【文章內(nèi)容簡介】 備，石油行業(yè)已經(jīng)在加熱爐和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的高溫?zé)煔庥酂峄厥辗矫嫒〉昧溯^好的效益。.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告但是其他形式的低品位熱能并沒用被充分利用，怎樣充分利用油氣開采過程中的熱能，一直是工程技術(shù)人員最關(guān)心的問題。我們通過廣泛調(diào)研，發(fā)現(xiàn)水源熱泵技術(shù)可以提取生產(chǎn)污水的低品位熱源，通過熱泵機(jī)組的品位提升，滿足生產(chǎn)、生活用熱的目的，而***油田污水量不僅量大而且溫度高，具備利用價(jià)值。在調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過對***油田各聯(lián)合站采用加熱爐及燃料消耗現(xiàn)狀分析，優(yōu)選出天然氣驅(qū)動(dòng)的吸收式水源熱泵對***聯(lián)合站進(jìn)行加熱系統(tǒng)改造。利用***聯(lián)合站不多的天然氣資源和部分電能，通過熱泵機(jī)組回收利用4750℃的外排污水余熱，用于聯(lián)合站內(nèi)生產(chǎn)生活的加熱，節(jié)約燃料原油，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。（一）水源熱泵原理和效果水源熱泵機(jī)組根據(jù)驅(qū)動(dòng)源的不同分為吸收式水源熱泵和壓縮式水源熱泵，其中吸收式水源熱泵以蒸汽或天然氣等為驅(qū)動(dòng)源，壓縮式水源熱泵以電能驅(qū)動(dòng)。熱泵原理1）吸收式水源熱泵原理溴化鋰吸收式熱泵是以溴化鋰溶液為吸收劑，以水為制冷劑，利用水在高真空下蒸發(fā)吸熱達(dá)到吸收低溫?zé)嵩礋崮艿哪康?。溴化鋰吸收式熱泵主要是由吸收器、發(fā)生器、冷凝器和蒸發(fā)器四部分組成的。原理示意圖見圖33。吸收式熱泵在以天然氣為驅(qū)動(dòng)源時(shí)，天然氣燃燒放出的熱量在發(fā)生器內(nèi)加熱溴化鋰稀溶液產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽進(jìn)入冷凝器放出熱量，冷凝成液體后進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器低溫低壓環(huán)境下吸收熱源水的熱量蒸發(fā)，這部分低溫低壓蒸汽進(jìn)入高壓的吸收器中絕熱壓縮，溫度升高后被吸收，然后進(jìn)入發(fā)生器進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。水源熱泵的輸出溫度取決于熱源水溫度的高低，一般來說，被加熱介質(zhì)的最高溫度可以高于熱源水出口溫度40℃以上。.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告2）壓縮式水源熱泵原理一臺(tái)壓縮式熱泵裝置，主要有蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥四部分組成，通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量）?壓縮（溫度再升高）?冷凝（放出熱量）?節(jié)流?再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中。原理示意圖見圖34。圖 33 吸收式熱泵原理示意圖圖34 壓縮式水源式熱泵原理示意圖熱泵機(jī)組通過三個(gè)能量變化階段進(jìn)行工作。第一階段：機(jī)組中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中與低品位熱源進(jìn)行熱交換，吸收熱量蒸發(fā)成氣體，實(shí)現(xiàn)制冷劑的蒸發(fā)提取低品位熱能階段。第二階段：蒸發(fā)吸收的氣體被吸入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，變成高溫、高壓的氣體推進(jìn)冷凝器，實(shí)現(xiàn)熱量由低品位熱能向高品位人能的轉(zhuǎn)化階段。第三階段：被推進(jìn)冷凝器的高溫高壓的氣體與換熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換釋放高.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告品位熱能，并變成液態(tài)。實(shí)現(xiàn)了高品位熱能的輸出階段。在整個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程中，制冷劑把從蒸發(fā)器內(nèi)吸收來的低品位熱能與輸入的電能之和，一同轉(zhuǎn)化給換熱介質(zhì)，達(dá)到了熱泵將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能的目的。在利用低品位熱能的同時(shí)，只消耗了少部分電能，從而達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)現(xiàn)的效果吸收式水源熱泵機(jī)組能效比在 ，以天然氣等燃料或蒸汽為動(dòng)力源，配合少量的電能消耗，提取污水中的低品位熱能，可以大幅度減少燃料的消耗，特別是減少燃料油的消耗，降低運(yùn)行成本。壓縮式水源熱泵機(jī)組能效比在 左右，以電力為動(dòng)力，提取污水中的低品位熱能，替代現(xiàn)有的燃料，節(jié)能降耗，降低運(yùn)行成本。采用熱泵機(jī)組后，節(jié)省外排污水處理過程中的污水冷卻費(fèi)用。由于現(xiàn)有加熱爐已經(jīng)建于 1996 年，到 2022 年需要更新改造，可以節(jié)省加熱爐更新改造費(fèi)用。（二）熱泵技術(shù)發(fā)展歷程熱泵系統(tǒng)，十九世紀(jì)六十年代開始在美國提出之后，經(jīng)過40年的不斷改進(jìn)和發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，其產(chǎn)品已逐漸商品化，迄今已經(jīng)在北美建筑中應(yīng)用了40多年。進(jìn)入七十年代后，這項(xiàng)技術(shù)在日本的推廣應(yīng)用很快。東芝、三菱電機(jī)、PMAC公司均有水源熱泵產(chǎn)品出售，日本的東京、名古屋、橫濱等城市在七十年代初就有很多采用熱泵系統(tǒng)的工程實(shí)例，例如，東京鐮倉河岸大廈、平和東京大廈等。北歐在熱泵方面的應(yīng)用比較領(lǐng)先，現(xiàn)在整個(gè)北歐有180多臺(tái)大型熱泵在運(yùn)行。我國最早在五十年代就曾經(jīng)在上海、天津等地夏取冬灌的方式抽取地下水制冷?，F(xiàn)在，隨著節(jié)能減排，改善空氣質(zhì)量，城市中嚴(yán)格控制燃煤鍋爐的應(yīng)用，熱泵機(jī)組開始逐步應(yīng)用。在北京已有近800萬平方米的居民小區(qū)建筑和公共建筑采用熱泵系統(tǒng)供熱，像北京武警學(xué)院、菊兒小區(qū)等。中國中央和地方政.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告府支持熱泵技術(shù)的力度也逐漸加大，相繼出臺(tái)了多項(xiàng)政策，引導(dǎo)行業(yè)的健康發(fā)展。現(xiàn)在水源熱泵技術(shù)已經(jīng)較為成熟，水源熱泵根據(jù)驅(qū)動(dòng)源的不同分為吸收式熱泵和壓縮式熱泵。吸收式熱泵可以采用蒸汽或天然氣等為驅(qū)動(dòng)源，天然氣驅(qū)動(dòng)的吸收式熱泵機(jī)組能效比為 ，在增加少量耗電的情況下，利用天然氣作為主動(dòng)力，提取污水中充足的低品位熱源，減少能耗和降低運(yùn)行費(fèi)用。壓縮式水源熱泵能效比在 ，采用電力驅(qū)動(dòng)提取污水中充足的低品位熱源，減少能耗和降低運(yùn)行費(fèi)用。(三)熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用的條件到目前為止，熱泵技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，設(shè)備本身不會(huì)影響熱泵技術(shù)的大面積推廣，熱泵技術(shù)大面積推廣的關(guān)鍵在熱源方面和應(yīng)用。具體要求有以下幾點(diǎn)：熱源穩(wěn)定而且是可再生的，可循環(huán)利用；熱源介質(zhì)的低腐蝕性，對設(shè)備的損耗比較??；對熱源的熱量提取不會(huì)導(dǎo)致原有生態(tài)平衡的傾斜和影響周圍的環(huán)境。加熱溫度一般只能滿足100℃以下的用熱需求。有充足的動(dòng)力，根據(jù)熱泵機(jī)組的不同可選用電力或天然氣等。針對不同的環(huán)境，可采用的熱源主要有以下幾種： 空氣源熱泵：主要應(yīng)用在家用小型空調(diào)系統(tǒng)中，存在的主要缺陷是溫度不太穩(wěn)定，容易受外界環(huán)境的影響，流量也不易受控制，容易結(jié)霜，大面積推廣使用收到限制。 土壤源熱泵：是以大地為熱源對建筑進(jìn)行空調(diào)的技術(shù)，缺陷是地下埋管換熱器的供熱性能受土壤性質(zhì)影響較大。 水源熱泵：主要有地表水源熱、地下水源、工業(yè)循環(huán)水、工業(yè)廢水等幾種。.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告1）地表水源一般水量較大，換熱時(shí)取水溫差比較小，效果好于空氣源和地源，主要缺陷是必需靠近江河湖海等水源豐富的地區(qū)。2）以地下水為熱源是現(xiàn)在社會(huì)比較盛行的一種取熱方式，即采取地下打井埋管的方式。但該技術(shù)受地下水資源量和政府對地下水取用限制的影響。3）工業(yè)循環(huán)水、工業(yè)廢水主要集中在熱電廠、化工企業(yè)、石油生產(chǎn)加工企業(yè)等有大量冷卻循環(huán)水、外排污水和石油開采企業(yè)具有大量的回注水，溫度在30℃以上其流量穩(wěn)定，不結(jié)霜，也不會(huì)對外界環(huán)境造成壞的影響。利用這些水源進(jìn)行熱泵提取可以達(dá)到多重效果。（四）污水余熱回收利用站址的選擇***油田現(xiàn)有污水產(chǎn)出的聯(lián)合站19座，其中采用燃?xì)夂腿加碗p燃料加熱的聯(lián)合站7座。在這七座聯(lián)合站中，***聯(lián)合站存在原油消耗數(shù)量大，加熱爐運(yùn)行時(shí)間長，污水外排溫度高，加熱溫度在80℃以下等諸多特點(diǎn)，是最理想的應(yīng)用場所。四、污水余熱回收利用方案根據(jù)對***聯(lián)合站各運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)和物料熱能情況的計(jì)算，該站在冬季最高熱負(fù)荷8403kw：其中78℃熱負(fù)荷2198kw，75℃熱負(fù)荷2062kw，65℃以下熱負(fù)荷4143kw。日常熱負(fù)荷70℃及以上3505kw，70℃以下3755kw。***聯(lián)合站現(xiàn)有天然氣11000m 3/d，可以提供熱量4525kw。現(xiàn)有47℃的外排污水3000m 3/d，在溫度降低到20℃情況下可以提取3920kw的熱量，熱源滿足該站8403kw的總用熱需求，同時(shí)外排污水處理不受影響。（一）規(guī)劃方案方案一：現(xiàn)有天然氣可以提供4525kw的熱能，總的用熱需求為8403kw，需求與天然，因此，***滿足該站的總用熱需要。該熱泵需要提取污水能量3978kw，提取熱能后.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告3000m3/d外排污水溫度從47℃℃，可以滿足污水外排處理要求。70℃及以上加熱需求包含外輸、摻水和脫水，可以采用1臺(tái)5000kw或2臺(tái)2500kw熱泵機(jī)組，其中在特殊情況下外輸加熱提升到80℃左右來保證外輸管線的正常運(yùn)行。為了保證外輸加熱的穩(wěn)定性和溫度的提升要求，確定外輸加熱由1臺(tái)2500kw的熱泵單獨(dú)提供，同時(shí)另外1臺(tái)2500kw熱泵可以作為外輸熱泵的備用設(shè)備。熱泵加熱能力： 10000kw其中：外輸采用2500kw熱泵1臺(tái)，脫水和摻水采用2500kw熱泵1臺(tái)，南部來油、系統(tǒng)及采暖采用5000kw熱泵1臺(tái)。燃料：天然氣11000m 3/d，在天然氣供應(yīng)不足情況下，可補(bǔ)充原油為熱泵驅(qū)動(dòng)源。污水水源：外排污水3000m 3/d，溫度在4750℃，取熱范圍為3000m3/d，溫度最低值47℃，取熱后污水溫度20℃直接進(jìn)外排處理系統(tǒng)。熱泵機(jī)組及配套：新建2500kw熱泵2臺(tái)，5000kw熱泵1臺(tái)；熱源污水用換熱器4具，加熱介質(zhì)用換熱器7具，循環(huán)水泵1套，水處理裝置1套等。為了延長熱泵機(jī)組的檢修周期和減少維護(hù)費(fèi)用，污水以及被加熱介質(zhì)與熱泵機(jī)組之間采用換熱器進(jìn)行熱量交換，熱泵機(jī)組、換熱器、循環(huán)水泵、水處理裝置、水箱、除污器及自控系統(tǒng)建于輔助廠房內(nèi)，工藝流程示意圖見圖35和圖36。熱泵泵房及外部管網(wǎng)配套熱泵房建于現(xiàn)聯(lián)合站東側(cè)的空地，占地面積 4050m。污水站新建熱源污水提升泵 2 臺(tái)，新建熱源污水、系統(tǒng)來液、脫水、摻水、采暖、外輸與熱泵機(jī)組的連通管道。所有需加熱的油水管線全部保溫架空敷設(shè)。平面位置見圖 37。.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告圖35 方案一熱泵工藝流程示意圖圖36 方案一系統(tǒng)加熱工藝流程示意圖.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告圖37 方案一平面布置示意圖 工 程 投 資 2484 萬 元 ， 主 要 工 程 量 及 投 資 估 算 見 表 37。表 37 主 要 工 程 量 及 投 資 估 算 表序號 項(xiàng) 目 名 稱 單位 數(shù)量 投資(萬元)一 工程費(fèi)用 1 熱泵系統(tǒng)及配套 項(xiàng) 1 2 管網(wǎng)配套 項(xiàng) 1 3 給排水系統(tǒng) 項(xiàng) 1 304 土建工程 項(xiàng) 1 157二 其他及不可預(yù)見費(fèi) 項(xiàng) 1 三 合計(jì) 2484.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告 運(yùn)行費(fèi)用見表 38。表 38 ***聯(lián)合站污水余熱工程實(shí)施前后運(yùn)行費(fèi)用表序號 運(yùn)行費(fèi)用 實(shí)施前 實(shí)施后 節(jié)約費(fèi)用 備注1 所耗天然氣 401104Nm3 401104Nm3 0 萬元 1 元 /Nm32 所耗原油 4010 噸 0 不計(jì)算費(fèi)用，按收入考慮3 設(shè)備維護(hù)修理 40 萬元 75 萬元 35 萬元4 消耗電 43 193 103 萬元 元 /5 折舊費(fèi) 43 萬元 177 萬元 134 萬元 14 年折舊期6 管理和銷售費(fèi)用 30 萬元 30 萬元小計(jì) 實(shí)施后投產(chǎn)當(dāng)年新增運(yùn)行費(fèi)用 302 萬元/年.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告方案二：%的真空加熱爐由于該站產(chǎn)天然氣有一定程度的波動(dòng)，為了加熱系統(tǒng)更平穩(wěn)的運(yùn)行，天然氣仍用于加熱爐加熱，其他加熱爐利用壓縮式水源熱泵進(jìn)行替換。現(xiàn)有天然氣可以提供4525kw的熱能，可以滿足脫水1699kw和外輸2198kw的加熱需求，其他南部來油、系統(tǒng)來液、摻水和冬季采暖總熱負(fù)荷4506kw，其中75℃熱負(fù)荷363kw，70℃以下熱負(fù)荷4163kw，利用壓縮式水源熱泵進(jìn)行替換。其，75℃以下的4163kw采用。該熱泵機(jī)組共需耗電1200kw，提取污水余熱能量3326kw，提取熱能后3000m 3/d外排污水溫度從47℃降至24℃，可以滿足污水外排處理要求。爐效90%真空加熱爐，加熱總能力：5000kw其中：外輸采用2500kw加熱爐1臺(tái)，脫水采用2500kw加熱爐1臺(tái)，備用2500kw加熱爐1臺(tái)。熱泵加熱能力：總負(fù)荷5500kw。其中：，南部來油、系統(tǒng)及采暖采用。污水水源：現(xiàn)有3000m 3/d，溫度在4750℃，取熱范圍為3000m 3/d，溫度最低值47℃，取熱后3000m 3/d污水24℃直接進(jìn)外排處理系統(tǒng)。熱泵機(jī)組及配套：新建500kw熱泵1臺(tái)，5000kw熱泵1臺(tái)；熱源污水用換熱器3具，加熱介質(zhì)用換熱器5具，循環(huán)水泵1套，水處理裝置1套等。為了延長熱泵機(jī)組的檢修周期和減少維護(hù)費(fèi)用，污水以及被加熱介質(zhì)與熱泵機(jī)組之間采用換熱器進(jìn)行熱量交換，熱泵機(jī)組、換熱器、循環(huán)水泵、水處理裝置、水箱、除污器及自控系統(tǒng)建于輔助廠房內(nèi)，工藝流程示意圖見圖38和圖39。熱泵泵房及外部管網(wǎng)配套.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告熱泵房建于現(xiàn)聯(lián)合站東側(cè)的空地，占地面積 4050m。污水站新建熱源污水提升泵 2 臺(tái)，熱源污水、系統(tǒng)來液南部來油、摻水和采暖系統(tǒng)與熱泵機(jī)組連通管道。所有需加熱油水管線全部保溫架空敷設(shè)。平面布置見方案一。外輸、脫水及備用加熱爐建于現(xiàn)有加熱爐位置。圖38 方案二熱泵工藝流程示意圖圖39 方案二系統(tǒng)工藝流程示意圖.聯(lián)合站污水余熱回收利用工程可行性研究報(bào)告 工 程 投 資 2052 萬 元 ， 主 要 工 程 量 及 投 資 估 算 見 表 39。表 39 主 要 工 程 量 及 投 資 估 算 表序號 項(xiàng) 目 名 稱 單位 數(shù)量 投資(萬元)一 工程費(fèi)用 17301 加熱爐及配套 項(xiàng) 1 3002 熱泵系統(tǒng)及配套 項(xiàng) 1 9633 管網(wǎng)配套 項(xiàng) 1 2524 給排水系統(tǒng) 項(xiàng) 1 305 土建工程 項(xiàng) 1 185二 其他及不可預(yù)見費(fèi) 項(xiàng) 1 322三 合計(jì) 2052