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熱泵回收污水余熱技術在油田采暖中的應用

文檔作者：惠喜強1 包新善2 惠剛1 辛禮印3 王德發4 文檔來源： 1．中國石油天然氣管道局東北管道公司 2．山東富爾達空調設備有限公司，黑龍江大慶163453； 3．中國石油天然氣股份有限公司規劃總院 4．山東東方海洋科技股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2024年06月16日
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--——40·———
節能
ENERGY CoNSERVATl0N
2013年第10期
(總第373期)
熱泵回收污水余熱技術在油田采暖中的應用
惠喜強1，包新善2，惠剛1。辛禮印3。王德發4
(1．中國石油天然氣管道局東北管道公司，遼寧沈陽110031；
2．山東富爾達空調設備有限公司，黑龍江大慶163453；
3．中國石油天然氣股份有限公司規劃總院，北京100083；
4．山東東方海洋科技股份有限公司，山東煙臺264003)
摘要：每年油田開采會產生大量的含油污水，污水溫度大部分在35—45℃范圍內，這些采出污水經過
處理后，直接用于油田注水開發或地面存放自然蒸發，既浪費了大量的熱資源，又對周圍環境造成一
定的影響；而在油田建筑采暖、制冷及原油處理等方面，卻需要大量的熱能。本文介紹了采用吸熱式
熱泵技術將油田污水余熱提取后用于油田建筑采暖、制冷、供熱水，取代燃油氣供熱鍋爐、供冷空調生
產實踐，并進行了投資和經濟效益分析。
關鍵詞：油田污水余熱；熱泵技術；供熱制冷；應用實踐；效益分析
中圖分類號：X741文獻標識碼：B文章編號：1004—7948(2013)10一0040—04
doi：103969／j．issn．1004—7948．2013．10．008
引言
“十五”時期以來，隨著國內主力油田進入中
后期開發，原油生產綜合含水率不斷攀升，油田采
出污水量逐年增多。以中國石油所屬油田為例，原
油生產綜合含水率由2001年的82．98％，上升到
2011年的87．6％；采出污水總量由2001年的4．94
億m3，上升到2011年的6．525億m3。
油田采出污水溫度較高，蘊含著大量的熱能，
例如遼河油田稠油污水溫度可以達到70℃，大慶
等常規油田采出污水溫度一般在35—45℃，這些
采出污水經過處理后，直接用于油田注水開發或存
放使之自然蒸發，既浪費了大量的熱資源，又對周
圍環境造成一定的熱污染。而在油田建筑采暖、制
冷及原油集輸、處理及外輸等生產過程中卻需要大
量的熱能，諸多的加熱過程需要耗費大量的能量。
目前，中國石油用于油田工藝和采暖加熱的鍋
爐達到1800余臺、加熱爐12000臺左右，這些加熱
設備一次能源效率平均為80％左右，每年熱力消
耗需要的能源超過800萬噸標煤。
含油污水中的能量具有品位較低、水中成分復
雜等特點。如何回收利用這部分熱能來為油田生
產和生活服務，實現變害為寶、保護環境、造福社會
是人們一直關注的問題。大慶油田采油五廠作業
大隊、生產維修大隊采用熱泵技術回收含油污水的
余熱用于供暖、制冷項目的實施，是一個降低油、氣
能源消耗，節約生產成本，提高能源利用效率的成
功實踐。
1采用熱泵技術供暖前存在的問題
采油五廠作業大隊、生產維修大隊分別建于1980
年、1982年，兩個大隊場區內分別有辦公樓、各種車
間、鍋爐房、熱水站、軟化水站、車庫、庫房等建筑70棟
和24棟，合計建筑面積分別為458401112、16044m2。
兩個大隊場區各建1座鍋爐房，主要承擔著相
應大隊冬季供暖以及作業工浴室、洗衣間供熱水任
務。作業大隊鍋爐房擁有鍋爐4臺，其中燃油熱水
鍋爐2臺，主要用于冬季采暖供熱，總供熱能力
14MW。油氣兩用蒸汽鍋爐1臺、燃油蒸汽鍋爐1
臺，主要供浴室及洗衣間用熱水，總供熱能力為
8t／h，燃料為原油和天然氣。冬季運行1臺熱水鍋
爐、1臺蒸汽鍋爐；生產維修大隊鍋爐房擁有鍋爐3
臺，其中熱水鍋爐2臺，供熱能力為8．4MW，蒸汽
鍋爐1臺，供熱能力為6t／h，燃料為原油。冬季運
行1臺熱水鍋爐、1臺蒸汽鍋爐；供熱參數均為
80。c／60。C熱水。
萬方數據
2013年第10期
(總第373期)
節能
ENERGY CONSERVAlⅡON
主要存在的問題有如下幾個方面：
I)鍋爐外殼腐蝕嚴重，保溫層多處損壞，燃燒
器結焦嚴重，爐體內部漏水，鍋爐熱效率低，循環泵
以及補水泵已運行20多年，老化嚴重，維修困難。
2)作業大隊鍋爐房4’爐經鍋爐檢驗所檢測，
爐管嚴重變形，已定為報廢鍋爐，當34爐出現故障
時沒有備用爐。
3)兩鍋爐房變壓器整體老化、耗能高，照明線
路、動力電纜由于長時間運行，已嚴重老化，經常出
現故障，維護工作量大；自動點火及熄火保護裝置
是多個廠家生產，產品質量及售后服務不一致，管理
難度較大，存在運行不可靠及報警不正常等問題。
2供熱、制冷方案的選擇
采暖改造將作業大隊與生產維修大隊供熱、制
案做出綜合對比分析，通過分析得出熱泵技術方案
投資高于加熱爐方案，但年運行成本和十年凈現值
指標數據都低于加熱爐方案，且管理方便，故推薦
采用熱泵技術方案。
2．1熱負荷計算
兩個大隊計算采暖面積合計為65075m2。按
照建筑性質不同，根據國家行業標準《城市熱力網
設計規范)CJJ34—2002推薦值，采暖熱指標分別取
80—180W／m2，制冷指標分別取120—200W／m2，并參
照已建鍋爐房年耗油量情況，新建熱源采暖負荷為
7963kW(包括規劃預留1925kW)、制冷負荷
1780kW。供熱負荷和制冷負荷計算如表1所示。
2．2熱泵機組供熱、制冷技術方案的實施
熱源站選址位于作業大隊廠區的西北側，利用
杏V一1聯合站油田回注水，采用熱泵機組冬季供熱、
冷統一考慮，對采用熱泵技術和燃氣加熱爐技術方夏季制冷，并對兩個大隊供熱管網進行整合改造。
表1供熱負荷和制冷負荷計算表
1)工藝流程。
冬季采暖：35℃的含油污水經污水泵升壓后進
入熱泵機組蒸發器釋放熱能，溫度降至23℃再回
到杏V—l聯合站。60℃的采暖回水進入熱泵機組
冷凝器吸熱后，溫度升至80℃送至采暖系統供熱。
熱泵技術供暖工藝流程如圖1所示。
夏季制冷：12℃的制冷回水在熱泵機組蒸發器
散熱后，溫度降至7℃送至用戶制冷。45℃的中間
清水在熱泵機組冷凝器吸熱后，溫度升至50℃后
進入制冷換熱器，在制冷換熱器散熱溫度降至
45℃后回熱泵機組冷凝器循環使用。35℃的含油
污水經污水泵升壓后，進入制冷換熱器，吸熱后溫
度升至40℃返回杏V—l聯合站。
洗浴及洗衣生活用水：10℃的生水在板式換熱器
吸熱，溫度升至60℃后分為2個回路，一路直接送至
浴池；另一路經電加熱器加熱至踟℃后送至洗衣間。
2)低溫熱源(含油污水)、供水管道及升壓泵。
杏V-1聯合站距新建熱源站距離1．6km，新建
妒77×8供、回水管道3．2km。在杏V一1聯合站新
建升壓泵房(內設供水泵2臺Q=400m3／h、H=
50m)向熱源站提供含油污水，日供水量9600m3，
來水35℃、回水23℃。
3)熱泵機組及設施選型。
選用4臺1915kw、I臺445kW超高溫熱泵機
組，冬季5臺熱泵機組全部運行，夏季運行1臺
1915kw熱泵機組制冷，1臺445kW熱泵機組供
熱。并配備循環水泵、中間水循環泵、補水泵、生水
泵、生活熱水泵共計12臺，電加熱器、板式換熱器、
雙級軟化水裝置共6套，100m3熱水罐、生水罐、軟
化水罐各1座。
萬方數據
節能
ENERGY CONSERVAlrl0N
2013年第10期
(總第373期)
圖1熱泵技術供暖工藝流程框圖
4)供配電。
熱泵機組新增用電負荷2227kW由杏V．1變
35／6kV變電所供電。熱源站新建外附式變電站1
座，內設變壓器2臺(6．3／0．4kV、1600kVA)，引自
杏V．1變電所2回6kV架空敷設LJ一150型線路
3．2km，并配備相應低壓配電屏、照明配電箱7面。
5)供暖外管網。
新建埋地擔19 X 7黃夾克保溫采暖管道
3km、架空咖159×6巖棉保溫采暖管道9．5km。
6)建筑部分。
新建總建筑面積為714m2，包括升壓泵房、熱
泵房、水處理及水泵問、值班控制室、化驗室鹽庫
等；新建6m寬道路40m，水泥地坪場地300m2。
3節能效果分析
采油五廠作業大隊、生產維修大隊采用熱泵技
術供熱、制冷改造工程于2009年投產運行，幾年來
取得了良好的經濟效益和社會效益。工程建設投
資2900萬元，年運行成本453．9萬元，采用熱泵技
術方案與原鍋爐運行方案相對比，每年節約原油
2523萬t、天然氣72．4萬m3、多耗電624．4萬
kWh，熱泵技術運行方案比原燃油鍋爐運行方案每
年節約標準煤3813．8t。能源消耗對比如表2所示。
表2能源消耗對比表
天然氣／萬m，翥霎50
22．4
—50
—22．4
折合標準煤／t
物耗按原油3156 Y-t／t，天然氣1．21影m3，電
0．5473元_／kWh計算，改造后采用熱泵技術方案比
原燃油鍋爐運行方案僅燃料費一項每年就節約
544．97萬元，達到了預期的節能效果和良好的經
濟效益。
4結語
1)大慶油田采油五廠作業大隊、生產維修大
隊采用熱泵技術供熱、制冷改造工程利用油田污水
余熱提取后提供供暖、制冷，替代燃油氣鍋爐，符合
國家鼓勵的節能減排技術發展方向。能源利用效
率高，熱泵式加熱系統的一次能源利用效率與原有
的鍋爐相比可提高50％以上；可轉變或改善高品
質礦物燃料能源用于低品質用途的不合理的現狀，
每年節約了大量寶貴的原油和天然氣。
2)熱泵技術成熟、安全可靠，系統建成后運行
穩定，易于推廣應用。雖然工程建設一次性投資比
鍋爐或常規加熱爐高，但運行成本費用低，可以通
過節約運行費用在短時間內收回初期投資。
3)有利低碳生產和環境保護，其效果顯著。
熱泵式加熱系統沒有礦物燃料的燃燒過程，廢氣的
排放量大幅度降低；系統在充分利用了含油污水余
熱的前提下，降低了含油污水的溫度，減少了含油
污水對環境的熱污染，具有明顯的環保優勢。
4)熱泵式加熱系統適用于電力來源充足和方
便的工作環境和場合，這在油田的主要站場上都是
可以得到保證的。
5)有條件的油田企業在充分做好技術經濟方
案比選論證的基礎上，在資金、技術、管理上給予扶
持和激勵政策導向，利用熱泵技術回收油田采出污
萬方數據
2013年第10期
(總第373期)
節能
ENERGY CONSERVATION ．-——43．-——
水余熱用于油田生產、生活供熱和制冷的前景是可
觀的。
參考文獻
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設回收熱電廠循環冷卻水低溫熱量供暖工程可行性研
究報告[R]．北京中陸石油工程咨詢公司、山東富爾達
空調設備有限公司，2005．
[2]于宏新，李志峰，楊光，等．熱泵替代原油加熱爐進行污
水處理[J]．油氣田地面工程，2010，(5)：67—68．
[3]大慶油田有限責任公司油田建設設計研究院．大慶油
田地熱(余熱)資源2008—2010年綜合利用規劃[R]．
2008．06，
[4]CJJ34～2002，城市熱力管網設計規范[s]．
作者簡介：惠喜強(1971一)，男，遼寧開原人，大學，工程
師，從事管道施工工藝、石油節能設備研究工作。
收稿日期：2013—05—08；修回日期：2013—08—08
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