液體聚能供熱技術現場試驗研究

徐昆（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

液體聚能供熱技術現場試驗研究

徐昆（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

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的現場試驗，并進行了取代采暖爐、電散熱板的對比試驗，從工藝流程、運行能耗、經濟效益等方面對該技術在油田的應用前景進行了分析和論證，探索了油田偏遠地區供熱的新方式，同時針對該技術的應用情況提出了一些改進看法，為該技術在油田的推廣奠定了基礎。

油田注水 液體聚能 雙區雙溫 雙時雙溫

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 個采暖期內注水 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 這幾種場所的供熱必不可少，而且運行能耗大，為降低生產運行能耗，開展了液體聚能供熱技術現場試驗。

1 液體聚能供熱技術機理

液體聚能供熱技術利用拉瓦爾管流動原理，首先用離心泵將液體介質加速到亞音速，壓力升高至8kg/cm2， 亞 音 速 液 體 介 質 在 拉 瓦 爾 管 收 縮 段 高 速旋轉加速，至喉道（即管中橫截面最小處）達到音速，進入擴張段成為超音速流壓力突然降低，發生爆裂，形成蒸汽—氣水混合的微小氣泡，即為空穴現象。攜帶微小氣泡的高速水流繼續前行進入聚能管，壓力突然升高，微小氣泡互相碰撞擠壓，產生熱量。同時由于壓力升高，氣體壓縮，蒸汽凝結，原微小氣泡中心的溫度急劇上升，液體介質進一步被加熱。當液體介質流過拉瓦爾管后進入儲液罐，一部分在壓力的作用下出裝置進入暖氣管線，另一部分被離心泵抽回，再次進入拉瓦爾管進行加熱，流經拉瓦爾 管一 次平 均溫 度可 提高 0.8 ℃。 其產 熱機理詳見圖1。

圖1 液體聚能供熱發生器產熱機理

通過室內試驗數據測算， 5.5、15、30、45kW液 體 聚 能 裝 置 系 統 熱 效 率 分 別 為 95% 、 94.5% 、94.8%、94.7%。

2 液體聚能供熱技術現場試驗

2.1代替加熱爐現場試驗

2.1.1 喇八注水站先導性試驗

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

式中：

Q——圍護結構基本耗熱量，W；

k ——圍 護 結 構 的 傳 熱 系 數 ，W/（m2·℃）；

A ——圍護 結 構 的 面 積，m2；

tn——冬季室內計算溫度，℃；

tw——供暖室外計算溫度，℃；

a——圍護結構的溫度修正系數。

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

該裝置自投產以來運行狀況良好，采用間歇自動運行模式，根據室外溫度的不同而設定相應的回水溫度，當回水溫度低于設定值時，系統啟動加熱，當回水溫度高于設定值時，系統停止加熱。在一個采暖期的試驗內，室內溫度均達到了相關規范要求。試驗數據見表1。

表1 喇八注水站聚能供熱裝置試驗數據

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

通過喇八注水站的先導性試驗，證明聚能供熱技術在油田生產場所應用是可行的。

2.1.2 喇四注水站推廣應用

喇四注水站的加熱緩沖裝置、站內布局、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 45kW 液 體 聚 能 供 熱 裝 置 代 替 原 有 加 熱 緩 沖裝置，同時對工藝進行了改進，采用“雙區雙溫、聚能裝置并聯運行”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“雙區雙溫”就是生產區和辦公區分開供熱流程，利用分、回水缸來調節兩個區域的供水量，將生產區的溫度控制在 5～10 ℃之間，將辦公區的溫度控制在 20℃左右；并聯運行方式是指當室外氣溫相對較高時，只運行1臺聚能供熱裝置便可以滿足供熱需求；當室外氣溫相對低時，供熱負荷也隨之大幅度增加，此時啟動2臺聚能供熱裝置以滿足供熱需求。

采用“雙區雙溫、聚能裝置并聯運行”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%，而且站內生產區和生活區的溫度均達到了規范的要求，運行數據見表2。

表2 喇四注水站聚能供熱裝置試驗數據

通過喇四注水站的推廣應用，“雙區雙溫、聚能裝置并聯運行”的供熱工藝較采暖伴熱串聯工藝能耗 降 低 了 9.2%， 運 行 費用降低 了 1.08 萬元， 因 此該工藝可以在油田推廣應用。

2.2代替電采暖現場試驗

根據上述試驗的成功經驗，在喇 37＃配水間和喇5-1＃注入站分別進行了聚能供熱裝置代替電采暖現場試驗。

2.2.1 喇37＃配水間“雙時雙溫”供熱模式現場試驗

喇 37＃配水 間 采 暖 面 積為 15m2，原 采 暖 設 備 為2 組 3000W 電散熱 器 。 現 場 配置 5.5kW 聚能供 熱 裝置以“雙時雙溫”運行模式進行供熱。

所謂“雙時雙溫”就是針對不同時間段室內供熱需求不同的特點來調節室內溫度，使室內供熱更合理。鑒于配水間白天有人值班、夜晚無人值守的特點，利用溫控系統分時段來控制室溫：在8點～16點 的 時 間 段 內 ， 將 室 溫 控 制 在 18 ℃ ； 在 16點 到次 日 早 8 點 的 時 間 段 內 ， 將 室 溫 控 制 在 5～10 ℃ 。這種方式既能保證生產的要求，又能降低能耗。

該裝置自投產以來運行狀況良好，試驗數據見表3。

表3 喇 37＃配 水間聚能 供熱裝置 試驗數據

試驗期間，該配水間聚能供熱裝置平均每天運行 3.5h， 日 均 耗 電 19kWh。 根 據 表3 中 的 數 據 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 元 ， 年 耗電 0.54× 104kWh， 年 節 電 1.58× 104kWh， 折 合 標煤 1.94t， 折 合 人 民 幣 0.86 萬 元 ， 投 資 回 收 期 3.8年 ， 間 接減少 CO2排放 5.28t。

通過現場試驗，“雙時雙溫”供熱模式較傳統電 加 熱 能 耗 降 低 了 74.5%， 運 行 費 用 降 低 了 0.86 萬元，可以在油田推廣應用。

2.2.2 5-1＃注入站運行模式改進現場試驗

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

通 過 熱 負 荷 計 算 ，15kW 和 45kW 的 聚 能 供 熱裝 置 的 單 獨 供 熱 能 力 分 別 為 14.25kW 和 42.75kW ，而二者同時運行時的供熱能力為57kW。

圖3 喇 南中西 5-1＃注入站 熱 負荷曲 線

由圖3可知，15kW和45kW2臺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 聚 能 加 熱 裝 置 并 聯 運 行 進 行 供熱，根據室外氣溫的變化情況來選擇裝置啟運的臺數 ： 在 10月 和 次 年 2月 中 旬 至 供 熱 期 結 束 這兩 個 時間段，單獨運行45kW聚能供熱裝置就可以滿足站內供熱需求；供熱期其余時段，由于室外氣溫很低，站內所需熱負荷大，因此需要同時運行2臺裝置進行供熱。

供熱工藝采用“雙區雙溫”模式，生產區的溫度控制在 5～10 ℃之間，生活辦公區的溫度控制在20℃左右。

該站聚能供熱裝置運行數據見表4。

表4 5-1＃注入站聚能供熱裝置供熱數據

通過計算得出，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行供熱在這一時段每天可節 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 元 ， 年 耗 電 5.76× 104kWh， 年 節 電 18.54× 104kWh， 折 合 標 煤 22.7t， 折合人 民 幣 11.02 萬 元 ， 投 資回收期 3.18 年。

通過 5-1＃注入站的試驗，供熱模式改進后較改進 前 能 耗 降 低 了 76%， 運 行 費 用 降 低 了 11.02 萬元，因此應用該工藝是可行的，并且能耗較低。

3 經濟效益分析

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 置進行供熱的注水站 10座，已推廣應用聚能供熱技術18座站，若全部采用聚能供熱裝置進行供熱，效益可觀，見表5。

表5 聚能加熱裝置投資效益

4 結論

1）液 體 聚能供 熱 技術具 有 運行 能 耗低、 自 控程度高、供熱安全可靠的優點，其裝置非壓力容器，操作管理方便，在安全環保方面優勢明顯，適合在油田偏遠的生產場所推廣應用。

2）“雙區雙溫”供熱模式在油田供熱模式中運行能耗最低，較傳統串聯式供熱工藝運行能耗減少9.2%。

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

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

[1]齊中英.工業熱負荷最佳熱化系數的計算[J].熱能動力工程,1991,2:3-4.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.003

2013-03-28）

徐昆，1986年畢業于哈爾濱師范專科學校，從事節能設備引進工作，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第六采油廠物資管理部，163114。