱負(fù)荷2 533.8 kW。

郝現(xiàn)聯(lián)穩(wěn)定直熱式加熱爐近三年的用氣量（表1），可看出加熱爐平均用氣3 089 m3/d，年耗氣量112.819×104m3，耗氣量大，成本高，碳排放量大。

表1 郝現(xiàn)聯(lián)直熱式加熱爐耗氣量

1.3 污水余熱利用分析

郝現(xiàn)聯(lián)聯(lián)合站油水分離后，還承擔(dān)著污水處理工作，日處理污水量9 283 m3，污水初始溫度為48 ℃，回注污水溫度一般為40℃左右，在污水處理過(guò)程中造成大量的熱能損失。若將污水的余熱通過(guò)熱泵提取利用，每提升1℃可獲得38.7×106kJ 的熱量，若整體提升溫度5～8 ℃，可相當(dāng)于承擔(dān)加熱爐1/3 的工作量，每天可節(jié)約燃油成本近1/3，污水余熱將會(huì)得到最大限度的應(yīng)用。在此背景下，現(xiàn)河采油廠集輸大隊(duì)組織實(shí)施了郝現(xiàn)聯(lián)合站污水余熱替代天然氣項(xiàng)目。本項(xiàng)目利用脫出的高溫污水作為熱源，替代常規(guī)的天燃?xì)饧訜崮Ｊ剑瑢?shí)現(xiàn)節(jié)約天燃?xì)?，減少二氧化碳排放，保護(hù)環(huán)境。

2 余熱技術(shù)在郝現(xiàn)聯(lián)合站的綜合利用

2.1 原油穩(wěn)定熱泵+換熱器工藝流程

郝現(xiàn)聯(lián)合站余熱利用技術(shù)采用熱泵+換熱器組合工藝，分三級(jí)加熱[3]：一級(jí)加熱，通過(guò)高溫?zé)岜脵C(jī)組提取站內(nèi)污水余熱，來(lái)加熱40 ℃低溫稀油；二級(jí)加熱，55 ℃低溫稀油與110 ℃高溫稀油通過(guò)螺旋板式換熱器[4]進(jìn)行熱交換，分別由55 ℃升溫至95 ℃和由110 ℃降溫至67 ℃；三級(jí)加熱，通過(guò)蒸汽鍋爐產(chǎn)生高溫蒸汽，加熱95 ℃稀油至110 ℃，替代郝現(xiàn)聯(lián)合站原工藝流程中的浮頭換熱器和燃?xì)饧訜釥t（圖2）。

2.2 郝現(xiàn)聯(lián)合站余熱利用工藝及設(shè)備原理

目前郝現(xiàn)聯(lián)合站采用熱泵提溫技術(shù)，將污水余熱回收利用。熱泵是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對(duì)象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機(jī)相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的。熱泵在工作時(shí)，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量在蒸發(fā)器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即壓縮機(jī)耗電；通過(guò)工作介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)在冷凝器中進(jìn)行放熱，熱泵輸出的能量為壓縮機(jī)做的功和熱泵從環(huán)境中吸收的熱量之和；所以其制熱系數(shù)cop 值恒大于1。因此，采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量的電能。它通過(guò)消耗少量動(dòng)力(或溫度較高的熱能)把低溫?zé)崮茏兂筛邷責(zé)崮?，從而使原本不能利用的低溫?zé)崮艿玫交厥绽谩?/p>

根據(jù)逆循環(huán)所消耗能量形式的不同，熱泵可分為壓縮式熱泵和吸收式熱泵兩大類[5]。目前郝現(xiàn)聯(lián)合站余熱利用采用蒸汽壓縮式熱泵，污水在由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置及蒸發(fā)器等部件組成的系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)，并通過(guò)工質(zhì)的狀態(tài)變化及相變實(shí)現(xiàn)低品位熱能“泵”送至高品位的溫度區(qū)，性能系數(shù)一般為3～7。

圖2 郝現(xiàn)聯(lián)合站熱泵+換熱器式原油穩(wěn)定工藝流程

板式換熱器的傳熱元件是板面，由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使流體在較低的流速下能達(dá)到湍流狀態(tài)，從而強(qiáng)化了傳熱作用。板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效率高，便于組裝和拆卸，清洗、除垢方便。管殼式換熱器雖然在傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性、金屬消耗量等方面不及板面式換熱器，但是它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、操作彈性大、材料范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)等自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。郝現(xiàn)聯(lián)余熱利用采用螺旋板式換熱器，原油穩(wěn)定換熱采用管殼式換熱器[6-7]。

3 郝現(xiàn)聯(lián)余熱利用項(xiàng)目效益分析

3.1 各級(jí)換熱器實(shí)際換熱量分析

余熱站設(shè)計(jì)完成后于2017 年2 月投產(chǎn)運(yùn)行，通過(guò)對(duì)污水換熱器、熱泵加熱換熱器等4 個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行流量、進(jìn)出口溫度數(shù)據(jù)的采集分析，計(jì)算獲得實(shí)際總換熱量為2 805 kW（表2），大于聯(lián)合站所需換熱量2 533.8 kW，完全可以滿足聯(lián)合站熱負(fù)荷要求。

表2 各換熱器換熱量統(tǒng)計(jì)

3.2 效益分析

綜合考慮燃料消耗、水電費(fèi)、人工成本、設(shè)備折舊等費(fèi)用，余熱站投產(chǎn)后，年度節(jié)約天然氣39.4×104m3，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤121.6 t，減少碳排放230.5 t；按照連續(xù)運(yùn)營(yíng)15 年，年平均支付技術(shù)服務(wù)費(fèi)約32 萬(wàn)元考慮，項(xiàng)目運(yùn)行后年節(jié)約成本36.5 萬(wàn)元（表3）?？赏耆娲訜釥t、鍋爐，消除安全隱患，減少職工勞動(dòng)強(qiáng)度。

表3 加熱爐項(xiàng)目與余熱站項(xiàng)目年度運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

4 結(jié)論

郝現(xiàn)聯(lián)合站余熱利用項(xiàng)目總投資400 萬(wàn)元，年運(yùn)行效益36.5 萬(wàn)元，每年可實(shí)現(xiàn)節(jié)省天然氣39.4×104m3，經(jīng)濟(jì)效益明顯，節(jié)能效果顯著，而且碳排放量的降低帶來(lái)了可觀的環(huán)保效益和良好的社會(huì)影響。污水余熱利用作為一種新型能源利用工藝，替代常規(guī)的燃?xì)饧訜崮Ｊ?，可?jié)能降耗，減少二氧化碳排放，節(jié)能和環(huán)保效益明顯。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，余熱利用作為一種綠色低碳戰(zhàn)略，具有良好的推廣前景。