熱泵技術在稠油熱采中的應用

馬強 于廣剛 孫鳳萍

（1.遼河油田公司質量節能管理部；2.遼河油田公司鉆采工藝研究院）

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含油污水，這些含油污水的溫度往往比較高，蘊含大量的能量。同時，稠油和高凝油在開采、儲運過程中要求的生產操作溫度較高，需要燃用大量的燃料油或氣對其進行加熱以滿足生產及操作溫度的要求。能否將含油污水中的熱量加以提取，將其應用于稠油和高凝油的開采或儲運過程，這樣既有效利用了含油污水中的熱能，避免能量的浪費，又節約了大量的燃料油或氣，具有重要的節能意義。

通過熱泵技術將含油污水中的低品位熱能，轉化為高品位熱能使含油污水中的熱能實現二次利用，既節省了大量的寶貴的油氣資源，又解決了高溫污水處理難度大的問題。

1 熱泵技術

熱泵，就是利用熱力學第二定律把低品位能量傳遞到高品位能量的設備系統，它是以花費一部分高質能為代價，有效地利用了低品位能量。熱泵也就是像泵一樣，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[1]。

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，從而實現了能量的轉移（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

2 工程實例

遼河油田曙五聯合站位于曙光采油廠，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16 000 m3（SAGD全部進站后達到18 305 m3）。曙五聯現共有2300 kW 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、二次沉降脫水，各區脫水后合格原油分別計量再混合外輸。

其中采油三區進站總液量3911 m3/d，預脫后準備一次加熱的進站液量（53 ℃）2355 m3/d，含水率為85%，預脫后采用2 臺2300 kW 加熱爐進行一次加熱，要求加熱溫度為85 ℃，熱負荷為3406 kW，見表1。

表1 采油三區處理的進站液情況

曙五聯合站每天污水量總計10 693 m3，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1.1 MPa，見表2。

表2 曙五聯合站含油污水水質情況

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3406 kW的熱量，將采油三區（2355 m3/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。

首先利用污水的高溫特點，先將預脫后進站液預熱，再采用壓縮式熱泵機組為預脫后進站液加熱。工藝流程由以下4部分組成：

1）采油三區預脫后進站液（53 ℃、2355 m3/d）進入油水混合物-污水換熱器與污水（71 ℃、149 m3/h）換熱，預脫后進站液溫度升至66 ℃，獲取熱量1384 kW，完成預熱；污水溫度降至63 ℃，排入聯合站內原有外輸系統。

2）另有污水（71 ℃、194 m3/h）經過污水-軟化水換熱器與軟化水換熱，釋放熱量1800 kW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，在冷凝器側80 ℃循環軟化水通過熱泵機組做功后，溫度升至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2022 kW，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3406 kW熱量，進站液加熱工藝流程見圖2。

圖2 進站液加熱工藝流程圖

3 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，代替原來2臺2300 kW加熱爐加熱，預計每天可節省燃料油10 t。目前，遼河油田稠油區塊上有31 個聯合站，主要分布在曙光采油廠、歡喜嶺采油廠、錦州采油廠、高升采油廠、特種油開發公司、冷家油田和金馬油田。將熱泵技術應用于聯合站生產，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,2006:15-20.