摘要：本文介紹了勝利油田孤東采油廠利用熱泵型原油加熱系統，對油田高溫污水余熱資源進行充分利用，介紹了系統的設計方案和現場應用情況，分析了現場應用數據、經濟效益以及運行效果與設計目標存在差距的原因分析，為油田伴生資源綜合利用提供了有益的借鑒。

關鍵詞：油田 熱泵 系統 資源綜合利用

Abstract：This paper introduces the Shengli Oil Field Gudong Oil Production Plant used heat-pump oil-heating system to make full use of high-temperature water waste resources. This paper introduces system design on-site application, analysis of application data at the scene, the economic benefits as well as the running effect with the design goals of the reasons for the gap analysis, the comprehensive utilization of resources for the field associated with the provision of a useful reference.

Key words： Oilfield   Heat-pump   System   Comprehensive utilization of resources

1引言

發展循環經濟、建設資源節約型和環境友好型社會，是實現全面建設小康社會目標的必然選擇，也是實現油田可持續發展的必由之路。目前勝利油田有大量的40～70℃污水余熱沒有充分利用就進行回注或外排，造成了余熱資源的浪費。同時在采出液處理過程中，又需要大量的熱能以滿足原油生產需要。以勝利油田孤東采油廠四號聯合站為例，目前進孤東四號聯合站的采出液為16000立方米/天，溫度為42℃，經常溫游離水脫除器脫水后，依然有4000立方米/天的液量需要被加熱到78℃，日需求熱量總量約為20萬千瓦時，而孤東四號聯合站70℃左右高溫污水資源量為2550立方米/天，38～40℃低溫污水的資源量為12000立方米/天。若高溫污水通過直接換熱器利用，溫差為15℃，可利用熱量為4.5萬千瓦時；低溫污水通過熱泵等能量轉換設備加以利用，溫差為5℃低溫污水，高溫污水余熱直接利用后，再次通過熱泵等能量轉換設備加以利用，溫差為20℃，可利用熱量為12.9萬千瓦時。由此可見，孤東四號聯合站高、低溫污水的可利用熱能資源量已經達到其需求量的3/4左右。為此， 2005年底我們提出了利用污水余熱給原油加熱這一研究課題，在孤東四號聯合站熱泵型原油加熱系統應用試驗，取得了良好的現場應用試驗效果，為油田污水余熱的綜合利用提供了一個思路。

2熱泵型原油加熱系統設計

2.1工藝流程設計

如圖1所示，系統由兩級換熱組成，一級換熱為污水直接對原油換熱；二級為熱泵機組通過污水換熱器將污水作為熱源產生高溫水（軟化水）給原油加熱，從而將原油加熱到所需溫度。其中污水來源于孤東四號聯合站一次罐排放的70℃左右的高溫污水，原油來源于加熱爐入口進油管線，與加熱爐并聯，系統污水排放至污水站，原油加溫后送至分離器。

2.2理論計算

設計以加熱原油的數量按每天955.2噸/天 (質量流量39.8噸/小時)，原油含水率80%，原油比重960千克/立方米，原油比熱0.5千卡/千克.℃計算。加熱系統采用兩級加熱，一級采用換熱器使原油溫度從42℃加熱到60℃；二級采用2臺SBLGR-300H高溫熱泵機組， 使原油溫度從60℃加熱到78℃。二級熱泵機組蒸發器的低溫熱源通過污水換熱器在油污廢水中提取。

（1）一級換熱器加熱負荷

一級換熱器將原油由42℃加熱到60℃，原油一級加熱量Q1：

Q1=[0.5×39.8×0.2×（60-42）+1×39.8×0.80×（60-42）]×1.163=749.9千瓦

（2）二級換熱器加熱負荷

二級換熱系統將原油由60℃加熱到80℃，原油二級加熱量Q2：

Q2=[0.5×39.8×0.2×（78-60）+1×39.8×0.80×（78-60）]×1.163=749.9千瓦

采用2臺SBLGR-300H高溫熱泵機組為二級換熱器提供熱量加熱原油，SBLGR-300H高溫熱泵機組制熱量為395千瓦，電機功率95千瓦。熱泵機組制冷395-95=300千瓦。

（3）高溫熱泵機組冷凝器泵

高溫熱泵機組冷凝器泵進出水溫度分別為85℃和78℃，循環泵流量：

G1=749.9×0.86/（85-78）=92.1立方米/小時，共二臺。

（4）高溫熱泵機組蒸發器

高溫熱泵機組蒸發器進出水溫度分別為57℃和50℃，高溫熱泵機組制冷量為300×2=600千瓦。蒸發器循環泵流量：

G2=600×0.86/（57-50）=73.7立方米/小時。共二臺。

（5）油污水換熱器通過的高溫污水流量

油污水換熱器換熱量為600千瓦，油污廢水進出油污換熱器的溫度為66℃和55℃。

需高溫污水流量G3=600×0.86/（66-55）=46.9立方米/小時。

（6）一級換熱器通過的高溫污水流量

一級換熱器換熱量為749.9千瓦，油污廢水進出油污換熱器的溫度為66℃和55℃。

需高溫污水流量G4=749.9×0.86/（66-55）=58.6立方米/小時。

（7）高溫污水總流量

油污廢水總流量G5=G3+G4=46.9+58.6=105.5立方米/小時。

2.3配套工藝

2.3.1污水過濾工藝

對污水的過濾，采用日本原裝DAST自動清洗過濾器，為了解決過濾油性液體時，網壁上產生油膜而堵塞濾網及油污廢水中含有高分子聚合物等問題，日本制造公司在DAST的刮刀上設計了反吸器裝置。反吸器的工作原理是，在過濾器的底部再設計一個排污口，排污口與反吸器是相通并在排污口設一個電磁開關控制。當傳感器檢測到網孔被油污和高分子聚合物堵塞時，在啟動刮刀旋轉的同時，排污口的控制閥按設定方式執行打開、閉合的程序啟動動作。達到自動和高效清洗過濾的目的。

2.3.2系統自動控制

“孤東四號聯合站余熱利用控制系統”是運用高科技現代化自動控制技術，對熱泵、換熱器等設備實現現場數據采集、遠程自動監控，集參數監測、參數優化、自動切換、報警、記錄、報表生成、運行保護及運行設置（高級維護管理）于一體，實現熱泵的“高溫、高效、環保、節能”的優點，滿足原油加熱的需求，同時大大的提高了能源利用效率，節能效果顯著。其中采集參數包括：

（1）含水原油進入系統前的溫度、壓力，升溫后的溫度、壓力，含水原油流量；

（2）含油污水進入系統前的溫度、壓力，降溫后的溫度、壓力，含油污水水泵的吸合狀態；

（3）熱泵的參數接口，采集數據

（4）變壓器側的電參數數據采集

導出參數包括：

（1）實時計算熱泵蒸發側總吸熱量；

（2）實時計算熱泵冷凝側總放熱量；

（3）計算各臺熱泵的COP；

（4）計算系統的總COP效率

3現場試驗數據分析

系統運行后，被加熱原油溫度、流量為46℃、35.6立方米/小時，加熱后原油溫度達到了74℃。實際取用污水溫度、流量為69.96℃、85立方米/小時，換熱后污水溫度為60.94℃（12月23日3：00數據）

（1）現場系統供熱量計算

根據現場記錄的參數進行供熱估算原油總吸熱功率如下（其中以水的比熱為1卡、原油比熱為0.5卡、原油含水75％計算）。

原油總吸熱功率＝（原油含水水量×比熱＋原油量×比熱）×提升溫度×轉換系數

＝（35.6×0.75×1+35.6×0.25×0.5）×（74-46）×1.163

＝1014.4千瓦

即系統原油總吸熱功率為1014.4千瓦。

（2）油田技術檢測中心測試數據計算

如附表《孤東四號聯合站水源熱泵系統測試計算數據綜合表》可知，勝利油田技術檢測中心測試原油平均吸熱功率為1047.65千瓦，熱泵平均能效系數(二級換熱)為4.05，熱泵系統能源利用率94.97％。對比現場錄取與檢測中心測試數據，技術檢測中心測試熱泵系統平均吸熱功率多33.35千瓦，兩者基本相符，故不再用勝利油田技術檢測中心數據做效益分析。

4效益分析

根據2005年12月21日至12月30日的高壓測電量計量記錄可知系統平均日耗電量為2500千瓦時左右，電費為1250元/天。

原油燃燒熱值35000千焦/千克，燃燒效率為0.8計算，原油實際吸熱量折算原油日燃燒量為：

1014.4/（0.8×35000）×3600×24＝3130千克

原油價格以1980元/噸計算，原油實際吸熱量折算原油日燃燒量價值為：3.13×1980＝6198元

系統日節約價值為：6198-1250＝4948元

系統以年運行350天計算，年預測效益為：4948×350＝173.18萬元。

以目前狀態運行系統投資回收期預測為：500：173.18＝2.89年。

以目前運行狀態計算系統能效系數為：1014.4：（2500/24）＝9.73。

即系統使用一度電可以置換出9.73千瓦時的熱量。

5系統運行效果與設計目標差距的原因分析

由以上數據可知原油的總吸熱功率，無論是勝利油田技術檢測中心測試的1014.4千瓦，還是勝利油田技術檢測中心測試的1047.65千瓦都與設計的1500千瓦有較大的差距，分析原因主要有以下幾個方面：

（1）系統設計原油含水為80％，目前被加熱原油含水75％左右，因水的比熱比原油大，降低了原油的吸熱量。

（2）系統設計原油流量40 立方米/小時，因原油含氣較多，為避免氣錘效應對系統的沖擊降低了原油流量5立方米/小時。

（3）系統處于運行初期，為確保系統安全運行，適當調低了熱泵回水溫度（88℃），致使被加熱原油沒有達到設計溫度78℃。

（4）系統設計存在一定不足，一是沒有考慮到冬季游離水常溫脫除器的氣分離效果；二是殼管式換熱器換熱容量較小，特別是一級換熱器換熱容量明顯偏低，如果將一級換熱器的換熱容量加大1/2，將原油溫度提升至62～64℃，系統的節能效果將會更好。

（5）由于原油過濾器經常被污物堵塞，造成被加熱原油不能時時在線計量，原油只能走旁通，影響了系統的自動化系統的正常運行。

6結束語

通過熱泵型原油加熱系統在勝利油田孤東采油廠現場試驗應用證明，油田高溫污水通過兩級換熱的利用方式在技術上是可行的，經濟效益和社會效益是可觀的，是油田伴生余熱規模開發的有效途徑。

參考文獻（略）

作者簡介：

   朱益飛（1967--），男，浙江諸暨人，高級工程師，1989年畢業于華東石油學院生產過程自動化專業，現從事于油田計量與節能新技術新工藝的研究開發與推廣應用工作。

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