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热泵回收污水余热技术在油田采暖中的应用

文档作者：惠喜强1 包新善2 惠刚1 辛礼印3 王德发4 文档来源： 1．中国石油天然气管道局东北管道公司 2．山东富尔达空调设备有限公司，黑龙江大庆163453； 3．中国石油天然气股份有限公司规划总院 4．山东东方海洋科技股份有限公司		点击数：	更新时间： 2024年06月16日
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上一篇：吸收式热泵对油田热污水的有效利用

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节能
ENERGY CoNSERVATl0N
2013年第10期
(总第373期)
热泵回收污水余热技术在油田采暖中的应用
惠喜强1，包新善2，惠刚1。辛礼印3。王德发4
(1．中国石油天然气管道局东北管道公司，辽宁沈阳110031；
2．山东富尔达空调设备有限公司，黑龙江大庆163453；
3．中国石油天然气股份有限公司规划总院，北京100083；
4．山东东方海洋科技股份有限公司，山东烟台264003)
摘要：每年油田开采会产生大量的含油污水，污水温度大部分在35—45℃范围内，这些采出污水经过
处理后，直接用于油田注水开发或地面存放自然蒸发，既浪费了大量的热资源，又对周围环境造成一
定的影响；而在油田建筑采暖、制冷及原油处理等方面，却需要大量的热能。本文介绍了采用吸热式
热泵技术将油田污水余热提取后用于油田建筑采暖、制冷、供热水，取代燃油气供热锅炉、供冷空调生
产实践，并进行了投资和经济效益分析。
关键词：油田污水余热；热泵技术；供热制冷；应用实践；效益分析
中图分类号：X741文献标识码：B文章编号：1004—7948(2013)10一0040—04
doi：103969／j．issn．1004—7948．2013．10．008
引言
“十五”时期以来，随着国内主力油田进入中
后期开发，原油生产综合含水率不断攀升，油田采
出污水量逐年增多。以中国石油所属油田为例，原
油生产综合含水率由2001年的82．98％，上升到
2011年的87．6％；采出污水总量由2001年的4．94
亿m3，上升到2011年的6．525亿m3。
油田采出污水温度较高，蕴含着大量的热能，
例如辽河油田稠油污水温度可以达到70℃，大庆
等常规油田采出污水温度一般在35—45℃，这些
采出污水经过处理后，直接用于油田注水开发或存
放使之自然蒸发，既浪费了大量的热资源，又对周
围环境造成一定的热污染。而在油田建筑采暖、制
冷及原油集输、处理及外输等生产过程中却需要大
量的热能，诸多的加热过程需要耗费大量的能量。
目前，中国石油用于油田工艺和采暖加热的锅
炉达到1800余台、加热炉12000台左右，这些加热
设备一次能源效率平均为80％左右，每年热力消
耗需要的能源超过800万吨标煤。
含油污水中的能量具有品位较低、水中成分复
杂等特点。如何回收利用这部分热能来为油田生
产和生活服务，实现变害为宝、保护环境、造福社会
是人们一直关注的问题。大庆油田采油五厂作业
大队、生产维修大队采用热泵技术回收含油污水的
余热用于供暖、制冷项目的实施，是一个降低油、气
能源消耗，节约生产成本，提高能源利用效率的成
功实践。
1采用热泵技术供暖前存在的问题
采油五厂作业大队、生产维修大队分别建于1980
年、1982年，两个大队场区内分别有办公楼、各种车
间、锅炉房、热水站、软化水站、车库、库房等建筑70栋
和24栋，合计建筑面积分别为458401112、16044m2。
两个大队场区各建1座锅炉房，主要承担着相
应大队冬季供暖以及作业工浴室、洗衣间供热水任
务。作业大队锅炉房拥有锅炉4台，其中燃油热水
锅炉2台，主要用于冬季采暖供热，总供热能力
14MW。油气两用蒸汽锅炉1台、燃油蒸汽锅炉1
台，主要供浴室及洗衣间用热水，总供热能力为
8t／h，燃料为原油和天然气。冬季运行1台热水锅
炉、1台蒸汽锅炉；生产维修大队锅炉房拥有锅炉3
台，其中热水锅炉2台，供热能力为8．4MW，蒸汽
锅炉1台，供热能力为6t／h，燃料为原油。冬季运
行1台热水锅炉、1台蒸汽锅炉；供热参数均为
80。c／60。C热水。
万方数据
2013年第10期
(总第373期)
节能
ENERGY CONSERVAlⅡON
主要存在的问题有如下几个方面：
I)锅炉外壳腐蚀严重，保温层多处损坏，燃烧
器结焦严重，炉体内部漏水，锅炉热效率低，循环泵
以及补水泵已运行20多年，老化严重，维修困难。
2)作业大队锅炉房4’炉经锅炉检验所检测，
炉管严重变形，已定为报废锅炉，当34炉出现故障
时没有备用炉。
3)两锅炉房变压器整体老化、耗能高，照明线
路、动力电缆由于长时间运行，已严重老化，经常出
现故障，维护工作量大；自动点火及熄火保护装置
是多个厂家生产，产品质量及售后服务不一致，管理
难度较大，存在运行不可靠及报警不正常等问题。
2供热、制冷方案的选择
采暖改造将作业大队与生产维修大队供热、制
案做出综合对比分析，通过分析得出热泵技术方案
投资高于加热炉方案，但年运行成本和十年净现值
指标数据都低于加热炉方案，且管理方便，故推荐
采用热泵技术方案。
2．1热负荷计算
两个大队计算采暖面积合计为65075m2。按
照建筑性质不同，根据国家行业标准《城市热力网
设计规范)CJJ34—2002推荐值，采暖热指标分别取
80—180W／m2，制冷指标分别取120—200W／m2，并参
照已建锅炉房年耗油量情况，新建热源采暖负荷为
7963kW(包括规划预留1925kW)、制冷负荷
1780kW。供热负荷和制冷负荷计算如表1所示。
2．2热泵机组供热、制冷技术方案的实施
热源站选址位于作业大队厂区的西北侧，利用
杏V一1联合站油田回注水，采用热泵机组冬季供热、
冷统一考虑，对采用热泵技术和燃气加热炉技术方夏季制冷，并对两个大队供热管网进行整合改造。
表1供热负荷和制冷负荷计算表
1)工艺流程。
冬季采暖：35℃的含油污水经污水泵升压后进
入热泵机组蒸发器释放热能，温度降至23℃再回
到杏V—l联合站。60℃的采暖回水进入热泵机组
冷凝器吸热后，温度升至80℃送至采暖系统供热。
热泵技术供暖工艺流程如图1所示。
夏季制冷：12℃的制冷回水在热泵机组蒸发器
散热后，温度降至7℃送至用户制冷。45℃的中间
清水在热泵机组冷凝器吸热后，温度升至50℃后
进入制冷换热器，在制冷换热器散热温度降至
45℃后回热泵机组冷凝器循环使用。35℃的含油
污水经污水泵升压后，进入制冷换热器，吸热后温
度升至40℃返回杏V—l联合站。
洗浴及洗衣生活用水：10℃的生水在板式换热器
吸热，温度升至60℃后分为2个回路，一路直接送至
浴池；另一路经电加热器加热至踟℃后送至洗衣间。
2)低温热源(含油污水)、供水管道及升压泵。
杏V-1联合站距新建热源站距离1．6km，新建
妒77×8供、回水管道3．2km。在杏V一1联合站新
建升压泵房(内设供水泵2台Q=400m3／h、H=
50m)向热源站提供含油污水，日供水量9600m3，
来水35℃、回水23℃。
3)热泵机组及设施选型。
选用4台1915kw、I台445kW超高温热泵机
组，冬季5台热泵机组全部运行，夏季运行1台
1915kw热泵机组制冷，1台445kW热泵机组供
热。并配备循环水泵、中间水循环泵、补水泵、生水
泵、生活热水泵共计12台，电加热器、板式换热器、
双级软化水装置共6套，100m3热水罐、生水罐、软
化水罐各1座。
万方数据
节能
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图1热泵技术供暖工艺流程框图
4)供配电。
热泵机组新增用电负荷2227kW由杏V．1变
35／6kV变电所供电。热源站新建外附式变电站1
座，内设变压器2台(6．3／0．4kV、1600kVA)，引自
杏V．1变电所2回6kV架空敷设LJ一150型线路
3．2km，并配备相应低压配电屏、照明配电箱7面。
5)供暖外管网。
新建埋地担19 X 7黄夹克保温采暖管道
3km、架空咖159×6岩棉保温采暖管道9．5km。
6)建筑部分。
新建总建筑面积为714m2，包括升压泵房、热
泵房、水处理及水泵问、值班控制室、化验室盐库
等；新建6m宽道路40m，水泥地坪场地300m2。
3节能效果分析
采油五厂作业大队、生产维修大队采用热泵技
术供热、制冷改造工程于2009年投产运行，几年来
取得了良好的经济效益和社会效益。工程建设投
资2900万元，年运行成本453．9万元，采用热泵技
术方案与原锅炉运行方案相对比，每年节约原油
2523万t、天然气72．4万m3、多耗电624．4万
kWh，热泵技术运行方案比原燃油锅炉运行方案每
年节约标准煤3813．8t。能源消耗对比如表2所示。
表2能源消耗对比表
天然气／万m，翥霎50
22．4
—50
—22．4
折合标准煤／t
物耗按原油3156 Y-t／t，天然气1．21影m3，电
0．5473元_／kWh计算，改造后采用热泵技术方案比
原燃油锅炉运行方案仅燃料费一项每年就节约
544．97万元，达到了预期的节能效果和良好的经
济效益。
4结语
1)大庆油田采油五厂作业大队、生产维修大
队采用热泵技术供热、制冷改造工程利用油田污水
余热提取后提供供暖、制冷，替代燃油气锅炉，符合
国家鼓励的节能减排技术发展方向。能源利用效
率高，热泵式加热系统的一次能源利用效率与原有
的锅炉相比可提高50％以上；可转变或改善高品
质矿物燃料能源用于低品质用途的不合理的现状，
每年节约了大量宝贵的原油和天然气。
2)热泵技术成熟、安全可靠，系统建成后运行
稳定，易于推广应用。虽然工程建设一次性投资比
锅炉或常规加热炉高，但运行成本费用低，可以通
过节约运行费用在短时间内收回初期投资。
3)有利低碳生产和环境保护，其效果显著。
热泵式加热系统没有矿物燃料的燃烧过程，废气的
排放量大幅度降低；系统在充分利用了含油污水余
热的前提下，降低了含油污水的温度，减少了含油
污水对环境的热污染，具有明显的环保优势。
4)热泵式加热系统适用于电力来源充足和方
便的工作环境和场合，这在油田的主要站场上都是
可以得到保证的。
5)有条件的油田企业在充分做好技术经济方
案比选论证的基础上，在资金、技术、管理上给予扶
持和激励政策导向，利用热泵技术回收油田采出污
万方数据
2013年第10期
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水余热用于油田生产、生活供热和制冷的前景是可
观的。
参考文献
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设回收热电厂循环冷却水低温热量供暖工程可行性研
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田地热(余热)资源2008—2010年综合利用规划[R]．
2008．06，
[4]CJJ34～2002，城市热力管网设计规范[s]．
作者简介：惠喜强(1971一)，男，辽宁开原人，大学，工程
师，从事管道施工工艺、石油节能设备研究工作。
收稿日期：2013—05—08；修回日期：2013—08—08
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