油田利用熱泵回收余熱的現狀及效果分析

王學 （大慶油田工程有限公司）

油田利用熱泵回收余熱的現狀及效果分析

王學 （大慶油田工程有限公司）

為了節能減排，提高能源利用率，大慶油田近年來利用熱泵進行生產工藝產生的余熱回收。目前已經逐步推廣利用電動壓縮式熱泵回收油田采出水、工藝循環冷卻水中的余熱，將余熱轉化后進行建筑采暖供熱，先后已經建成投產熱泵工程數十項，取得了良好的節能效果。按照工程實例測算，若油田采出水能實現余熱有效回用，年節省生產成本上億元。熱泵利用油田生產工藝循環冷卻水可穩定運行，可以嘗試繼續擴大規模應用。

熱泵；余熱回收；油田采出水；循環冷卻水

熱泵技術作為一種可有效利用生產余熱的技術設備，在很多領域已經有所應用。大慶油田近年來在一些站點引入熱泵技術對部分油田采出水及一些生產工藝中的回收冷卻水余熱加以再利用，利用熱泵收集的余熱進行建筑采暖供熱，獲得了良好的經濟效益和環保效益。

1 電動壓縮式熱泵利用余熱的基本原理

因電動壓縮式熱泵操作簡便、性能可靠、使用清潔能源污染較小，因此，油田采用的熱泵機組主要為電動壓縮式熱泵。

電動壓縮式熱泵由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器組成，靠消耗電能將熱能從低溫熱源傳遞到高溫熱源。普通壓縮式水源熱泵機組的單機制熱量已達2.8 MW，制冷工質采用R22或R134a。正常工況普通型機組出水溫度55℃；高溫型機組出水溫度 65℃；超高溫型機組出水溫度85℃[1]。油田在用的機組多為高溫型機組。

熱泵收集的熱能以采暖為主，冬季為熱泵機組提供低溫熱源，將低位能量轉化為高位能量，供給全站建筑用于采暖，減少鍋爐的燃氣量。低溫余熱被送至熱泵機組蒸發器，釋放低溫熱能，經循環泵升壓循環使用，熱泵機組將從蒸發器中得到的余熱通過設備轉化，送到設備的冷凝器，與熱用戶的采暖水進行熱交換，以達到余熱利用、能量回收的目的[2]。流程示意圖見圖1。

圖1 電動壓縮式熱泵工作原理

2 含油采出水余熱利用現狀及潛力預測

從2000年以后，大慶油田公司逐步推廣利用熱泵合理利用油田采出水中的余熱，將余熱轉化后進行建筑采暖供熱[3]。先后建成投產熱泵工程數十項，余熱熱源為油田采出水。

油田采出水主要分為普通水驅采出水，聚合物驅采出水及三元復合驅采出水。根據實際情況，采出水在含油污水處理站處理之后，再無水溫方面的具體要求，則可選擇水處理站后的合理節點設置熱泵。

目前老油區的采油二廠、采油三廠及外圍低滲透的采油七廠都在用電動壓縮式熱泵再利用采出水的余熱進行建筑采暖供熱。對全油田的熱泵使用情況做了調查，結果見表1。

表1 大慶油田余熱回收利用狀況統計

目前大慶油田年產生含油采出水近4×108t，若能全部采用熱泵對余熱進行回收利用，按照熱泵收集余熱前后原水溫降5℃計算，能源轉化率按60%計算[4]，則含油采出水年轉化熱能總量為5.04×1015J。

每千克標準煤熱值按29 271 kJ/kg計算，相當于年節省標準煤17×104t。按1.33 kg標準煤／m3天然氣折算天然氣量，相當于年節省天然氣1.29×108m3。按大慶天然氣價格1.65元/m3計算，年節省生產成本2.13億元。

由計算可知，若油田采出水能實現余熱有效回用，將可以大量節省直接的燃料加熱成本，同時可以降低其他加熱設備投資；還可降低燃料燃燒產生的氮氧化物、二氧化碳及其他燃燒廢物對大慶環境的污染，并能達到節能減排的目的。

3 循環冷卻水余熱利用實例分析

大慶油田天然氣分公司近年投產了一批電動壓縮式熱泵機組，主要用于利用工藝循環冷卻水余熱進行建筑采暖。投產熱泵的生產某站，有2套工藝冷卻設備，日循環水量1890 m3。全站需要采暖面積3766 m2，需要總供熱負荷440.1 kW。

生產工藝循環水冬季溫度在20～25℃之間，按照換熱后溫降10℃、換熱效率60%計算，循環水可提供的熱功率為551.3 kW；而本站采暖需要功率為440.1 kW，利用循環冷卻水余熱完全可以滿足本站的采暖需要。

本站采用1套熱泵機組，制熱負荷502 kW，輸入功率114 kW。冷卻水回水作為熱源溫度范圍21～27℃，換熱后的采暖熱水水溫60～65℃。對本站的冬季采暖狀況進行跟蹤，結果見表2。

表2 利用循環冷卻水余熱采暖供熱情況匯總

由表2可知，借助熱泵充分利用循環冷卻水余熱進行冬季建筑采暖，運行效果穩定，冷卻水溫度在經過熱泵換熱后溫降10.1℃，建筑內溫度19.1℃，高于采暖標準要求的18℃。

因本站使用了熱泵采暖，相當于日節省原燃氣鍋爐蒸汽1 t，節省燃氣量1920 m3。按大慶天然氣價格1.65元/m3計算，采暖半年180 d節省生產成本57.0萬元。

大慶油田還有大量的循環冷卻水未能對余熱進行有效的回收，可以進一步推廣熱泵技術，充分利用余熱，降低生產成本，減少燃料污染物質的排放。

4 結論

1）電動壓縮式熱泵利用油田采出水余熱已經有成功的工程實例。若油田采出水能實現余熱有效回用，熱泵收集余熱前后原水溫降5℃計算，能源轉化率按60%計算，可年節省1.29×108m3，節省生產成本上億元。

2）電動壓縮式熱泵利用油田生產工藝循環冷卻水可穩定運行，可有效降低生產成本，是節能減排的一種有效方式，可以嘗試繼續擴大規模應用。

[1]趙世達.石油化工生產節能措施分析[J].黑龍江科技信息, 2015,35:15.

[2]高榮甲.淺析石油化工生產中節能管理[J].化工管理,2015, 23:212-214.

[3]苗承武.采用熱泵技術回收油田污水余熱[J].化工管理, 2007,18:22-24.

[4]張永貴.油田污水余熱回收方案及經濟效益測算[J].節能技術,2003,21:8-9.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.08.014

2016-06-20

（編輯 李珊梅）

王學，工程師，2007年畢業于東北林業大學（城市規劃與設計專業），碩士研究生，從事規劃與建筑設計，E-mail:55822582@qq. com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區大慶油田工程有限公司工業建筑室，163712。