热泵技术在辽河油田中的应用

盖超

(辽河油田供水公司金辉公司，辽宁 盘锦 124010)

前言：辽河油田每年需要燃烧大量的天然气、原油和煤炭作为矿区居民生活、供暖、注汽热采及原油集输等方面的热能来源。根据统计，辽河油田分公司每年仅用于原油开采、集输等需燃烧210万吨原油，折合标准煤300万吨，不仅大大增加了采油成本，而且也产生了大量的尾气和烟尘，严重影响环境质量。而热泵技术（包括地源和水源热泵）作为一种新型环保、节能技术，它利用地表浅层水的低温地热资源（包括土壤和地表水、湖水、地热尾水），通过输入少量的高品位电能，实现低品位热源向高品位热能转移。通常热泵性能系数（即COP值）达4以上，即消耗1KW的能源，用户可获得4KW以上热量和冷量[1]。因此该技术在油田生产及生活供暖等方面存在着广泛的利用空间。

1 热泵机组工作原理

热泵是将低温介质中的热量输送到较高温度（相对而言）介质中去的一种装置，并通过工质（如R22）循环来实现热量输送。其工作过程可分为4个阶段：

（1）蒸发吸热阶段：从膨胀阀出来的低温液态（1-3℃）工质，进入蒸发器（即热交换器），与原水进行热交换，此时原水温度高，而工质温度低，热量就从原水向工质传导，原水温度降低5℃多，再回到地下。而工质被加热升温到5℃时（依压力不同而有所变化），从液态蒸发变成气态，吸收很大热量。从蒸发器出来的工质，温度升高不多（7-10℃），但均变成气态，携带的气化热量很大。

（2）压缩升温阶段:工质接着进入压缩机，被压缩升温到60℃～70℃以上。

（3）冷凝放热阶段：气态高温工质进入冷凝器中，与温度相对较低的供热循环水发生热交换，温度降低到60℃左右时发生相变，从气态变成液态，放出大量液化潜热，将很大热量传给供热循环水，本身温度进一步降低到55℃左右。供热循环水经过冷凝器接受工质的很大热量，温度从40℃升高到45－53℃，继续循环到用热处而被利用。

（4）膨胀降温阶段：液态的较高温工质继续循环到膨胀阀，被节流降温到3℃左右，重新回到蒸发器，完成一个循环。周而复始，工质就源源不断地将原水中的热量提取出来，逆向输送给供热循环水。而锅炉等普通制热装置的制热系数永远小于1，所以热泵在实际应用中具有很大的优势。

2 热泵系统设计

水源热泵空调系统由水源水系统、水源热泵机组系统和室内空调系统组成[2]。

（1）水源水系统。

水源水系统是影响水源热泵空调系统的重要因素，同时也影响机组的制冷量、制热量、电功率等技术参数。水源热泵对水源系统的要求是:水量充足，水温适度，供水稳定。就辽河油田而言，因其地下水资源丰富可以是地下生活饮用水，也可以是油田生产过程中所产生的脱油污水，并通过回灌或回注使其循环利用。

（2）水源热泵机组系统

水源热泵机组系统是整个热泵系统的核心，通常设有多台同型号的水源热泵机组、循环水泵、电子水处理仪及水路上的转换阀门。系统可根据水源水系统情况采用并联或串联连接形式，夏、冬季共用一套系统，制冷和制热通过转换阀门实现工况转换，管道采用无缝钢管，发泡橡塑海绵保冷(温)，而对于单一制热的热泵系统则无需转换阀门，流程更为简单。在热泵机组选型上，可根据实际需要的热水温度来确定，一般要求供水水温在50℃左右，最高不超过55℃时，可选择常温的螺杆机组或者涡旋机组（工质R22）；若要求的温度在60℃-65℃就要选择高温的满液式机组（工质R134a）；若是温度再高比如油田输送原油需要的水温在80℃左右，必须选择超高温机组（混合工质）。

（3）室内空调系统

室内空调系统即为散热（冷）系统。通常采用两管制，对于需要冬季供暖、夏季供冷的用户，其散热装置应采用风机盘管；而对于单一采暖用户，散热装置可为地板辐射盘管，也可为暖气片，因地板辐射盘管要求供暖水温低，其热泵系统效率明显高于暖气片散热系统，在条件允许下，应尽可能采用地板辐射盘管散热装置[3]。在油田生产中这套系统就成了为原油加热的系统，散热装置主要为壳管式换热器。

3 热泵技术在油田中的应用

（1）水源热泵在水源站供暖中的应用

由于热泵只提取水中热量而不消耗水量，且对水质无污染，因此在油田水源站开展热泵供暖技术条件优越。2006-2008年辽河油田供水公司先后在自己的七座水源站率先使用了水源热泵技术，取代原来的燃煤、燃气等加热炉为各个水源站冬季供暖方式。总供暖面积1.1万m2，原系统使用燃煤、燃气加热炉等供暖设备，每年采暖费用高达70多万元。利用水源热泵技术，采用各个站的外输水（水温20℃）做为热泵的热源水，供暖温度一般在55℃，最高60℃，完全满足各个水源站的实际需要。采用水源热泵技术供暖后，08-09采暖期节省运行费用36.24万元，09-10采暖期节省运行费用26.42万元，个别水源站投产3年后就已收回投资，可见热泵技术的节能优越性，如能广泛在油田中的供暖系统推广应用，将给我们的节能减排事业以及低碳生活理念带来无限的前景。

（2）海南联合站热泵伴热工程

热泵技术除能在油田水源站利用外，也可在联合站用于输油伴热及供暖。其中海南联合站热泵伴热工程就利用站内的含油污水结合热泵技术为站内油罐伴热及站内冬季采暖，工程总投资110万元，选用1台LSBLGRG(I)-445W的含油污水超高温水源热泵机组在春、夏、秋为海南联合站站内油罐伴热，冬季为站内新建的5000m3油罐伴热及1200m2办公楼冬季供暖。站内污水温度38℃左右，提取10℃温差，回收水量为18m3/h。原系统采用燃气炉为站内油罐伴热及站内采暖，年燃烧天然气21.03万m3，年运行费用高达94.5万元；采用水源热泵技术后，年新增耗电为4.86万kwh，年运行费用21.3万元。每年可节省运行费用73.2万元。

4 在油田中应用热泵技术的优点

（1）由于稠油处理后的污水量很大，温度较高一般在45℃左右，大部分热量白白浪费，而热泵技术的应用，无疑是对油田余热资源的再利用。

（2）安全、节能、环保[4]。因无燃烧设备，从而不存在爆炸、燃烧的隐患。冬季运行供热时省去了锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染。

（3）热泵机组运行中无任何污染排放物，具有环保效果。与蒸汽保温相比，热泵保温室内空气中干、湿度能保持相对的平衡，利于员工的健康。

结语：通过热泵技术在辽河油田生产领域的实际应用，进一步证明该技术不仅技术成熟、可靠，而且还可节约大量成本，效益可观。在能源越来越紧缺、对环境保护要求日益提高的今天，水源热泵空调技术以其节能、环保、利用低品位能等优点在油田范围内具有广泛的推广价值。

[1]徐邦裕,陆亚俊,马景良,等.热泵[M].北京:中国建筑工业出版社，2000.

[2]马景良,姚杨,杨自强,姜益强.水环热泵空调系统设计[M].北京:化学工业出版社,2005.

[3]陆耀庆.实用供暖空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.

[4]路延魁.空气调节设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.