侯立泉 向軍 崔靜濤（中國(guó)石油大港油田公司）

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

大港油田第三采油廠集輸作業(yè)區(qū)棗一聯(lián)合站負(fù)責(zé)棗園油田的原油脫水和污水處理以及采油廠原油加壓外輸?shù)热蝿?wù)。建有原油處理系統(tǒng)、回注污水處理系統(tǒng)及注水系統(tǒng)。站內(nèi)加熱系統(tǒng)建有6臺(tái)加熱爐，分別用于脫水、外輸、摻水以及冬季采暖，燃料為天然氣及原油。冬季最高負(fù)荷為4484 kW，加熱所用的燃料為油田伴生氣及成品原油，平均日耗天然氣4500 m3(標(biāo)況)，年耗天然氣164.3×104m3(標(biāo)況)，平均日耗原油3.6 t，年耗油1314 t。

1）原油處理系統(tǒng)。系統(tǒng)來(lái)液首先進(jìn)入分離緩沖罐脫氣，然后進(jìn)入沉降罐沉降脫水，脫出的污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)及摻水系統(tǒng)，沉降后低含水原油經(jīng)加熱爐加熱后進(jìn)行脫水，脫水原油進(jìn)入原油儲(chǔ)罐，經(jīng)外輸泵提壓后輸往孔一聯(lián)合站。

棗園油田油田部分區(qū)塊采用摻水方式集輸，利用加熱爐將污水溫度從43℃提升到73℃回?fù)?。棗一?lián)合站冬季對(duì)生產(chǎn)區(qū)值班室、輔助廠房、作業(yè)一區(qū)及作業(yè)二區(qū)辦公樓等區(qū)域采用加熱爐進(jìn)行供暖。

2）污水處理系統(tǒng)。棗一聯(lián)合站污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為7200 m3/d，目前實(shí)際處理量3840 m3/d。

3）存在問(wèn)題。燃料消耗量大，運(yùn)行成本高。棗一聯(lián)合站冬季熱負(fù)荷共有4484 kW，消耗的燃料主要為油田伴生氣和原油，棗一聯(lián)合站加熱系統(tǒng)年消耗天然氣164.3×104m3(標(biāo)況)，耗原油1314 t，耗電23×104kWh；大量回注污水的余熱未經(jīng)利用，存在熱能浪費(fèi)。棗一聯(lián)合站目前污水處理量為3840 m3/d，其溫度約為44～50℃。這部分污水每降低1℃，可以釋放出的186 kW的熱能，蘊(yùn)含著大量熱能的污水未經(jīng)利用就直接用于回注，存在熱能浪費(fèi)問(wèn)題。

2 水源熱泵原理

水源熱泵機(jī)組根據(jù)驅(qū)動(dòng)源的不同分為吸收式水源熱泵和壓縮式水源熱泵，其中吸收式水源熱泵以蒸汽或天然氣等為驅(qū)動(dòng)源，壓縮式水源熱泵以電能驅(qū)動(dòng)[1]。吸收式水源熱泵原理如下：

溴化鋰吸收式熱泵是以溴化鋰溶液為吸收劑，以水為制冷劑，利用水在高真空下蒸發(fā)吸熱達(dá)到吸收低溫?zé)嵩礋崮艿哪康?。溴化鋰吸收式熱泵主要是由吸收器、發(fā)生器、冷凝器和蒸發(fā)器四部分組成的。吸收式熱泵原理示意見(jiàn)圖1。

圖1 吸收式熱泵原理示意

吸收式熱泵在以天然氣為驅(qū)動(dòng)源時(shí)，天然氣燃燒放出的熱量在發(fā)生器內(nèi)加熱溴化鋰稀溶液產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽進(jìn)入冷凝器放出熱量，冷凝成液體后進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器低溫低壓環(huán)境下吸收熱源水的熱量蒸發(fā)，這部分低溫低壓蒸汽進(jìn)入高壓的吸收器中絕熱壓縮，溫度升高后被吸收，然后進(jìn)入發(fā)生器進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)[2]。

水源熱泵的輸出溫度取決于熱源水溫度的高低，一般來(lái)說(shuō)，被加熱介質(zhì)的最高溫度可以高于熱源水出口溫度40℃左右。

3 改造方案

新建4000 kW燃?xì)庑臀帐綗岜茫–OP=1.9），吸收式熱泵以站內(nèi)天然氣為動(dòng)力，從回注污水中提取余熱，為站內(nèi)原油脫水、摻水加熱及冬季供暖提供熱量3523 kW。利舊現(xiàn)有的燃油型加熱爐1臺(tái)，用于冬季原油脫水部分用熱需求。加熱爐提供熱值為961 kW，經(jīng)計(jì)算消耗原油量約1.78 t/d。

配套設(shè)施主要有熱源污水板式換熱器1具、加熱介質(zhì)用列管式換熱器2具、采暖板式換熱器1具、循環(huán)水泵6臺(tái)、多功能水處理裝置1套等。同時(shí)配套熱媒水、中介水系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置，用于顯示各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)的采集和控制，并在系統(tǒng)故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

4 應(yīng)用情況及效果

4.1 應(yīng)用情況

該項(xiàng)目采取EPC總承包模式，由廊坊管道局大港設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工。該項(xiàng)目于2017年6月正式投運(yùn)，過(guò)濾后的污水經(jīng)過(guò)兩具板式換熱器將余熱傳遞給中介循環(huán)水，以站內(nèi)天然氣為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)燃?xì)庑臀帐綗岜?，從中介循環(huán)水系統(tǒng)提取熱量傳遞至循環(huán)熱水系統(tǒng)，循環(huán)熱水再通過(guò)兩具列管式換熱器及1具板式換熱器，分別與摻水系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)及采暖系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，為站內(nèi)原油脫水、摻水加熱及冬季供暖提供熱量，油水介質(zhì)受熱溫度升高，可以滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)要求。原摻水、脫水、采暖加熱爐停運(yùn)備用。

4.2 節(jié)能效果

應(yīng)用熱泵技術(shù)改造前，加熱系統(tǒng)能源消耗總量為3 045.2 kWh，均由加熱爐燃燒天然氣和燃油提供；改造后，加熱系統(tǒng)能源消耗總量為3014.65kWh，其中1829.5kWh由天然氣及電力提供，1185.15kWh由污水余熱提供，熱泵系統(tǒng)節(jié)能率為39.91%。

改造前后對(duì)比，天然氣消耗減少2661 m3/d。富余天然氣經(jīng)過(guò)壓縮，拉運(yùn)至官二期聯(lián)合站進(jìn)行發(fā)電，日增加發(fā)電量7983 kWh。年節(jié)天然氣79.95 × 104m3， 折 合 1 063.3 t(標(biāo) 煤)； 可 發(fā) 電239.8×104kWh，折合電費(fèi)196萬(wàn)元。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）熱泵系統(tǒng)與加熱爐供熱系統(tǒng)相比，具有更高的熱利用效率，同時(shí)熱泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)中低品質(zhì)熱能的回收，并應(yīng)用于油田生產(chǎn)，由于減少了加熱爐數(shù)量，相應(yīng)地減少了煙塵和氮氧化物的排放，節(jié)能減排效果顯著。

2）水源熱泵技術(shù)在油田的應(yīng)用，需要有充足的低溫污水作為熱源和連續(xù)的油田伴生氣作為熱泵的驅(qū)動(dòng)源，在應(yīng)用熱泵技術(shù)的前期調(diào)研中要對(duì)這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)做好前瞻性預(yù)測(cè)。

3）列管式與板式換熱器是熱泵系統(tǒng)中熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備之一。換熱器的換熱面積大小決定了換熱效果，在換熱器的選型和換熱面積計(jì)算時(shí)，要充分做好介質(zhì)需熱量和換熱面積的匹配，其換熱量嚴(yán)格按所提參數(shù)計(jì)算，同時(shí)應(yīng)留有不少于15%的富裕量。

4）熱泵技術(shù)作為一項(xiàng)新工藝新技術(shù)在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)充分考慮本油田特點(diǎn)，如聯(lián)合站生產(chǎn)工藝、產(chǎn)出水的溫度、礦化度等，應(yīng)因地制宜地采取相應(yīng)措施，以提高該工藝的適應(yīng)性。此外，為確保污水熱源泵安全穩(wěn)定運(yùn)行，可適當(dāng)保留部分加熱工藝，作為熱泵檢修時(shí)的備用工藝[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐麗萍.余熱利用技術(shù)[C]//石油石化企業(yè)節(jié)能節(jié)水管理.北京：石油工業(yè)出版社，2003：171-179.

[2]賈振航，翟克俊，徐仁武，等.節(jié)能減排培訓(xùn)教材節(jié)能技術(shù)篇[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008：49-61.

[3]姬瑞，鄒曉燕，張祖峰，等.污水源熱泵節(jié)能工程[C]//油氣田節(jié)能.北京：石油工業(yè)出版社，2015：582-592.