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熱泵回收污水余熱技術(shù)在油田采暖中的應(yīng)用

文檔作者：惠喜強(qiáng)1 包新善2 惠剛1 辛禮印3 王德發(fā)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(dá)空調(diào)設(shè)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(guī)劃總院 4．山東東方海洋科技股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月16日
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節(jié)能
ENERGY CoNSERVATl0N
2013年第10期
(總第373期)
熱泵回收污水余熱技術(shù)在油田采暖中的應(yīng)用
惠喜強(qiáng)1，包新善2，惠剛1。辛禮印3。王德發(fā)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(dá)空調(diào)設(shè)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(guī)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(tái)264003)
摘要：每年油田開采會(huì)產(chǎn)生大量的含油污水，污水溫度大部分在35—45℃范圍內(nèi)，這些采出污水經(jīng)過
處理后，直接用于油田注水開發(fā)或地面存放自然蒸發(fā)，既浪費(fèi)了大量的熱資源，又對周圍環(huán)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(shù)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(diào)生
產(chǎn)實(shí)踐，并進(jìn)行了投資和經(jīng)濟(jì)效益分析。
關(guān)鍵詞：油田污水余熱；熱泵技術(shù)；供熱制冷；應(yīng)用實(shí)踐；效益分析
中圖分類號：X741文獻(xiàn)標(biāo)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(shí)期以來，隨著國內(nèi)主力油田進(jìn)入中
后期開發(fā)，原油生產(chǎn)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(chǎn)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(yùn)含著大量的熱能，
例如遼河油田稠油污水溫度可以達(dá)到70℃，大慶
等常規(guī)油田采出污水溫度一般在35—45℃，這些
采出污水經(jīng)過處理后，直接用于油田注水開發(fā)或存
放使之自然蒸發(fā)，既浪費(fèi)了大量的熱資源，又對周
圍環(huán)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?shù)壬a(chǎn)過程中卻需要大
量的熱能，諸多的加熱過程需要耗費(fèi)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(dá)到1800余臺(tái)、加熱爐12000臺(tái)左右，這些加熱
設(shè)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(biāo)煤。
含油污水中的能量具有品位較低、水中成分復(fù)
雜等特點(diǎn)。如何回收利用這部分熱能來為油田生
產(chǎn)和生活服務(wù)，實(shí)現(xiàn)變害為寶、保護(hù)環(huán)境、造福社會(huì)
是人們一直關(guān)注的問題。大慶油田采油五廠作業(yè)
大隊(duì)、生產(chǎn)維修大隊(duì)采用熱泵技術(shù)回收含油污水的
余熱用于供暖、制冷項(xiàng)目的實(shí)施，是一個(gè)降低油、氣
能源消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高能源利用效率的成
功實(shí)踐。
1采用熱泵技術(shù)供暖前存在的問題
采油五廠作業(yè)大隊(duì)、生產(chǎn)維修大隊(duì)分別建于1980
年、1982年，兩個(gè)大隊(duì)場區(qū)內(nèi)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(jì)建筑面積分別為458401112、16044m2。
兩個(gè)大隊(duì)場區(qū)各建1座鍋爐房，主要承擔(dān)著相
應(yīng)大隊(duì)冬季供暖以及作業(yè)工浴室、洗衣間供熱水任
務(wù)。作業(yè)大隊(duì)鍋爐房擁有鍋爐4臺(tái)，其中燃油熱水
鍋爐2臺(tái)，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(tái)、燃油蒸汽鍋爐1
臺(tái)，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(yùn)行1臺(tái)熱水鍋
爐、1臺(tái)蒸汽鍋爐；生產(chǎn)維修大隊(duì)鍋爐房擁有鍋爐3
臺(tái)，其中熱水鍋爐2臺(tái)，供熱能力為8．4MW，蒸汽
鍋爐1臺(tái)，供熱能力為6t／h，燃料為原油。冬季運(yùn)
行1臺(tái)熱水鍋爐、1臺(tái)蒸汽鍋爐；供熱參數(shù)均為
80。c／60。C熱水。
萬方數(shù)據(jù)
2013年第10期
(總第373期)
節(jié)能
ENERGY CONSERVAlⅡON
主要存在的問題有如下幾個(gè)方面：
I)鍋爐外殼腐蝕嚴(yán)重，保溫層多處損壞，燃燒
器結(jié)焦嚴(yán)重，爐體內(nèi)部漏水，鍋爐熱效率低，循環(huán)泵
以及補(bǔ)水泵已運(yùn)行20多年，老化嚴(yán)重，維修困難。
2)作業(yè)大隊(duì)鍋爐房4’爐經(jīng)鍋爐檢驗(yàn)所檢測，
爐管嚴(yán)重變形，已定為報(bào)廢鍋爐，當(dāng)34爐出現(xiàn)故障
時(shí)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(dòng)力電纜由于長時(shí)間運(yùn)行，已嚴(yán)重老化，經(jīng)常出
現(xiàn)故障，維護(hù)工作量大；自動(dòng)點(diǎn)火及熄火保護(hù)裝置
是多個(gè)廠家生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量及售后服務(wù)不一致，管理
難度較大，存在運(yùn)行不可靠及報(bào)警不正常等問題。
2供熱、制冷方案的選擇
采暖改造將作業(yè)大隊(duì)與生產(chǎn)維修大隊(duì)供熱、制
案做出綜合對比分析，通過分析得出熱泵技術(shù)方案
投資高于加熱爐方案，但年運(yùn)行成本和十年凈現(xiàn)值
指標(biāo)數(shù)據(jù)都低于加熱爐方案，且管理方便，故推薦
采用熱泵技術(shù)方案。
2．1熱負(fù)荷計(jì)算
兩個(gè)大隊(duì)計(jì)算采暖面積合計(jì)為65075m2。按
照建筑性質(zhì)不同，根據(jù)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市熱力網(wǎng)
設(shè)計(jì)規(guī)范)CJJ34—2002推薦值，采暖熱指標(biāo)分別取
80—180W／m2，制冷指標(biāo)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(fù)荷為
7963kW(包括規(guī)劃預(yù)留1925kW)、制冷負(fù)荷
1780kW。供熱負(fù)荷和制冷負(fù)荷計(jì)算如表1所示。
2．2熱泵機(jī)組供熱、制冷技術(shù)方案的實(shí)施
熱源站選址位于作業(yè)大隊(duì)廠區(qū)的西北側(cè)，利用
杏V一1聯(lián)合站油田回注水，采用熱泵機(jī)組冬季供熱、
冷統(tǒng)一考慮，對采用熱泵技術(shù)和燃?xì)饧訜釥t技術(shù)方夏季制冷，并對兩個(gè)大隊(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行整合改造。
表1供熱負(fù)荷和制冷負(fù)荷計(jì)算表
1)工藝流程。
冬季采暖：35℃的含油污水經(jīng)污水泵升壓后進(jìn)
入熱泵機(jī)組蒸發(fā)器釋放熱能，溫度降至23℃再回
到杏V—l聯(lián)合站。60℃的采暖回水進(jìn)入熱泵機(jī)組
冷凝器吸熱后，溫度升至80℃送至采暖系統(tǒng)供熱。
熱泵技術(shù)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(jī)組蒸發(fā)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(jī)組冷凝器吸熱后，溫度升至50℃后
進(jìn)入制冷換熱器，在制冷換熱器散熱溫度降至
45℃后回?zé)岜脵C(jī)組冷凝器循環(huán)使用。35℃的含油
污水經(jīng)污水泵升壓后，進(jìn)入制冷換熱器，吸熱后溫
度升至40℃返回杏V—l聯(lián)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(gè)回路，一路直接送至
浴池；另一路經(jīng)電加熱器加熱至踟℃后送至洗衣間。
2)低溫?zé)嵩?含油污水)、供水管道及升壓泵。
杏V-1聯(lián)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(lián)合站新
建升壓泵房(內(nèi)設(shè)供水泵2臺(tái)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(jī)組及設(shè)施選型。
選用4臺(tái)1915kw、I臺(tái)445kW超高溫?zé)岜脵C(jī)
組，冬季5臺(tái)熱泵機(jī)組全部運(yùn)行，夏季運(yùn)行1臺(tái)
1915kw熱泵機(jī)組制冷，1臺(tái)445kW熱泵機(jī)組供
熱。并配備循環(huán)水泵、中間水循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、生水
泵、生活熱水泵共計(jì)12臺(tái)，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(shù)據(jù)
節(jié)能
ENERGY CONSERVAlrl0N
2013年第10期
(總第373期)
圖1熱泵技術(shù)供暖工藝流程框圖
4)供配電。
熱泵機(jī)組新增用電負(fù)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(nèi)設(shè)變壓器2臺(tái)(6．3／0．4kV、1600kVA)，引自
杏V．1變電所2回6kV架空敷設(shè)LJ一150型線路
3．2km，并配備相應(yīng)低壓配電屏、照明配電箱7面。
5)供暖外管網(wǎng)。
新建埋地?fù)?dān)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(yàn)室鹽庫
等；新建6m寬道路40m，水泥地坪場地300m2。
3節(jié)能效果分析
采油五廠作業(yè)大隊(duì)、生產(chǎn)維修大隊(duì)采用熱泵技
術(shù)供熱、制冷改造工程于2009年投產(chǎn)運(yùn)行，幾年來
取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。工程建設(shè)投
資2900萬元，年運(yùn)行成本453．9萬元，采用熱泵技
術(shù)方案與原鍋爐運(yùn)行方案相對比，每年節(jié)約原油
2523萬t、天然氣72．4萬m3、多耗電624．4萬
kWh，熱泵技術(shù)運(yùn)行方案比原燃油鍋爐運(yùn)行方案每
年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)煤／t
物耗按原油3156 Y-t／t，天然氣1．21影m3，電
0．5473元_／kWh計(jì)算，改造后采用熱泵技術(shù)方案比
原燃油鍋爐運(yùn)行方案僅燃料費(fèi)一項(xiàng)每年就節(jié)約
544．97萬元，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果和良好的經(jīng)
濟(jì)效益。
4結(jié)語
1)大慶油田采油五廠作業(yè)大隊(duì)、生產(chǎn)維修大
隊(duì)采用熱泵技術(shù)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(lì)的節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展方向。能源利用效
率高，熱泵式加熱系統(tǒng)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(zhuǎn)變或改善高品
質(zhì)礦物燃料能源用于低品質(zhì)用途的不合理的現(xiàn)狀，
每年節(jié)約了大量寶貴的原油和天然氣。
2)熱泵技術(shù)成熟、安全可靠，系統(tǒng)建成后運(yùn)行
穩(wěn)定，易于推廣應(yīng)用。雖然工程建設(shè)一次性投資比
鍋爐或常規(guī)加熱爐高，但運(yùn)行成本費(fèi)用低，可以通
過節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用在短時(shí)間內(nèi)收回初期投資。
3)有利低碳生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)，其效果顯著。
熱泵式加熱系統(tǒng)沒有礦物燃料的燃燒過程，廢氣的
排放量大幅度降低；系統(tǒng)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(huán)境的熱污染，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢。
4)熱泵式加熱系統(tǒng)適用于電力來源充足和方
便的工作環(huán)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(yè)在充分做好技術(shù)經(jīng)濟(jì)方
案比選論證的基礎(chǔ)上，在資金、技術(shù)、管理上給予扶
持和激勵(lì)政策導(dǎo)向，利用熱泵技術(shù)回收油田采出污
萬方數(shù)據(jù)
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節(jié)能
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水余熱用于油田生產(chǎn)、生活供熱和制冷的前景是可
觀的。
參考文獻(xiàn)
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設(shè)回收熱電廠循環(huán)冷卻水低溫?zé)崃抗┡こ炭尚行匝?
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2008．06，
[4]CJJ34～2002，城市熱力管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范[s]．
作者簡介：惠喜強(qiáng)(1971一)，男，遼寧開原人，大學(xué)，工程
師，從事管道施工工藝、石油節(jié)能設(shè)備研究工作。
收稿日期：2013—05—08；修回日期：2013—08—08
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