熱泵供暖在杏十二注水站的應用效果分析

周紅霞（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節能裝置[1]。某油田每年冬季供暖都會消耗大量的能源，而在油田生產過程中，會產生大量需要回注地下的30～35℃低溫水，在這些水中蘊含著大量的低溫能量，為充分利用這部分注水水源的熱量，有效回收能源[2]，某油田A注水站改造中采用熱泵技術，有效地將低溫熱源轉換為高溫熱能，實現冬季供暖。

1 現場應用

1.1 基本情況及改造方案

A注水站是一座相對獨立的小規模建筑，其采暖單體包括注水泵房、罐間閥室、35 kW變電所、熱泵房等供熱面積為1 170 m2，采暖熱負荷234 kW。改造后原鍋爐房內設2臺熱泵機組，配套換熱器1臺，污水泵2臺，二次水泵2臺，更換循環水泵2臺，水源冷熱水機組（中高溫型）運行參數見表1。

表1 水源冷熱水機組運行參數

1.2 運行情況及數據分析

從采暖期開始至10月中旬至次年4月中旬截止，室外最低氣溫-24℃左右，根據氣溫運行1臺機組（1臺機組備用），可保證室溫保持在19～22℃，能夠滿足采暖的需要，熱泵運行調查見表2。

熱泵技術自動控制程度高，無需設置專人管理，可根據天氣情況需求設定機組自動啟停的運行時間，避免不必要的資源浪費，并應用無線監控技術通過手機短信，使主機與操作人員建立聯系，可及時反饋出現故障情況，有效地縮短了故障報警后操作人員的響應時間，提高了設備運行的可靠性。

2 存在問題

新技術的應用是一個逐步完善的過程，通過跟蹤調查，了解到熱泵技術在A站應用過程中存在一些問題，主要是熱源水質不過關、采暖工藝不完善等。

2.1 熱源水質不過關

運行2年以后，換熱器出口溫度偏低，經現場調查發現，熱泵機組的板式換熱器中油田污水部分出水量下降，拆卸后發現板式換熱器的進口過濾器堵塞，分析為油田污水中投加有絮凝劑和殺菌劑兩種藥劑，導致污水中含有大量的聚合絮狀物，使進入板式換熱器的污水量減少，換熱器換熱效果不好，二次循環水換熱量達不到熱泵機組運行溫度，在運行過程中經常性出現機組升溫困難，出口溫度偏低，造成機組低溫停機等問題，嚴重影響正常運行。

表2 熱泵運行調查

2.2 采暖工藝不完善

設備運行以后，原有采暖管線穿孔次數增加，經現場調查發現，由于熱泵可根據溫度自動啟停，且熱泵機組制熱功率較大，啟機后升溫過程較快，使系統內水急劇汽化膨脹，運行壓力設置為0.8 MPa，當系統壓力小于0.8 MPa時可以看作是在密閉狀態下運行，管線上的排氣閥不動作，系統內無泄漏點，造成循環水部分壓力升高，原有采暖系統運行壓力為0.4 MPa，此系統壓力升高后極易引發原采暖管線在薄弱處穿孔。

3 解決措施

針對上述熱源水質不過關、采暖工藝不完善等問題，通過強化日常維護和管理，進行相應技術改造，確保了原有設備及管道的正常使用，減少了運行中出現的問題，提高了設備運行效率。

3.1 加強管理維護

1）制定機組維護保養管理制度，建立運轉記錄，對設備合理操作、確定過濾器清洗時間及次數、設定合適溫度、適時補水、對常見故障作出規定，規范員工操作，保證設備能平穩高效運行。

2）做好設備維護保養，采暖期開始前提前倒運設備，發現問題及時解決，防止采暖期故障影響供暖效果。值班室應做好墻體保溫及門窗密封，減少散熱，可根據天氣情況適當調整供熱溫度高低，以保證值班室溫度。

3.2 完善工藝措施

1）調整工藝流程，保障設備運行。針對由于污水水質堵塞換熱器，清除時需要停止設備，會影響供熱效果問題，在原有流程中增加了一條過濾器旁通流程，可以實現在過濾器清理時換熱設備不停運，保證了供暖系統的正常運行。

2）增加設備容量，提升換熱效率。針對由于換熱器出口溫度偏低，造成機組升溫困難，導致供熱溫度偏低的問題。對熱泵機組的板式換熱器進行增容，增加了20片換熱片，提高換熱能力，換熱器增容前后對比見圖1。

3）設定系統閾值，減少穿孔次數。因熱泵機組致熱功率較大，啟機后升溫過程較快，壓力超高，極易導致原有采暖管線在薄弱處穿孔。為此在采暖循環回水管線上裝一個的卸壓閥，當回水管線的壓力高于0.4 MPa時，卸壓閥動作卸壓，當壓力降到0.28 MPa左右，卸壓閥停止卸壓，系統壓力恢復正常。

4 效益評估

熱泵技術有效地利用油田含油污水的低位熱能，降低了對不可再生能源的消耗，減少了天然氣燃燒后廢氣和余熱的排放，并能較好地滿足油田上的供熱需求，具有顯著的節能和環保效果[3]；取消燃氣鍋爐后，拆除了A站供氣管線，從根本上避免了盜氣行為，也防止了因盜氣引起的燃爆等安全事故；通過運行，熱泵與燃氣鍋爐相比每年還可節約4名鍋爐操作工28萬的人工費用及14.89萬元的各類費用。

1）人工費用：采用熱泵技術可以實現24 h無人員值守，與運行鍋爐相比可節省操作人員4人，一名普通員工的年支付工資及各類費用以7萬元計算，4人共需支付28萬元/a。

2）運行費用：通過對比兩種采暖設備運行費用發現，原系統年耗氣約28.77×104m3（標況），耗電量約6.80×104kWh，運行成本為30.24萬元；應用水源熱泵新設備后，耗電量約24.06×104kWh，運行成本為15.35萬元，每年可節約生產成本14.89萬元（電費0.638元/kWh，燃氣費為0.9元/m3計），節能效果顯著。另外，常規采暖系統中設備使用年限大約在15～20年左右，而熱泵工藝的設備使用年限大約在40～50年，從而將大大降低設備更換產生的各項費用[4]。同時，熱泵技術還可避免盜氣及因盜氣引發的安全事故。

圖1 換熱器增容前后對比

3）社會效益：鍋爐燃燒天然氣釋放的1 000℃左右高溫，而實際利用的僅是60～80℃的低溫熱，這不僅造成極大的浪費，使能源的利用率低了60%～70%，而且由于大量的燃燒化石燃料，也產生了大量的有害氣體、粉塵等，嚴重影響了周邊地區的生態環境，危害的人們的身心健康，熱泵技術在運行過程中不產生CO2等廢氣及余熱排放[5]，每年減少溫室氣體排放28.77×104m3（標況）。

5 結論及建議

作為耗能大戶的油田，因地制宜，科學規范的推廣余熱資源的回收和利用技術[6]，是踐行綠色低碳可持續發展的重要途徑，既有利于優化油田能源，節約的油氣資源能保障油氣商品量的供應，滿足油氣日益增長需求，又能提高能源的利用率，降低能耗指標，對節能降耗起著積極重要的影響[7]。通過熱泵在A注水站運行效果表明，熱泵技術應用前景廣泛，可在距離熱源較遠、相對獨立的注水站等小型站庫采用熱泵加熱采暖技術，能夠合理地利用油田污水中的余熱，滿足采暖需要，防止了燃氣鍋爐料燃燒過程產生的廢氣、余熱對生態環境的污染，實現節能減排的效果，又可緩解城市熱島的現象[8]。防止了盜氣行為，徹底避免因盜氣引起的燃爆等安全事故。

建議在油田熱泵推廣應用過程中，應充分考慮水源水質對機組的影響，尤其需要優化研究泵前換熱器的結構和材質，做好技術儲備，可采用大通道內部結構的超高效換熱器防堵[9]；設備選型時推廣靜音型產品，減少噪音污染；如采暖系統為已建傳統散熱器方式（供回水溫度80℃/60℃），建議采用超高溫熱泵機組（供水溫度80℃），以降低采暖系統改造投資[10]。