油田利用熱泵回收余熱的現(xiàn)狀及效果分析

王學 （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 （大慶油田工程有限公司）

為了節(jié)能減排，提高能源利用率，大慶油田近年來利用熱泵進行生產(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，取得了良好的節(jié)能效果。按照工程實例測算，若油田采出水能實現(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)定運行，可以嘗試繼續(xù)擴大規(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。大慶油田近年來在一些站點引入熱泵技術(shù)對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行建筑采暖供熱，獲得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

1 電動壓縮式熱泵利用余熱的基本原理

因電動壓縮式熱泵操作簡便、性能可靠、使用清潔能源污染較小，因此，油田采用的熱泵機組主要為電動壓縮式熱泵。

電動壓縮式熱泵由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成，靠消耗電能將熱能從低溫熱源傳遞到高溫熱源。普通壓縮式水源熱泵機組的單機制熱量已達2.8 MW，制冷工質(zhì)采用R22或R134a。正常工況普通型機組出水溫度55℃；高溫型機組出水溫度 65℃；超高溫型機組出水溫度85℃[1]。油田在用的機組多為高溫型機組。

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

圖1 電動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

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)化后進行建筑采暖供熱[3]。先后建成投產(chǎn)熱泵工程數(shù)十項，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)實際情況，采出水在含油污水處理站處理之后，再無水溫方面的具體要求，則可選擇水處理站后的合理節(jié)點設(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壓縮式熱泵再利用采出水的余熱進行建筑采暖供熱。對全油田的熱泵使用情況做了調(diào)查，結(jié)果見表1。

表1 大慶油田余熱回收利用狀況統(tǒng)計

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余熱進行回收利用，按照熱泵收集余熱前后原水溫降5℃計算，能源轉(zhuǎn)化率按60%計算[4]，則含油采出水年轉(zhuǎn)化熱能總量為5.04×1015J。

每千克標準煤熱值按29 271 kJ/kg計算，相當于年節(jié)省標準煤17×104t。按1.33 kg標準煤／m3天然氣折算天然氣量，相當于年節(jié)省天然氣1.29×108m3。按大慶天然氣價格1.65元/m3計算，年節(jié)省生產(chǎn)成本2.13億元。

由計算可知，若油田采出水能實現(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大慶環(huán)境的污染，并能達到節(jié)能減排的目的。

3 循環(huán)冷卻水余熱利用實例分析

大慶油田天然氣分公司近年投產(chǎn)了一批電動壓縮式熱泵機組，主要用于利用工藝循環(huán)冷卻水余熱進行建筑采暖。投產(chǎn)熱泵的生產(chǎn)某站，有2套工藝冷卻設(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套熱泵機組，制熱負荷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℃。對本站的冬季采暖狀況進行跟蹤，結(jié)果見表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)冷卻水余熱進行冬季建筑采暖，運行效果穩(wěn)定，冷卻水溫度在經(jīng)過熱泵換熱后溫降10.1℃，建筑內(nèi)溫度19.1℃，高于采暖標準要求的18℃。

因本站使用了熱泵采暖，相當于日節(jié)省原燃氣鍋爐蒸汽1 t，節(jié)省燃氣量1920 m3。按大慶天然氣價格1.65元/m3計算，采暖半年180 d節(jié)省生產(chǎn)成本57.0萬元。

大慶油田還有大量的循環(huán)冷卻水未能對余熱進行有效的回收，可以進一步推廣熱泵技術(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）電動壓縮式熱泵利用油田采出水余熱已經(jīng)有成功的工程實例。若油田采出水能實現(xiàn)余熱有效回用，熱泵收集余熱前后原水溫降5℃計算，能源轉(zhuǎn)化率按60%計算，可年節(jié)省1.29×108m3，節(jié)省生產(chǎn)成本上億元。

2）電動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，可以嘗試繼續(xù)擴大規(guī)模應(yīng)用。

[1]趙世達.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)濟效益測算[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，工程師，2007年畢業(yè)于東北林業(yè)大學（城市規(guī)劃與設(shè)計專業(yè)），碩士研究生，從事規(guī)劃與建筑設(shè)計，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。