熱泵技術在稠油熱采工藝中的應用

（遼河油田公司金馬油田開發公司，遼寧 盤錦 124010）

熱泵技術在稠油熱采工藝中的應用

張傳友

（遼河油田公司金馬油田開發公司，遼寧 盤錦 124010）

以曙五聯合站污水余熱回收利用工程項目為例，詳細介紹了熱泵技術在遼河油田稠油熱采中的應用。使含油污水中的熱能實現二次利用。

熱泵；污水余熱

一、引言

遼河油田稠油和高凝油的產量約占總產量的70%以上，稠油和高凝油的開采都是采用熱采的方式，因此生產過程中產生大量的高溫含油污水，如能將含油污水中的熱量加以提取，應用于稠油和高凝油的開采或儲運過程，不但能避免能量的浪費，又可節能。

遼河油田曙五聯合站外排含油污水10 693m3/d，溫度在71～73℃之間。部分污水用作采暖和伴熱，大部分未經任何利用直接外排到污水處理廠，造成大量的熱量浪費。同時該站的進站液經預脫后，還需要進行2次加熱再去脫水，曙五聯現共有2 300kW加熱爐12臺，全部滿負荷運行，每天消耗燃油60t。根據該站外排污水水量大、水質穩定的特點，利用熱泵技術，以電能為動力，提取在生產過程中含油污水中的熱量，將其合理利用到生產中去，解決進站液一次加熱問題，既能替代現在采用的燃料油，又可改善余熱資源的浪費。

二、熱泵技術

熱泵，就是利用了熱力學第二定律把低品位能量傳遞到高品位能量的設備，可以把不能直接利用的低位熱能（如空氣、土壤、水中所含的熱能、太陽能、生活和生產廢熱等）轉換為可以利用的高位熱能，從而達到節省部分高位能（如煤、油、燃氣、電能等）的目的。

目前廣泛應用的壓縮式熱泵裝置主要由蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥4部分組成，通過讓工質不斷完成蒸發（吸取熱量）→壓縮→冷凝（放出熱量）→節流→再蒸發的熱力循環過程，從而實現能量的轉移（圖1）。壓縮式熱泵機組根據最高加熱溫度分為常溫熱泵機組（55℃以下）、中溫熱泵機組（55～75℃）、高溫熱泵機組（75℃以上）。熱泵機組最高加熱溫度主要取決于其使用的制冷工質的飽和壓力情況。

圖1 熱泵機組原理圖

三、工程實例

1．工程概況

遼河油田曙五聯合站主要承擔曙光采油廠采油三區、五區、七區開采的油水混合物（進站液）加熱分離任務，每天處理進站液量16 000m3（SAGD全部進站后達到18 305m3）。曙五聯現共有2 300kW加熱爐12臺，全部滿負荷運行。作業區來油采用分區脫水，脫水流程為預脫、加破乳劑、一次加熱、一次沉降脫水、緩沖、二次加熱及二次沉降脫水，各區脫水后合格原油分別計量再混合外輸。

2．工藝條件

(1)其中采油三區進站總液量3 911m3/d，預脫后準備一次加熱的進站液量（53℃）2 355m3/d，含水率為85%，預脫后采用2臺2 300kW加熱爐進行一次加熱，要求加熱溫度為85℃，熱負荷為3 406kW，其進站液情況如表1所示。

表1 采油三區處理的進站液情況

(2)曙五聯合站每天污水量總計10 693m3，污水溫度為71～73℃；所有污水分別外輸到曙一區和華油污水處理廠處理，外輸壓力平均為1．1MPa，其含油污水水質情況如表2所示。

表2 曙五聯合站含油污水水質情況

3．工藝流程（圖2）

圖2 進站液加熱工藝流程圖

針對曙五聯合站污水系統改造，通過熱泵機組從污水（10 693 m3/d，溫度為71℃）中提取3 406kW的熱量，將采油三區（2 355m3/d，53℃）預脫后進站液加熱到85℃，完成預脫后進站液的一次 加熱。

首先利用污水高溫將預脫后進站液預熱，再經壓縮式熱泵機組加熱。工藝流程由以下4部分組成。

(1)采油三區預脫后進站液（53℃、2 355m3/d）進入油水混合物-污水換熱器與污水（71℃、149m3/h）換熱，預脫后進站液溫升至66℃，獲取熱量1 384kW，完成預熱；污水溫降至63℃，排入聯合站內原有外輸系統。

(2)另有污水（71℃、194m3/h）經污水-軟化水換熱器與軟化水換熱，釋放熱量1 800kW后，溫度降為63℃，排入聯合站內原有外輸系統。

(3)66℃的軟化水進入熱泵機組的蒸發器側放熱，冷凝器側80℃循環軟化水經熱泵機組做功溫升至90℃。

(4)經過預熱的66℃預脫后進站液進入油水混合物-軟化水換熱器與90℃循環軟化水換熱，軟化水溫度降為80℃，釋放熱量2 022kW；進站液溫度提升為85℃。這樣就完成了預脫后進站液的一次加熱。

通過換熱和熱泵提升，預脫后進站液最終獲得3 406kW熱量。

四、結語

曙五聯合站采油三區進站液在預脫后，采用熱泵機組提取污水中的熱量進行加熱，代替原2臺2 300kW加熱爐加熱，預計每天可節省燃料油10t。目前，遼河油田稠油區塊上有31個聯合站，如果將熱泵技術應用于聯合站生產，必將取得良好的經濟和社會效益。

[1] 馬最良、呂悅． 地源熱泵系統設計及應用[M]． 北京：機械工業出版社，2006．

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