熱泵技術在集輸系統應用現狀及應用趨勢預測

曹子涵 張紹哲 竇曉軍 趙利民

（大港油田公司第六采油廠 天津 300280）

引言

大港油田第六采油廠孔店聯合站擔負著孔店油田的原油和污水處理，以及第三采油廠來油加熱和轉輸任務。其主體工藝為：系統來液經過加熱爐升溫后進入分離緩沖罐脫氣，油水進入沉降罐油水分離，沉降后的原油進行加熱、熱化學處理后進入儲油罐，和南部來油一起加熱后轉輸；污水進入污水處理站處理后回注和外排。

1 熱泵技術現狀調查

孔店聯合站目前運行4 臺2500kW 的快裝加熱爐，最高負荷13000kW。周邊孔店油田產出伴生天然氣較少，日消耗熱值4525kW，不能滿足聯合站加熱需求，需補充熱值5808kW。加熱系統的配風和燃料油電加熱系統年耗電43×104kW·h，折合標準煤10650t。

孔店聯合站處理后的污水溫度47-52℃，水質、溫度穩定，自然散失的熱量為5000kW/h 左右，具有污水余熱回收的潛力。

2 熱泵系統工作原理

熱泵系統是利用逆卡諾熱循環原理建立起來的一種節能、環保制熱技術[1]，通過機械做工實現熱量從低溫傳遞高溫的一種工藝。具體系統通過能量驅動，將低溫熱源的熱量傳遞到高溫熱源，使低溫熱源溫度降低，同時高溫熱源溫度升高，利用這種循環的設備為熱泵機[2]。吸收式熱泵機組就是利用了水在8KPa 的真空條件下，水的潛熱在2400KJ/Kg 左右來完成的低溫沸騰吸熱與吸收放熱的一個過程。

熱泵運行過程中有三大循環：熱源水循環、中介水循環、熱媒水循環。

（1）熱源水循環

利用污水提升泵作為動力來源，將污水中的熱能通過板式換熱器萃取出來，萃取完熱量的污水溫度從53.1℃降至45.8℃回到污水處理系統進行回注、外輸。

（2）中介水循環

利用中介水循環泵提供動力，以管路內軟化水為載體，將板式換熱器從污水中萃取的熱量提供給熱泵，中介水入口溫度47.9℃，經過熱泵內熱量交換后溫度降至42.8℃，再重新進入板式換熱器去萃取熱量。

（3）熱媒水循環

利用系統水循環泵提供動力，以管路內軟化水為載體，通過熱泵熱能交換，軟化水溫度由75℃升至83℃（2#熱泵由54.6 ℃升至68.9℃），高溫水進入列管換熱器與被加熱介質進行熱量交換，使被加熱介質達到工藝生產需要溫度。交換完后軟化水（熱媒水）溫度由83℃降至75℃通過系統水循環泵重新進入熱泵進行熱能交換。熱媒水循環是一個密閉的過程。

3 熱泵機組整體投運

（1）新建3000kw 熱泵2 臺。分別為高溫熱泵與低溫熱泵，能更好地提取污水中的低品質熱能用于不同加熱需求。其中高溫熱泵出口溫度為84℃，主要給脫水系統、摻水系統供熱。低溫熱泵出口溫度為75℃，主要給棗園油系統、孔店系統來液和采暖系統供熱。

（2）新建換熱器9 臺。其中低品質余熱換熱器3 臺，采用板式換熱器；高品質熱媒水換熱器6 臺，采用列管換熱器。

4 熱泵系統節能效果

孔聯合站加熱系統應用熱泵技術改造前，加熱系統能源消耗26258.7MJ/h，所有能源都由加熱爐燃燒油田伴生氣和燃油提供；改造后，加熱系統能源消耗總量為19441.8MJ/h，其中14501MJ/h 由熱泵和加熱爐消耗油田伴生氣提供，另外4940.8MJ/h 為熱泵系統從污水預熱中提取。

該系統安裝后節約能源量為11757.8 MJ/h，如果原油低位發熱值按41.868 MJ/ kg 計算，日節油6.0t。

結語

（1）熱泵系統與加熱爐供熱系統相比，具有更高的熱利用率，同時熱泵機組實現了生產中低品位熱能的回收和利用，減少了煙塵和氮氧化合物的排放，節能減排效果顯著。

（2）熱泵系統現場應用自動化程度高，通過網絡組態技術實現了生產參數自動錄取及動態監測；應用PLC 技術實現了生產運行的自動控制，員工勞動強度明顯降低。

（3）水源熱泵技術在油田的應用，需要有充足的高溫污水作為熱源和穩定的油田伴生氣作為熱泵的驅動源。

（4）列管換熱器是熱泵系統中熱轉換的關鍵設備之一。

（5）熱泵技術作為一項新工藝新技術在油田現場應用時，已取得了良好的效果，相信在今后各行各業的生產、生活中熱泵技術還會發揮出更出色的作用。