直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵的應用與節能效果分析

朱健張鋼吳忠勝 李玉紅 趙瑛

（1.華北油田公司生產運行處；2.大慶油田公司井下作業分公司；3.大慶油田有限責任公司第二采油廠作業大隊；4.天津石油職業技術學院）

直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵的應用與節能效果分析

朱健1張鋼1吳忠勝2李玉紅3趙瑛4

（1.華北油田公司生產運行處；2.大慶油田公司井下作業分公司；3.大慶油田有限責任公司第二采油廠作業大隊；4.天津石油職業技術學院）

針對目前油田原油生產過程中產生的大量污水余熱，以及原油加熱過程中大量的用熱需求，華北油田結合各聯合站低溫污水資源和生產過程能源利用現狀，加強地熱資源的開發，替代原油、天然氣和原煤等其他燃料，提出了在任一聯合站利用直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵對污水余熱回收系統進行改造，有效利用原油分離水的熱量，提供中溫的聯合站辦公采暖和工藝用熱水。實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目取得了巨大的經濟效益。

吸收式熱泵 溴化鋰 余熱利用 節能

華北油田第一采油廠任一聯聯合站位于河北省任丘市石門橋鎮西南，始建于1976年，建站之初，占地面積16×104m2，年處理能力達500×104t。1981年改造后規模為700×104t/a，具有原油凈化處理，伴生氣簡易凈化，原油儲存、加熱、外輸，污水回注等功能。近年來，由于設備老化、工藝落后，致使大量污水回灌、污水溫度高、設備腐蝕加快。為了適應新的生產要求，2009年簡化工藝投產，17.5×104m3儲油罐增容項目實施，污水余熱回收系統改造、熱力系統改造等項目陸續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目在油田生產工藝中的應用。目前任一聯占地面積近24×104m2，設有外輸崗、供熱崗等9個崗位，共有員工59人，管理著設備設施80余臺套，其中儲油罐9具（1×104m3儲油罐3具，2×104m3儲油罐2具，2.5×104m3儲油罐1具，5×104m3儲油罐3具）。

1 直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵供熱系統

第一類溴化鋰吸收式熱泵采用熱能（如燃油、燃氣、蒸汽、高溫熱水等）驅動，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。在高溫和低溫熱源的溫度滿足要求的情況下，第一類溴化鋰吸收式熱泵機組的熱媒溫度可達100℃，而且第一類溴化鋰吸收式熱泵機組可以在20%～100%的負荷范圍內無級調節，且部分負荷的性能指數要高于滿負荷的性能指數。第一類溴化鋰吸收式熱泵機組主要應用在有廢熱資源，而且有燃油、燃氣、蒸汽、高溫熱水等驅動熱源的場合[1,2]，具有單機容量較大（可達4 180×104kJ/h以上），熱水出口溫度高，變工況變負荷性能優良等特點，且具有安全、節能、環保效益，符合國家有關能源利用方面的產業政策，是國家重點推廣的高新技術之一。

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60℃，這一特性特別適合“即熱式”供熱系統。同時圖1也給出了吸收式熱泵的允許運轉工礦范圍。

制冷劑在發生器中由液態變為氣態（圖2），吸取通入發生器的蒸汽等高溫熱源的熱量，在蒸發器中由液態變為氣態，利用水在低壓區低溫沸騰吸熱，吸取通入蒸發器中廢熱水的低溫熱源熱量。制冷劑在吸收器和冷凝器中由氣態變為液態，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組流程圖。

2 項目應用情況

項目針對可利用的污水廢熱源，選擇了2臺單機供熱量為2.91 MW的XRIYQⅡ-50/40-（65/85）直燃熱泵機組，利用油田伴生氣和原油雙燃料驅動，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，為生產工藝各環節和辦公區采暖提供熱力，以減少燃料油的消耗，任一聯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組運行而需加入的高溫驅動熱源熱量的比值，按工況的不同分別可達1.6～1.7。按常規直接加熱方式的熱效率90%計算，即COP值為0.9，采用HRH-I吸收式熱泵替代常規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，可節省總燃料消耗量的44%～47%，節能效果顯著。

3 熱泵改造前耗能情況

任一聯合站承擔著華北油田第一采油廠任南作業區和南馬莊作業區的原油集中處理任務，總來液首先進入2具一級三相分離器（原分離緩沖罐改造）進行油、氣、水三相分離，之后原油通過增壓泵輸入儲油罐，最終通過外輸泵外輸送至任二聯原油罐區。脫出的污水輸送至污水處理廠。

任一聯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（進入儲油罐），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℃，直接進入儲油罐；儲油罐溫度通過維溫保持在50～55℃，外輸原油從儲油罐中抽出后，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，末點溫度45℃，末點壓力0.3 MPa。

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

原任一聯合站熱力系統日耗原油7 t，每年10月至次年4月間，累計燃油1 260 t。

4 熱泵改造后節能效果分析

任一聯合站直燃型第一類溴化鋰吸收式熱泵機組2010年冬季運行記錄數據、機房儀表數據、燃料低熱值數據的記錄統計如下：

1）熱水系統

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

2）燃料消耗

已知：燃油3.089 t/d，燃氣1 270 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計算，總計耗油4.016 t/d。

3）節能效益

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計算）。年節約燃料油：（7.841-4.016）×180＝688.5 t。

4）任一聯合站熱泵投產以來，在新的供熱系統運行方式下，年節約用水1.25×104m3。

5 結論

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設備和工藝流程的腐蝕，延長了設備和工藝流程的工作壽命。

2）代替原4 t蒸汽鍋爐2臺，體現了新技術的應用價值，減少了工人的勞動強度。

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

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濟效益，操作方便，運行穩定，在油田作業區辦公區采暖和生產工藝供熱系統具有一定的推廣使用價值。

[1]戴永慶.溴化鋰吸收式熱泵制冷技術及應用[M].北京:機械工業出版社,1996:56-81.

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

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.007

朱健，1983年畢業于大慶石油學院，高級工程師，國家節能節水專業標準化技術委員會委員，長期從事質量管理及水、電、通信運行和節能減排技術管理工作，E-mail:scc_zhujian@petrochina.com.cn，地址：河北任丘華北油田公司生產運行處，062552。

2011-08-10)