直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵的應(yīng)用與節(jié)能效果分析

朱健張鋼吳忠勝 李玉紅 趙瑛

（1.華北油田公司生產(chǎn)運(yùn)行處；2.大慶油田公司井下作業(yè)分公司；3.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠作業(yè)大隊(duì)；4.天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵的應(yīng)用與節(jié)能效果分析

朱健1張鋼1吳忠勝2李玉紅3趙瑛4

（1.華北油田公司生產(chǎn)運(yùn)行處；2.大慶油田公司井下作業(yè)分公司；3.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠作業(yè)大隊(duì)；4.天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

針對(duì)目前油田原油生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量污水余熱，以及原油加熱過程中大量的用熱需求，華北油田結(jié)合各聯(lián)合站低溫污水資源和生產(chǎn)過程能源利用現(xiàn)狀，加強(qiáng)地?zé)豳Y源的開發(fā)，替代原油、天然氣和原煤等其他燃料，提出了在任一聯(lián)合站利用直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵對(duì)污水余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行改造，有效利用原油分離水的熱量，提供中溫的聯(lián)合站辦公采暖和工藝用熱水。實(shí)踐證明直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵替代燃油鍋爐供熱項(xiàng)目取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

吸收式熱泵 溴化鋰 余熱利用 節(jié)能

華北油田第一采油廠任一聯(lián)聯(lián)合站位于河北省任丘市石門橋鎮(zhèn)西南，始建于1976年，建站之初，占地面積16×104m2，年處理能力達(dá)500×104t。1981年改造后規(guī)模為700×104t/a，具有原油凈化處理，伴生氣簡(jiǎn)易凈化，原油儲(chǔ)存、加熱、外輸，污水回注等功能。近年來，由于設(shè)備老化、工藝落后，致使大量污水回灌、污水溫度高、設(shè)備腐蝕加快。為了適應(yīng)新的生產(chǎn)要求，2009年簡(jiǎn)化工藝投產(chǎn)，17.5×104m3儲(chǔ)油罐增容項(xiàng)目實(shí)施，污水余熱回收系統(tǒng)改造、熱力系統(tǒng)改造等項(xiàng)目陸續(xù)展開以及直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵替代燃油鍋爐供熱項(xiàng)目在油田生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用。目前任一聯(lián)占地面積近24×104m2，設(shè)有外輸崗、供熱崗等9個(gè)崗位，共有員工59人，管理著設(shè)備設(shè)施80余臺(tái)套，其中儲(chǔ)油罐9具（1×104m3儲(chǔ)油罐3具，2×104m3儲(chǔ)油罐2具，2.5×104m3儲(chǔ)油罐1具，5×104m3儲(chǔ)油罐3具）。

1 直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵供熱系統(tǒng)

第一類溴化鋰吸收式熱泵采用熱能（如燃油、燃?xì)?、蒸汽、高溫?zé)崴龋?qū)動(dòng)，吸收低溫余熱源（如河水、原油分離水、城市下水處理水、海水和冷卻水、地下溫泉水等）的熱量，提供中溫的采暖或工藝用熱水。在高溫和低溫?zé)嵩吹臏囟葷M足要求的情況下，第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組的熱媒溫度可達(dá)100℃，而且第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組可以在20%～100%的負(fù)荷范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)節(jié)，且部分負(fù)荷的性能指數(shù)要高于滿負(fù)荷的性能指數(shù)。第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組主要應(yīng)用在有廢熱資源，而且有燃油、燃?xì)?、蒸汽、高溫?zé)崴闰?qū)動(dòng)熱源的場(chǎng)合[1,2]，具有單機(jī)容量較大（可達(dá)4 180×104kJ/h以上），熱水出口溫度高，變工況變負(fù)荷性能優(yōu)良等特點(diǎn)，且具有安全、節(jié)能、環(huán)保效益，符合國(guó)家有關(guān)能源利用方面的產(chǎn)業(yè)政策，是國(guó)家重點(diǎn)推廣的高新技術(shù)之一。

溴化鋰吸收式熱泵具有大溫差制熱特性，圖1為溴化鋰吸收式熱泵的升溫特性曲線[1]。從圖1可以看出吸收式熱泵的最大溫升可達(dá)60℃，這一特性特別適合“即熱式”供熱系統(tǒng)。同時(shí)圖1也給出了吸收式熱泵的允許運(yùn)轉(zhuǎn)工礦范圍。

制冷劑在發(fā)生器中由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)（圖2），吸取通入發(fā)生器的蒸汽等高溫?zé)嵩吹臒崃?，在蒸發(fā)器中由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，利用水在低壓區(qū)低溫沸騰吸熱，吸取通入蒸發(fā)器中廢熱水的低溫?zé)嵩礋崃?。制冷劑在吸收器和冷凝器中由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，放出熱量加熱通入吸收器和冷凝器中的采暖熱水使其溫度提高，供用熱場(chǎng)所使用。圖3、圖4所示分別為第一類溴化鋰吸收式熱泵原理示意圖和直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組流程圖。

2 項(xiàng)目應(yīng)用情況

項(xiàng)目針對(duì)可利用的污水廢熱源，選擇了2臺(tái)單機(jī)供熱量為2.91 MW的XRIYQⅡ-50/40-（65/85）直燃熱泵機(jī)組，利用油田伴生氣和原油雙燃料驅(qū)動(dòng)，替代過去原油加熱爐直接燃燒燃料制取熱水的做法，把40～50℃采油污水的余熱利用起來，將熱水溫度從65℃加熱到85℃，利用伴生氣和少量原油，為生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)和辦公區(qū)采暖提供熱力，以減少燃料油的消耗，任一聯(lián)合站第一類溴化鋰吸收式熱泵工藝流程見圖5。

HRH-I吸收式熱泵的能效比COP值，即獲得的工藝或采暖用熱媒熱量與為了維持機(jī)組運(yùn)行而需加入的高溫驅(qū)動(dòng)熱源熱量的比值，按工況的不同分別可達(dá)1.6～1.7。按常規(guī)直接加熱方式的熱效率90%計(jì)算，即COP值為0.9，采用HRH-I吸收式熱泵替代常規(guī)直接加熱方式在獲得工藝或采暖用熱媒熱量相同的條件下，可節(jié)省總?cè)剂舷牧康?4%～47%，節(jié)能效果顯著。

3 熱泵改造前耗能情況

任一聯(lián)合站承擔(dān)著華北油田第一采油廠任南作業(yè)區(qū)和南馬莊作業(yè)區(qū)的原油集中處理任務(wù)，總來液首先進(jìn)入2具一級(jí)三相分離器（原分離緩沖罐改造）進(jìn)行油、氣、水三相分離，之后原油通過增壓泵輸入儲(chǔ)油罐，最終通過外輸泵外輸送至任二聯(lián)原油罐區(qū)。脫出的污水輸送至污水處理廠。

任一聯(lián)合站日平均接收液量12 526 t，平均綜合含水93.9%，溫度在60～67℃之間；無需加熱脫水，脫后量平均每日650 t（進(jìn)入儲(chǔ)油罐），脫后原油密度（50℃）880.3 kg/m3，黏度（20℃）33.21 mPa·s，溫度在50～65℃之間；第三、第五采油廠來油平均每日2 700 t，來油溫度45℃，直接進(jìn)入儲(chǔ)油罐；儲(chǔ)油罐溫度通過維溫保持在50～55℃，外輸原油從儲(chǔ)油罐中抽出后，將原油溫度加熱到55～65℃外輸，日平均外輸原油3 600 t，平均輸油壓力1.25 MPa，末點(diǎn)溫度45℃，末點(diǎn)壓力0.3 MPa。

原任一聯(lián)合站冬季需要啟2臺(tái)鍋爐（4 t/h）采暖，并給儲(chǔ)油罐維溫，同時(shí)需要啟1臺(tái)2 320 kW加熱爐給外輸原油加熱；夏季只啟1臺(tái)2 320 kW加熱爐給外輸原油加熱，加熱爐燃料為任一聯(lián)合站原油伴生氣。任一聯(lián)合站蒸汽鍋爐4臺(tái)（改造前），每年10月至次年4月運(yùn)行1～2臺(tái)，用于站內(nèi)管線伴熱、大罐維溫（大罐內(nèi)盤管）、辦公區(qū)采暖，蒸汽放掉。任一聯(lián)合站加熱爐2臺(tái)，1＃加熱爐燃油（每年10月份至次年4月份運(yùn)行），2＃加熱爐燃?xì)猓?臺(tái)加熱爐并聯(lián)。2臺(tái)加熱爐主要用于外輸，并部分打回流回到儲(chǔ)油罐，起到對(duì)罐內(nèi)原油維溫的作用。

原任一聯(lián)合站熱力系統(tǒng)日耗原油7 t，每年10月至次年4月間，累計(jì)燃油1 260 t。

4 熱泵改造后節(jié)能效果分析

任一聯(lián)合站直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組2010年冬季運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)、機(jī)房?jī)x表數(shù)據(jù)、燃料低熱值數(shù)據(jù)的記錄統(tǒng)計(jì)如下：

1）熱水系統(tǒng)

已知：流量217.8 m3/h，溫差11.5～13℃，平均按12℃計(jì)算，可計(jì)算求得供熱量 Q=217.8×1 000×12×4.18=1092.48×104kJ/h（注：熱水密度按1 t/m3計(jì)算，有誤差）。

2）燃料消耗

已知：燃油3.089 t/d，燃?xì)? 270 m3/d，折合燃油0.927 t/d。按氣低熱值30 514 kJ/m3，油低熱值41 800 kJ/kg計(jì)算，總計(jì)耗油4.016 t/d。

3）節(jié)能效益

若采用熱效率80%的鍋爐來滿足1 092.48×104kJ/h供熱量，需消耗油量7.841 t/d（按照油低熱值41 800 kJ/kg計(jì)算）。年節(jié)約燃料油：（7.841-4.016）×180＝688.5 t。

4）任一聯(lián)合站熱泵投產(chǎn)以來，在新的供熱系統(tǒng)運(yùn)行方式下，年節(jié)約用水1.25×104m3。

5 結(jié)論

1）充分利用高溫污水，通過換熱器給清水換熱，高溫污水由70℃左右降至55℃左右，既利用了污水的余熱，又減輕了高溫污水對(duì)設(shè)備和工藝流程的腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備和工藝流程的工作壽命。

2）代替原4 t蒸汽鍋爐2臺(tái)，體現(xiàn)了新技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）溴化鋰吸收式熱泵系統(tǒng)能夠有效地回收采油污水余熱，在節(jié)能降耗、降低碳排放方面發(fā)揮了重要作用，保護(hù)了人類賴以生存的自然環(huán)境。

4）直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵在余熱利用過程中具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定，在油田作業(yè)區(qū)辦公區(qū)采暖和生產(chǎn)工藝供熱系統(tǒng)具有一定的推廣使用價(jià)值。

[1]戴永慶.溴化鋰吸收式熱泵制冷技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996:56-81.

[2]李榮生.淺析吸收式熱泵技術(shù)[J].應(yīng)用能源技術(shù),2007,24(9):40-42.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.007

朱健，1983年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，高級(jí)工程師，國(guó)家節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，長(zhǎng)期從事質(zhì)量管理及水、電、通信運(yùn)行和節(jié)能減排技術(shù)管理工作，E-mail:scc_zhujian@petrochina.com.cn，地址：河北任丘華北油田公司生產(chǎn)運(yùn)行處，062552。

2011-08-10)