復疊式空氣源熱泵技術在加熱原油上的應用

趙小玲　張冬瑩　游　立（江蘇油田分公司采油三廠）

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復疊式空氣源熱泵技術在加熱原油上的應用

趙小玲張冬瑩游立（江蘇油田分公司采油三廠）

目前應用于原油加熱系統中的空氣源熱泵技術均為單級式熱泵，該熱泵技術在環境溫度較低的情況下，存在熱泵機組適應性差、制熱性能低及節能效果差等問題，而單-雙級混合復疊式空氣源熱泵制熱系統，可在單級、雙級復疊兩種制熱模式下運行，解決了單級式熱泵在運行中的不足，在較低的室外溫度下良好的運行，實現節約能源的目的。

復疊式空氣源熱泵單/雙級耐熱模式耐熱性能系數

單/雙級混合復疊式空氣源熱泵，可根據室外環境溫度，在單級、雙級復疊兩種制熱模式之間切換運行。在環境溫度較高時，單級運行；在環境溫度較低時，雙級復疊運行。雙級復疊運行時，由中間換熱器將2套單級熱泵系統有機耦合，低溫級從空氣中吸收熱量，為高溫級提供10～20℃的低溫熱源，高溫級制備的熱量，供加熱原油［1］。單/雙級混合復疊式空氣源熱泵增強了機組對環境溫度寬幅變化的適應能力，提高了在較低溫度下的運行性能及適應性。

1　工作流程

復疊式空氣源熱泵機組主要由壓縮機、中間蒸發冷凝器（中間換熱器）、熱力膨脹閥、蒸發器、冷凝器等組成［2］。

圖1為單/雙級混合復疊式空氣源熱泵系統流程圖。通過電磁閥的啟閉實現單級、雙級復疊兩種制熱模式的切換。當室外環境溫度較高時，電磁閥6、9開啟，電磁閥7、8關閉，機組按單級制熱模式運行，僅低溫級壓縮機1運行；當室外溫度較低時，電磁閥7、8開啟，電磁閥6、9關閉，機組按雙級復疊制熱模式運行，低溫級壓縮機、高溫級壓縮機同時運行。

2　現場應用

單/雙級混合復疊式空氣源熱泵在江蘇油田天33-4井的單井罐集輸系統進行了應用。該井位于夏熱冬冷氣候區域，全年溫度范圍-5～40℃，冬季氣溫較低，夏季溫度較高，適合采用單/雙級混合復疊式空氣源熱泵。經過調試和試運行，使其工況達到最佳狀態，并對該空氣源熱泵運行情況進行了現場制熱性能測試。

圖1　單/雙級混合復疊空氣源熱泵系統

罐內原油含水37%，環境溫度為3℃左右，量取儲罐空高為142 cm，并計算罐內原油液量。2014年2月28日運行空氣源熱泵，并錄取了熱泵運行過程中有關參數、數據，現場記錄數據見表1，基于當前環境溫度，機組為雙級復疊式制熱運行模式。

空氣源熱泵的制熱性能系數COP值反應了其制熱能力，一般為2～5，它等于熱泵系統的制熱量與輸入能耗的比值，在相同工況下，COP值越大，說明空氣源熱泵的制熱效果越好、越節能，計算公式為：

表1　現場測試數據

式中：

COP——制熱性能系數，無量綱；

Q——制熱量（被加熱介質所獲得的熱量），kWh；

E——輸入能耗（消耗的電能），kWh。

根據表1取第二組與第三組數據計算空氣源熱泵的COP值，罐內原油14.23 t，原油溫度由22.7℃，升至27.6℃，消耗電能18 kWh，取原油比熱容0.5 kcal/（kg·℃），水的比熱容1.0 kcal/（kg ·℃）。由于環境溫度較低，考慮儲油罐的散熱損失，表面積為70.85 m2，熱損失傳熱系數取1.1 W/（m2·℃），測試取散熱時間為2 h，取罐內外溫差為24.5℃。經過計算，測試出空氣源熱泵的COP值為3.38，能滿足原油加熱的需要。

2014年2月至2015年1月共計錄取了14次數據，如表2所示，從表中數據計算得知，平均COP值為3.66，節能效果顯著。且隨著環境溫度的升高，空氣源熱泵的COP值也增大，即制熱能力受環境溫度影響較明顯。

表2　天33-4井空氣源熱泵應用數據

3　效益分析

根據表2數據可測算出空氣源熱泵的全年性能系數即COP值為3.66，根據天33-4井年產液量2100 t，平均電價按0.8元/kWh計算，采用空氣源熱泵比采用電加熱棒加熱能夠節約電費約2.74萬元。項目投資10.5萬元，投資回收期約為3.8年。

空氣能為綠色能源可再生能源，將空氣源熱泵技術應用于原油加熱系統，沒有廢棄物排放，達到環保要求，熱泵性能系數均在2.5以上。

4　結論

1）空氣熱源泵技術在環境溫度-5～40℃的范圍內時，熱泵的制熱系數COP值為2.5～5。

2）該技術可在單井儲罐加熱系統及其他類似的供熱系統中推廣應用。

3）該技術可與地源熱泵技術、太陽能加熱等技術聯合使用，應用于拉油點、站庫等原油加熱集輸系統供熱。

［1］柴沁虎，馬國遠.空氣源熱泵低溫適應性研究的現狀及進展［J］.能源工程，2002（5）：25-31.

［2］吳業正，朱瑞琪，李新忠，等.制冷與低溫技術原理［M］.北京：高等教育出版社，2004：114-115.

嚴查嚴防杜絕事故隱患

為切實加強加油站安全管理工作，北京石油將各條地鐵上方及沿線加油站列為環保一級重點站，對重點部位增加檢測頻次，每日對油氣回收系統檢查不少于三次，檢查重點以“一聞、二看、三聽、四查”為主，如在卸油、加油過程中，發現油氣味重，將及時停止相關作業進行隱患排查，嚴禁設備帶病運行。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.008

2015-07-22）

趙小玲，工程師，2002年畢業于重慶石油高等專科學校，從事油氣儲運工作，E-mail：zhaoxl1.jsyt@sinopec.com，地址：安徽省天長市同心路采油三廠，239300。