薩北油田應用水源熱泵技術研究

張校千（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

1 水源熱泵技術

目前國內外水源熱泵技術發展已較為成熟，在功率上多分為低溫機組和高溫機組，在結構上分為渦輪壓縮機和單頭、雙頭雙螺桿壓縮機。

常見的壓縮式熱泵機組主要由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器組成，基本工作原理可分為四個階段：蒸發吸熱階段（從膨脹閥出來的低溫液體制冷劑進入蒸發器，與低溫熱源進行熱交換，制冷劑溫度升高變為氣體）、壓縮升溫階段（制冷劑進入壓縮機變為高溫高壓氣體）、冷凝放熱階段（高溫高壓制冷劑氣體進入冷凝器后，與所需供熱介質進行熱交換，溫度降低變為液態）、膨脹降溫階段（液態制冷劑繼續循環到膨脹閥，節流降溫變為低溫低壓的液態制冷劑，輸送至蒸發器繼續循環）。在循環過程中制冷劑將低品位熱能與輸入電能之和轉換給換熱介質，降低了電能損耗，達到節能目的[1]。熱泵流程示意圖見圖1。

2 注水聯合站熱泵改造方案

2.1 存在問題

1）原冷卻塔冷卻效果差。多數站所采用以清水“量”換冷卻效果的方法對注水電動機降溫。以1座冷卻水罐（60m3）為例，4—10月冷卻水損耗量約為1.0m3/h，將升溫的清水直接外排1/2后，以等量清水補充，造成清水大量浪費（年冷卻清水用量 0.5×104m3）。

2）原加熱爐采暖爐效低，熱效率差。多數站用采暖鍋爐額定功率均大于實際熱負荷，老式散熱片對局部空間升溫效果差。以1臺真空相變爐（功率0.7MW）為例，采暖熱負荷為600kW，運行半年耗氣量約14×104m3。

2.2 應用熱泵的技術條件

1）水源熱泵優勢在于：使用電能，沒有燃燒過程，對周圍環境無污染；不用冷卻塔，沒有外掛機，不直接向大氣排熱，沒有熱島效應；無須抽取地下水；冬季供暖，夏季制冷；全電腦控制，性能穩定。

2）余熱提取。以北二東某注水聯合站為例，回注水溫度：冬季31℃，夏季35℃；溫度變化范圍：30～37℃。水量約為410m3/h。提溫后對繼續注水無影響，來水量和溫度均滿足水源熱泵應用條件[2]。

2.3 水源熱泵的流程和功能

1）實現冬季采暖。熱泵內冷媒R22由于其沸點為-17℃，在蒸發器內R22從清水中吸取大量熱量，沸騰氣化。氣化后的R22經壓縮機壓縮，進入冷凝器后釋放大量熱能，將采暖循環水加熱至60℃，經采暖泵升壓送至采暖終端。設備運行后可保證冬季供暖，可停運采暖鍋爐，達到節能減排目的。

2）實現夏季空調。采暖循環水經蒸發器內的R22吸熱后，水溫下降至7℃。經原采暖管線循環至室內，并由采暖末端風機吹送冷風，實現空調制冷，且夏季可用于注水站注水泵冷卻水的降溫，使降溫效果更穩定可靠。

圖1 水源熱泵流程示意圖

圖2 北二四注水站熱泵擬安裝流程示意圖

3）實現生活熱水。冬季熱泵將采暖循環水加熱至60℃，經采暖循環泵升壓送至隊部采暖末端，采暖循環水經板式換熱器將生活用水進行加熱，通過保溫水箱保存，由變頻泵送至用水末端。夏季蒸發器內的R22吸收采暖循環水的熱量后沸騰氣化，經壓縮機壓縮進入冷凝器，釋放大量熱能將生活用水加熱，通過保溫水箱保存，由變頻泵送至用水末端[3]。

4）技術要求。采用板式和殼管換熱器將注入水和熱泵隔離，以免長時間運行后含油回注水將熱泵機組內換熱器腐蝕。注水泵電動機冷卻水通過原有冷卻水管線加裝n型接管，利用原有冷卻泵安裝相應閥門，熱泵機組根據具體使用情況選擇開啟機組，為注水泵機組降溫。室內終端采用風機盤管系統，利用原有采暖循環管線及循環泵，預計夏季室內溫度可達24℃，冷卻水溫度為25～27℃，冬季各房間20～25℃，預計可達到使用要求。北二四注水站熱泵擬安裝流程示意圖見圖2。

3 經濟效益評估

1）水源熱泵設備一次性投入59萬元，機組年耗電約20×104kWh，年投入資金12.76萬元。

2）原系統年耗氣約28.6×104m3，耗清水量約0.5×104m3，設備維護費用0.5萬元/a，年投入資金29.16萬元。

3）應用水源熱泵設備后，預計經濟效益16.4萬元/a（按清水6.85元/m3、自耗氣0.9元/m3、0.638元/kWh計算），投資回收期為3.59年。

4 結論與建議

1）水源熱泵代替原有運行設備，在注水電動機冷卻和冬季采暖方面，生產運行完全可行。水源熱泵系統穩定性好、操作管理方便、可有效減輕勞動強度，同時具有良好的環保效應。

2）水源熱泵代替原有運行設備經濟效益好，投資回收期（3.59年）短。水源熱泵免修期為5年，對原有設備完全改造，年節約16.4萬元。

3）水源熱泵使用工業用電，環保。它采用高效環保高溫低壓制冷劑，高效節能，可取代燃氣等高耗能設備[4]。

[1]付紅雷.熱泵技術節能測試方法的研究[J].石油石化節能2013，3（9）：5-7.

[2]施敏琪，賈晶，阮力丁.大型冷水機組在地源/污水源熱泵系統中的應用[J].制冷與空調，2008，8（增刊 6）：8-11．

[3]王芳，范曉偉，周光輝.我國水源熱泵研究現狀[J].流體機械，2003，31（4）：57-59.

[4]王瑞祥，趙彬彬，黃新偉.熱泵應用及熱泵技術分析[J].家電科技，2003（6）：67-70．