吸收式熱泵在遼河油田地區的應用研究

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

吸收式熱泵在遼河油田地區的應用研究

趙福建

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

本文分析吸收式熱泵機組的類型及其特點，與壓縮式熱泵機組作比較，根據遼河油田生產特點，分析其在油田生產、生活中的應用趨勢。

吸收式熱泵；油田；比較；應用前景

1 熱泵的分類及特點

熱泵技術已經較為成熟，常用的熱泵，根據驅動方式的不同分為機械壓縮式熱泵和吸收式熱泵兩種。

目前廣泛應用的壓縮式熱泵裝置，主要由蒸發器﹑壓縮機﹑冷凝器和膨脹閥四部分組成，通過讓工質不斷完成蒸發（吸取熱源（低品位熱能）中的熱量）→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。

吸收式熱泵可以分為第一類吸收式熱泵和第二類吸收式熱泵，常用的是 第一類吸收式熱泵。

（1）第一類吸收式熱泵

第一類吸收式熱泵是一種以高溫熱源（蒸汽﹑高溫熱水﹑燃油﹑燃氣）為驅動熱源，溴化鋰溶液或氨水等為吸收劑，回收利用低溫熱源（如廢熱水）的熱能，制取所需要的工藝或采暖用高溫熱水，實現從低溫向高溫輸送熱能的設備。裝置由發生器﹑冷凝器﹑蒸發器﹑吸收器和熱交換器等主要部件及抽氣裝置，屏蔽泵等輔助部分組成。第一類吸收式熱泵利用高溫熱能驅動，把低溫熱源的熱能提高到中溫，從而提高了熱能的利用效率。性能系數大于1，一般為1.5～2.5。

（2）第二類吸收式熱泵

第二類吸收式熱泵也稱升溫型熱泵，是利用大量的中溫熱源產生少量的高溫有用熱能。即利用中低溫熱能驅動，用大量中溫熱源和低溫熱源的熱勢差，制取熱量少于但溫度高于中溫熱源的熱量，將部分中低熱能轉移到更高品位，從而提高了熱源的利用品位。第二類吸收式熱泵性能系數總是小于1，一般為0.4～0.5。目前該類熱泵使用較少。

2 熱泵機組在遼河油田的應用情況

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。而且稠油和高凝油在開采﹑儲運過程中要求生產操作溫度高，自用燃料油﹑氣消耗大。

目前熱泵機組在遼河油田主要應用于聯合站原油工藝加熱和站內采暖等任務，聯合站主要承擔各采油區塊開采的進站液（油水混合物）的加熱﹑分離和外輸任務，需要加熱的部分主要包括進站液加熱﹑脫水﹑外輸﹑采暖等加熱過程，需要用熱的設施主要有：進站一段加熱﹑脫水二段加熱﹑稠油外輸加熱﹑站內冬季采暖伴熱等，所有加熱過程一般采用燃天然氣加熱爐加熱，天然氣消耗量很大。

遼河油田目前已經采用的熱泵形式為電驅動壓縮式熱泵，這種熱泵在遼河油田曙五聯合站﹑歡二聯合站﹑海南聯合站等聯合站內用于原油加熱和冬季采暖等方面的應用，通過電驅動壓縮機做功，從生產過程中產生大量的含油污水中提取熱量，用于站內生產加熱和采暖，經過監測中心檢測，節能效果明顯。吸收式熱泵機組在大港油田也有應用，經了解一直運行良好。

3 壓縮式熱泵應用中存在的問題

采用電驅動的壓縮式熱泵運行簡便，安全穩定，規模小，應用廣泛，但經過在遼河油田的應用以來，也存在一定的問題。

（1）需要二次換熱，降低性能系數

油田各聯合站采用的熱泵，從含油污水中提取熱量，用于站內原油加熱，因為含油污水和原油這兩種介質都不能夠滿足直接進熱泵換熱的要求，需要二次換熱，導 致加熱溫差大，性能系數降低，一般性能系數只能達到3.5～4.5，如果熱源和加熱介質能夠直接進入熱泵，性能系數將達到4～5以上。

（2）運行穩定性差

用于稠油加熱的熱泵都是高溫﹑超高溫熱泵，對壓縮機的性能要求高，經過一段時間運行后，發現連續的生產對熱泵機組的壓縮機負荷過大，容易發生超溫停運和壓縮機故障的情況。

（3）耗電量大，供電系統不滿足要求

遼河油田各聯合站基本上都是運行20年以上的老聯合站，附近的主變壓器富裕量都不是特別大，由此限制了熱泵系統總規模不能夠過大，若因此改建主變電所，投資又不允許，從而導致建設的熱泵系統只能夠滿足站內少部分加熱需求，兩套加熱系統同時運行，增加了運行人員數量。

（4）經濟性不明顯

聯合站熱泵系統收益主要體現在節省的天然氣和節能補貼上面，消耗主要包括投資折損﹑電費﹑變壓器容量費和人員費等，因為節能補貼很難落實，節省的天然氣價格低，收益不高。電費和變壓器容量費都按照工業用電取費標準高，壓縮機沒有高壓驅動，需要建設低壓變壓器，種種原因導致項目的投資回收期長。項目整體看，雖然有一定的效益，但不明顯。

4 吸收式熱泵機組的優點

經過在遼河油田一典型聯合站進行的可行性設計比較，我們發現天然氣驅動的吸收式熱泵相對采用壓縮式熱泵，具有如下優點：

（1）耗電量小，只有燃燒器和系統附屬設備用電，一般的用電場所都能夠滿足用電需求，從而減少電費，不需要繳納電容量費，減少了運行成本。

（2）制熱溫度高，因為沒有壓縮機，所以穩定性好，能夠滿足油田生產連續高溫加熱要求。

（3）油田各站場都有穩定的天然氣管線，氣源充足，減少工程投資。

（4）建設規模可大可小，從不足1MW到幾十MW的熱泵機組都有，非常適合油田各聯合站改造使用。

5 研究結果和應用前景

經過在遼河油田各油區技術﹑經濟﹑安全等方面比較，我們研究發現不論是采用壓縮式熱泵還是采用吸收式熱泵，技術方面都已經較為成熟，安全方面也都能夠比原有加熱方式更加安全，節能效果都比較明顯，經過經濟比較，得出如下結論：

（1）對于站場內供電系統不需要增容，且冷凝器出水溫度低于80℃，制熱量在4MW以下的項目，采用壓縮式熱泵和吸收式熱泵經濟性差別不大，根據現場情況都有一定的經濟性。

（2）對于站場內有天然氣系統或蒸汽系統可以直接利用，且制熱量大于4MW的項目，采用吸收式熱泵的經濟效益高于采用壓縮式熱泵，收益較高。

（3）對于要求制熱溫度高于85℃的熱泵系統，為保證運行的穩定性，宜采用吸收式熱泵系統加熱。

中國是人口眾多﹑資源相對不足的發展中國家，要實現經濟社會的可持續發展，必須走節約資源的道路。隨著遼河油田地區采油區塊的開發和老舊聯合站改造工程的增多，節能減排標準的不斷提高，節能減排政策的落實，吸收式熱泵在遼河油田各采油區塊將會得以廣泛的采用。

[1]馮久鴻.吸收式熱泵用于稠油污水余熱回收的仿真和優化[J].油氣田地面工程，2003 （09）：33.

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