應用熱泵技術回收聯合站污水余熱研究

2018-01-12 03:30:58周彥勇李文婷董靜

石油石化節能 2017年11期

周彥勇李文婷董靜

（1.中國人民解放軍66259部隊；2.呼和浩特市供排水有限責任公司；3.遼河油田公司安全環保技術監督中心）

應用熱泵技術回收聯合站污水余熱研究

周彥勇1李文婷2董靜3

（1.中國人民解放軍66259部隊；2.呼和浩特市供排水有限責任公司；3.遼河油田公司安全環保技術監督中心）

針對遼河油田洼一聯合站污水水質指標較好，其熱量未能進行有效利用，造成能量浪費和環境熱污染等問題。通過熱泵技術，使污水直接進熱泵機組，將污水中大部分能量提取出來加熱原油，可以達到減少天然氣消耗，節約系統運行費用，減少環境污染的目的。洼一聯合站采用熱泵技術有效利用了污水余熱，年節約天然氣250×104m3，可減少CO2排放1.1×104t。

聯合站；熱泵技術；污水余熱

隨著遼河油田的開發進入中后期，采出液的含水率不斷升高，采出液及污水處理量不斷增加，造成聯合站能耗逐漸增高[1]。同時，污水中熱能未能進行有效利用，造成熱量浪費和環境熱污染。熱泵技術可以將油田污水中低溫熱能進行回收，以一小部分能量為代價，轉換為高溫熱能（可達80℃），用于采暖、油氣集輸等各個方面，通過回灌技術或土壤換熱得到循環利用，解決油氣生產過程中的能源消耗及采油區生活供熱問題[2-4]。成功推廣應用后，可以解決油田污水余熱的浪費問題，促進油田節能減排。

1 熱泵技術在聯合站應用的優勢

遼河油田將污水余熱利用熱泵技術應用于聯合站等生產場所，可以進行輸油伴熱及供暖等，具有如下優勢：一是能源利用率高。輸入1 kW的熱量，制出4 kW熱量；二是運行成本低，減少一次性能源（天然氣等）的消耗，效益顯著；三是有利于污水處理回注，降低了含油污水的溫度，為污水處理回注創造了便利條件；同時，減少了含油污水對環境的熱污染；四是熱源來源便利，益于推廣，主要利用含油污水余熱，使熱能得到有效利用。五是安全可靠，系統運行穩定，無安全隱患[5]。

2 洼一聯合站改造方案

洼一聯合站需要用熱的地方主要有:進站原油加熱、原油脫水加熱、原油外輸加熱、站內冬季采暖伴熱等環節[6-7]，如表1所示。

2.1 設計方案主要參數確定

1）原油參數確定。洼一聯合站各個環節需要加熱的主要設計計算參數如表2所示。

2）熱泵出水溫度確定。根據對市場上現有各種型號熱泵技術性能的比較分析，決定進站原油加熱循環供、回水水溫按60℃、55℃，原油脫水加熱循環供、回水水溫按70℃、55℃進行設計。

表1 洼一聯用熱環節統計表

表2 需要改造的加熱環節主要參數表

表3 需要加熱環節的熱負荷

3）熱源水（含油污水）溫度確定。熱源水采用聯合站內處理后的含油污水，從熱泵效率和換熱器面積大小等綜合考慮最后確定熱源水進、出水溫度按45℃、35℃，提取10℃的熱能。

2.2 需要熱泵提供的熱量計算

1）原油及水加熱需熱量。需要熱泵提供的熱量復核計算如表3所示。若考慮到換熱器的熱損失10%，則不同加熱環節需要熱量分別為：進站加熱需熱量為1565 kW；原油脫水需熱量為135 kW。因此這2個加熱環節需要熱泵機組提供總熱量為1700 kW。

2）站內采暖伴熱需熱量。據調查該站冬季采暖伴熱的循環泵流量為120 m3/h，溫度在55～70℃，因此計算出該站冬季采暖伴熱的需熱量約為2094 kW。因此，該站改造總的需熱量為3794 kW。計算公式如下：

式中：Q——站內采暖伴熱需熱量，kW；

G——循環流量，m3/h；

Δt——循環水溫差，℃。

2.3 改造方案結果

方案設計采用2臺溴化鋰吸收式直燃性熱泵機組，提供60℃/75℃循環熱水直接冬季采暖，并通過浮頭殼管式換熱器為進站原油加熱和原油脫水加熱；熱泵的熱源水是采用站內含油污水，由于水質指標較好，污水直接進熱泵機組。這樣污水中大部分能量被熱泵提取出來，傳遞給原油，原油不斷的被加熱，而且減少了天然氣消耗，提高了系統的安全性，節約了系統的運行費用，減少環境污染，實現了節能減排。洼一聯燃氣熱泵供熱改造主要流程見圖1、圖2。