水源熱泵技術在大慶油田站場的應用

吳瑞君 大慶油田設計院

1 工藝原理及系統組成

熱泵的能量轉換是通過消耗一定的輔助能量（如電能），在制冷劑的作用下，由環境熱源（如水、空氣、土壤）中吸取較低溫度介質的熱能，然后轉換為較高溫度熱能釋放至循環介質（如水、空氣）中成為高溫熱源輸出。

熱泵技術是以熱泵機組為核心組件，以油田含油污水或注水電機冷卻水為低溫熱源，以電力作為驅動能源，通過優化工藝流程達到既能供熱又能制冷的一機多用的綠色環保技術。熱泵系統主要由熱泵機組、換熱裝置、冷卻循環水泵、污水循環水泵及電控設施組成。

2 工程實例

此工程拆除站內已建燃氣熱水鍋爐房，新建熱泵房，以注水泵電機冷卻水作為低溫熱源，經熱泵機組提取熱量，滿足站內采暖用熱需求；同時取代冷卻水塔，冷卻水經熱泵機組降溫后，滿足注水泵電機冷卻要求。

注水站總采暖熱負荷約為500kW。夏季按2臺注水泵運行考慮，注水泵電機制冷負荷為340kW。

根據采暖、制冷負荷情況，新建熱泵房內選用3臺熱泵機組，總供熱能力為585kW，制冷能力為534kW。

熱泵房工藝流程設計按冬季最冷季節，采暖初、末期及夏季三種運行工況考慮。冬季最冷季節：當注水電機冷卻水溫度較低，熱量不足時，利用站內含油污水深度處理水加熱電機冷卻水來提高低溫水溫度，滿足采暖供熱要求；采暖初、末期：保證注水電機冷卻要求，熱泵機組產生的熱量大于采暖熱負荷，剩余熱量釋放到站內含油污水深度處理水池中；夏季：運行熱泵機組2臺，熱泵機組產生的熱量全部釋放到站內含油污水深度處理水池中。

熱泵機組于2010年10月14日正式投用。冬季時，按負荷大小及使用情況確定3臺機組的啟運臺數，室內溫度能夠達到設計要求；夏季時，根據注水泵運行臺數確定熱泵機組啟運臺數，為注水泵電機進行冷卻。

系統流程說明如下：

（1）采暖循環水系統。采暖熱水系統為開式機械循環，系統回水定壓采用高架水箱補水。冬季運行時，熱網回水（55℃）經回水缸、除污器由循環水泵加壓送至熱泵機組，加熱至65℃的熱水進入分水缸分配至各用戶。夏季運行時，熱泵機組產生的熱水（50℃）先進分水缸，由分水缸單獨設分支管線接至板式換熱器，與含油污水深度處理水換熱，換熱后的回水（45℃）經回水缸、除污器由循環水泵加壓送至熱泵機組。

（2）軟化水處理系統。生水計量后進入生水箱，經生水泵加壓進入全自動軟化水裝置。軟化水直接進入高架水箱，高架水箱出水管接至循環水泵入口干管。當生水壓力大于0.25MPa時，可直接進入軟化水裝置。

（3）電機冷卻水系統。冬季采暖初、末期及夏季，注水泵電機冷卻水出水直接進入熱泵機組的蒸發器，冷卻后至冷卻水箱。冬季最冷季節，注水泵電機冷卻水出水通過板式換熱器與含油污水深度處理水換熱升溫，再進入熱泵機組的蒸發器，冷卻后至冷卻水箱。

（4）含油污水深度處理水系統。含油污水深度處理水來水（0.2MPa）經過濾器后進入板式換熱器，換熱后接場區工藝含油污水深度處理水管線。

3 設計需要注意的問題

（1）在考慮滿足現有建設規模的前提下，充分考慮未來站場生產及建設規模的變化，避免重復改造，這樣才能體現熱泵技術在節能、減排及經濟效益方面的優勢。

（2）對于改造項目，如采暖系統末端設備為散熱器采暖方式時，建議選用超高溫熱泵機組，以減低采暖系統末端設備改造投資。當采暖系統為新建時，由于熱泵機組供、回水溫度為65℃/55℃，為保證室內采暖設計溫度，應加大熱網及采暖系統管徑并增大采暖末端設備換熱面積。

（3）熱泵系統設計應充分考慮低溫熱源的供應條件、運行方式、冬夏季的運行溫度、壓力、流量及清潔度等，以完善工藝流程，使熱泵能夠正常運行。

（4）油田含油污水具有腐蝕性，不能直接進入熱泵機組，需要設計軟化水換熱系統。建議選用板式換熱器，并在含油污水進換熱設備之前加裝過濾器。冬季最冷季節，注水泵電機冷卻水出水通過板式換熱器與含油污水深度處理水換熱升溫，再進入熱泵機組制熱。

（5）采用熱泵系統時一定要進行經濟評價分析。由于熱泵的初投資比鍋爐略高，而運行費用一般要比鍋爐低，因此應用熱泵既要看投資費用又要看運行費用，要對一定時期內的綜合費用進行總體的經濟評價。