趙立新（中國石油天然氣集團公司西北油田節(jié)能監(jiān)測中心）

油田生產(chǎn)冬季保溫需求相對較大，生產(chǎn)站場大都采用蒸汽采暖方式，采暖蒸汽量可以達到60.7×104t。所用蒸汽為生產(chǎn)用高溫、高壓蒸汽，存在能耗高、熱能利用率低、管理難度大、不安全等缺點。為確保油田站場采暖選用合適的采暖方式，合理控制降低采暖能耗，經(jīng)過對站場采暖技術(shù)的對比分析，總結(jié)各項采暖技術(shù)的優(yōu)缺點及適應(yīng)性，為今后站場采暖改造工作提出了指導性意見。

1 油田稠油生產(chǎn)站場采暖技術(shù)分析

油田稠油生產(chǎn)站場主要分為三類：稠油處理站與污水處理站、供熱站、采油計量站。每一類站場的熱能來源、熱能品質(zhì)及采暖方式各不相同。

1.1 供熱站蒸汽采暖

早期的油田稠油站場采暖工藝設(shè)計均為蒸汽采暖，即以注汽鍋爐生產(chǎn)的高溫高壓蒸汽為熱源，在站內(nèi)經(jīng)兩級減壓后（降至0.4～0.6 MPa）進入站內(nèi)采暖系統(tǒng)，散熱后的蒸汽凝結(jié)成水，凝結(jié)水經(jīng)疏水閥進入回水系統(tǒng)，由回水管網(wǎng)排入排空池，經(jīng)一次循環(huán)后直接外排。

1.2 蒸汽加熱采暖技術(shù)

1.2.1 蒸汽換熱

注汽管線換熱是通過在鍋爐蒸汽出口管線上安裝1 臺夾套式換熱裝置，將換熱裝置內(nèi)的水加熱并利用循環(huán)泵對站區(qū)進行供暖。

1.2.2 蒸汽自動摻熱

蒸汽自動摻熱是采用直混式蒸汽相變加熱器加熱循環(huán)水，將蒸汽摻入到加熱罐中冷凝，凝結(jié)水與熱網(wǎng)水混合，進行直接接觸式換熱。該換熱方式可解決結(jié)垢及凝結(jié)水回收問題[1]，工藝流程見圖1。

圖1 蒸汽自動摻熱采暖系統(tǒng)流程

1.2.3 汽動加熱

汽動加熱是利用蒸汽經(jīng)過噴嘴膨脹后形成的高速汽流作為動力源（圖2），在變截面混合腔中與低壓水流直接接觸后形成超音速的汽液兩相流，在流動受阻塞時產(chǎn)生凝結(jié)激波，實現(xiàn)冷水的升壓和加熱[2]。

1.3 污水余熱利用采暖技術(shù)

1.3.1 稠油處理站污水熱泵采暖

稠油處理時將會產(chǎn)生大量高溫含油污水，經(jīng)處理達標后才能回用或排放，其溫度在40～50℃之間。利用熱泵采暖既能回收部分低品位熱量，又能達到冬季供暖的目的。目前熱泵采暖包括壓縮式熱泵采暖和溴化鋰吸收式熱泵采暖。

圖2 汽動加熱原理

圖3 壓縮式熱泵工作原理

1）壓縮式熱泵。其工作原理為逆卡諾循環(huán)原理，通過消耗一部分外界能量（如電能）把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以提取，再通過傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進行利用，裝置所消耗的功僅為輸出功的一小部分。因此，采用熱泵采暖可以節(jié)約大量高品位能源。

熱泵性能一般用COP（能效比）來評價，壓縮式熱泵的COP 一般在3～6 左右[3]。壓縮式熱泵工作原理見圖3。

2） 溴化鋰吸收式熱泵。它是以天然氣、蒸汽、高溫水等為驅(qū)動熱源，吸收低品位熱源的熱量，制取較高溫度的熱水，實現(xiàn)由低溫向高溫進行熱量傳遞的設(shè)備[4]。其工作原理見圖4。

圖4 直燃型溴化鋰吸收式熱泵工作原理

在實際應(yīng)用中，熱泵采暖是通過吸收污水中的余熱制取高溫采暖水，可代替熱水鍋爐供暖，達到節(jié)能減排的目的。吸收式增熱型熱泵機組的COP 可達到1.8，節(jié)能效果顯著。

1.3.2 污水處理站高溫凈化污水采暖

1）高溫凈化污水直接采暖。在稠油生產(chǎn)的采出液中含有大量高溫污水，將這部分污水分離、凈化、軟化后，可以作為供熱站生產(chǎn)蒸汽的給水水源；并且由于這部分高溫軟化污水的溫度較高，可以代替蒸汽直接用于采暖。

2）高溫凈化污水換熱采暖。雖然高溫采出水（溫度大于80 ℃）達到直接供暖要求，但考慮到凈化污水中可能含有H2S 氣體，直接用于采暖系統(tǒng)存在一定的安全隱患，因此采用間接換熱的供熱形式。其工藝流程見圖5。

圖5 高溫污水換熱采暖工藝流程

對于水溫介于65～75 ℃的高溫污水，換熱后的溫度達不到常規(guī)采暖溫度，采用風機進行強制對流散熱，能適應(yīng)低溫介質(zhì)進行采暖，一般要求水溫在55～65 ℃之間即可滿足采暖要求。

3）熱管換熱器加熱污水采暖。利用熱管換熱器加熱回用的軟化污水，并使軟化污水在原保溫系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。該采暖技術(shù)適用于軟化污水溫度不能滿足采暖要求的場所。其工藝流程為：將來自污水處理站的凈化污水輸送到供熱站注汽鍋爐，在注汽鍋爐煙氣熱管換熱器的熱水出口處加裝1 條管線，再將經(jīng)熱管換熱器加熱的污水來液通過增壓泵送到供暖系統(tǒng)中，經(jīng)供暖系統(tǒng)循環(huán)后輸至柱塞泵進口處，以繼續(xù)用于生產(chǎn)之中（圖6）。

圖6 利用熱管換熱器加熱污水采暖工藝流程

1.4 采油計量站采出液余熱利用采暖技術(shù)

1.4.1 高溫采出液換熱采暖

采用換熱器將高溫采出液與軟化清水換熱，加熱后的軟化清水作為采暖介質(zhì)，用泵加壓循環(huán)至各計量站，可取代蒸汽取暖。其工藝流程見圖7。

圖7 高溫采出液換熱采暖工藝流程

高溫采出液換熱采暖技術(shù)改造中采用的換熱器類型有螺旋板式、寬流道板式和盤管式三種。

1）螺旋板式換熱器。它是用兩張平行的金屬板卷制成的兩個螺旋形通道，冷熱流體之間通過螺旋板壁進行換熱的換熱器[5]。采用螺旋板式換熱器，需在室外建設(shè)彩板房對換熱器及管道泵進行保溫。在現(xiàn)場實際使用中發(fā)現(xiàn)，由于高溫采出液中雜質(zhì)較多，導致?lián)Q熱器部分堵塞影響換熱效果，值守站室內(nèi)溫度僅有15 ℃，達不到野外值守站的室內(nèi)要求溫度。

2）寬流道板式換熱器。它采用粗波紋結(jié)構(gòu)設(shè)計，板片外廓基本由水平波紋構(gòu)成，介質(zhì)可以無限制地流過板片的換熱表面而不發(fā)生堵塞現(xiàn)象。采用寬流道板式換熱器，需在室外建設(shè)彩板房對換熱器及管道泵進行保溫。在現(xiàn)場實際使用中發(fā)現(xiàn)，該換熱器適應(yīng)性較差，采出液中油稠、含砂量大，容易導致熱源管網(wǎng)及設(shè)備發(fā)生刺漏和堵塞事故，后期維護運行工作量大。

3） 盤管式換熱器。在站區(qū)生活水罐上焊接進、出水口管線，出水口連接管道泵，管線以盤管的方式纏繞在緩沖罐外壁上，并涂覆導熱膠泥；利用緩沖罐熱量傳導換熱對管線中的水加熱來對站區(qū)供暖，最后回水至生活用水灌（圖8）。該供暖方式工藝流程相對簡單，管理方便，采暖換熱效果較好；可同時對站區(qū)生活水進行保溫，暖氣進水溫度達75 ℃，還可實現(xiàn)生活用水全天候保溫。

圖8 盤管式換熱器

1.4.2 采出液直接采暖

油井采出液溫度一般在60～110℃之間，滿足計量站采暖要求，適用于兩級布站模式的計量站。單井采出液進計量間后可混合進集油罐，其工藝流程見圖9。

該采暖技術(shù)具有單井或多井同時改入保溫系統(tǒng)的不同方式，其溫度可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)；同時還具有投資少、功能性強、操作簡單等優(yōu)勢，經(jīng)濟效益可觀。但由于油井采出液可能含有H2S，存在一定的安全隱患，更適合無人值守巡檢計量站，并應(yīng)定期檢測采暖系統(tǒng)壁厚。

2 采暖技術(shù)評價

通過多種形式采暖工藝的現(xiàn)場應(yīng)用，對比各項采暖技術(shù)優(yōu)缺點，綜合評價各項采暖技術(shù)后，得出各項采暖技術(shù)綜合分析結(jié)果，如表1 所示。

3 稠油站場采暖技術(shù)優(yōu)選

綜合分析油田稠油生產(chǎn)站場及各類采暖技術(shù)的適應(yīng)性，形成以下初步結(jié)論：

1）稠油處理站與污水處理站采暖。其共同特點是都有大量的低品位余熱利用資源可應(yīng)用；根據(jù)污水溫度和采暖負荷等情況，可選擇熱泵余熱采暖技術(shù)、高溫污水換熱與強制對流結(jié)合采暖技術(shù)。

2）供熱站采暖。對于沒有回用污水余熱利用資源的供熱站，可采用蒸汽加熱采暖技術(shù)進行改造。對于已進行高溫回用污水改造的供熱站，在不影響鍋爐安全運行的情況下，可進行熱泵余熱利用采暖技術(shù)改造，也可進行蒸汽加熱采暖技術(shù)改造。

圖9 采出液直接供暖流程示意圖

表1 各項采暖技術(shù)的優(yōu)缺點和綜合評價

3）各采油計量站?？煞譃橹行挠嬃空九c托管計量站，中心計量站可供操作人員值班與休息，托管計量站無人值守，操作人員只進行現(xiàn)場操作，操作完畢后則回中心計量站。考慮到安全因素，在中心計量站應(yīng)考慮選用高溫采出液換熱采暖技術(shù)，無人值守計量站可根據(jù)采出液溫度選擇采出液換熱采暖或直接采暖技術(shù)。

根據(jù)已完成改造的21 座稠油站場6 類采暖技術(shù)的檢測結(jié)果，對各種采暖技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟效益做了對比（表2）。

表2 不同采暖技術(shù)的應(yīng)用綜合效果

根據(jù)各種采暖技術(shù)的應(yīng)用條件及其安全性和經(jīng)濟效益的綜合比較，得出不同類型稠油站場采暖改造和新建稠油站場采暖工藝設(shè)計的依據(jù)（表3）。

4 結(jié)論

由于油田生產(chǎn)現(xiàn)場實施的各類采暖方式的技術(shù)特點、使用條件、使用效果和經(jīng)濟效益各不相同并各有特征，因此，各類采暖技術(shù)在生產(chǎn)現(xiàn)場都有自己的適用范圍。特別是稠油處理站與污水處理站、供熱站、采油計量站的生產(chǎn)環(huán)境、余熱資源差別較大，設(shè)計單位應(yīng)在采暖技術(shù)及采暖方式的選擇上切合實際，選擇最佳的技術(shù)和方式。