液体聚能供热技术现场试验研究

徐昆（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

液体聚能供热技术现场试验研究

徐昆（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

喇嘛甸油田的注水站、注入站、配水间冬季供热能耗大，为了降低能耗，开展了液体聚能供热技术的现场试验，并进行了取代采暖炉、电散热板的对比试验，从工艺流程、运行能耗、经济效益等方面对该技术在油田的应用前景进行了分析和论证，探索了油田偏远地区供热的新方式，同时针对该技术的应用情况提出了一些改进看法，为该技术在油田的推广奠定了基础。

油田注水 液体聚能 双区双温 双时双温

目前喇嘛甸油田 10座注水站供热仍然采用加热缓冲装置，31座注入站和 72座配水间都采用电采暖。一 个采暖期内注水 站供热总耗 气 186×104m3， 平 均 单 站 耗 气 18.6×104m3； 注 入 站 和 配 水 间供 热 总 耗 电 906×104kWh， 注 入 站 单 站 耗 电 24.3× 104kWh， 配 水 间 单 间 耗 电 2.12× 104kWh。 由 于 这几种场所的供热必不可少，而且运行能耗大，为降低生产运行能耗，开展了液体聚能供热技术现场试验。

1 液体聚能供热技术机理

液体聚能供热技术利用拉瓦尔管流动原理，首先用离心泵将液体介质加速到亚音速，压力升高至8kg/cm2， 亚 音 速 液 体 介 质 在 拉 瓦 尔 管 收 缩 段 高 速旋转加速，至喉道（即管中横截面最小处）达到音速，进入扩张段成为超音速流压力突然降低，发生爆裂，形成蒸汽—气水混合的微小气泡，即为空穴现象。携带微小气泡的高速水流继续前行进入聚能管，压力突然升高，微小气泡互相碰撞挤压，产生热量。同时由于压力升高，气体压缩，蒸汽凝结，原微小气泡中心的温度急剧上升，液体介质进一步被加热。当液体介质流过拉瓦尔管后进入储液罐，一部分在压力的作用下出装置进入暖气管线，另一部分被离心泵抽回，再次进入拉瓦尔管进行加热，流经拉瓦尔 管一 次平 均温 度可 提高 0.8 ℃。 其产 热机理详见图1。

图1 液体聚能供热发生器产热机理

通过室内试验数据测算， 5.5、15、30、45kW液 体 聚 能 装 置 系 统 热 效 率 分 别 为 95% 、 94.5% 、94.8%、94.7%。

2 液体聚能供热技术现场试验

2.1代替加热炉现场试验

2.1.1 喇八注水站先导性试验

喇八注水站总采 暖面积 为 886m2， 该站原供热设 备 采 用 0.29MW 加 热 缓 冲 装 置 ， 热 效 率 为68.7% ， 一 个 采 暖 期 耗 气 18.56 × 104m3。 采 暖 工 艺采用老式的采暖伴热串联工艺。围护结构基本热耗量 计 算 公 式[1]：

式中：

Q——围护结构基本耗热量，W；

k ——围 护 结 构 的 传 热 系 数 ，W/（m2·℃）；

A ——围护 结 构 的 面 积，m2；

tn——冬季室内计算温度，℃；

tw——供暖室外计算温度，℃；

a——围护结构的温度修正系数。

喇 八 注水 站 冬 季 供 热 总热 负 荷 为 5.2kW， 通 过计 算 2台 45kW液 体 聚 能 加 热 装 置 同 时 运 行 可 提 供85.5kW 的 热 负 荷 ， 可 以 满 足 站 内 的 供 热 需 求 。 为此应用该技术代替原采暖工艺，取消循环泵，利用原工艺。

该装置自投产以来运行状况良好，采用间歇自动运行模式，根据室外温度的不同而设定相应的回水温度，当回水温度低于设定值时，系统启动加热，当回水温度高于设定值时，系统停止加热。在一个采暖期的试验内，室内温度均达到了相关规范要求。试验数据见表1。

表1 喇八注水站聚能供热装置试验数据

喇八注水站原加热缓冲装置一个采暖期耗气18.6 × 104m3， 2 台 5.5kW 循 环 泵 年 耗 电 4.8 × 104kWh。 采 用 聚 能 供 热 装 置 供 热 投 资 31.6万 元 ， 年 耗电 为 16.58 × 104kWh， 每 年 多 耗 费 电 能 11.78 × 104kWh， 节 约 天 然 气 18.6×104m3， 折 合 标 煤 232.9t，折 合 人 民币 9.74 万 元，投资 回 收 期 3.24 年 。

通过喇八注水站的先导性试验，证明聚能供热技术在油田生产场所应用是可行的。

2.1.2 喇四注水站推广应用

喇四注水站的加热缓冲装置、站内布局、采暖工艺等各方面均与喇八注水站相同，因此同样配置了 2台 45kW 液 体 聚 能 供 热 装 置 代 替 原 有 加 热 缓 冲装置，同时对工艺进行了改进，采用“双区双温、聚能装置并联运行”的供热工艺详见图2。

图2 喇四注水站聚能供热装置供热流程

所谓“双区双温”就是生产区和办公区分开供热流程，利用分、回水缸来调节两个区域的供水量，将生产区的温度控制在 5～10 ℃之间，将办公区的温度控制在 20℃左右；并联运行方式是指当室外气温相对较高时，只运行1台聚能供热装置便可以满足供热需求；当室外气温相对低时，供热负荷也随之大幅度增加，此时启动2台聚能供热装置以满足供热需求。

采用“双区双温、聚能装置并联运行”的供热工艺后，喇四注水站的平均耗电较喇八注水站下降9.2%，而且站内生产区和生活区的温度均达到了规范的要求，运行数据见表2。

表2 喇四注水站聚能供热装置试验数据

通过喇四注水站的推广应用，“双区双温、聚能装置并联运行”的供热工艺较采暖伴热串联工艺能耗 降 低 了 9.2%， 运 行 费用降低 了 1.08 万元， 因 此该工艺可以在油田推广应用。

2.2代替电采暖现场试验

根据上述试验的成功经验，在喇 37＃配水间和喇5-1＃注入站分别进行了聚能供热装置代替电采暖现场试验。

2.2.1 喇37＃配水间“双时双温”供热模式现场试验

喇 37＃配水 间 采 暖 面 积为 15m2，原 采 暖 设 备 为2 组 3000W 电散热 器 。 现 场 配置 5.5kW 聚能供 热 装置以“双时双温”运行模式进行供热。

所谓“双时双温”就是针对不同时间段室内供热需求不同的特点来调节室内温度，使室内供热更合理。鉴于配水间白天有人值班、夜晚无人值守的特点，利用温控系统分时段来控制室温：在8点～16点 的 时 间 段 内 ， 将 室 温 控 制 在 18 ℃ ； 在 16点 到次 日 早 8 点 的 时 间 段 内 ， 将 室 温 控 制 在 5～10 ℃ 。这种方式既能保证生产的要求，又能降低能耗。

该装置自投产以来运行状况良好，试验数据见表3。

表3 喇 37＃配 水间聚能 供热装置 试验数据

试验期间，该配水间聚能供热装置平均每天运行 3.5h， 日 均 耗 电 19kWh。 根 据 表3 中 的 数 据 和 公式 （1）可 以估算 出采用 聚能供 热 装置 年 耗电 约 为0.54 × 104kWh。 配 水 间 采 用 电 采 暖 年 耗 电 2.12 × 104kWh， 采 用 聚 能 供 热 装 置 投 资 3.28 万 元 ， 年 耗电 0.54× 104kWh， 年 节 电 1.58× 104kWh， 折 合 标煤 1.94t， 折 合 人 民 币 0.86 万 元 ， 投 资 回 收 期 3.8年 ， 间 接减少 CO2排放 5.28t。

通过现场试验，“双时双温”供热模式较传统电 加 热 能 耗 降 低 了 74.5%， 运 行 费 用 降 低 了 0.86 万元，可以在油田推广应用。

2.2.2 5-1＃注入站运行模式改进现场试验

5-1＃注 入 站 采 暖 面 积 约 700m2， 所 需 热 负 荷 约56kW。 原 采 用 35组 2100W 棚 顶 悬 挂 式 电 辐射 板进 行 供 热，一个 采 暖 期 耗 电 24.3×104kWh。

通 过 热 负 荷 计 算 ，15kW 和 45kW 的 聚 能 供 热装 置 的 单 独 供 热 能 力 分 别 为 14.25kW 和 42.75kW ，而二者同时运行时的供热能力为57kW。

图3 喇 南中西 5-1＃注入站 热 负荷曲 线

由图3可知，15kW和45kW2台聚能供热装置完全可以满足该站的供热需求，因此在该站配置了15kW 和 45kW2 台 聚 能 加 热 装 置 并 联 运 行 进 行 供热，根据室外气温的变化情况来选择装置启运的台数 ： 在 10月 和 次 年 2月 中 旬 至 供 热 期 结 束 这两 个 时间段，单独运行45kW聚能供热装置就可以满足站内供热需求；供热期其余时段，由于室外气温很低，站内所需热负荷大，因此需要同时运行2台装置进行供热。

供热工艺采用“双区双温”模式，生产区的温度控制在 5～10 ℃之间，生活办公区的温度控制在20℃左右。

该站聚能供热装置运行数据见表4。

表4 5-1＃注入站聚能供热装置供热数据

通过计算得出，在10月聚能供热装置日均耗电 248kWh， 而 同 期 的 电 辐 射 板 日 均 耗 电 639 kWh。采用聚能供热装置进行供热在这一时段每天可节 电 391kWh， 能耗降低 61%。

注 入 站 采 用 电 辐 射 板 年 耗 电 24.3 × 104kWh，采 用 聚 能 供 热 装 置 投 资 35 万 元 ， 年 耗 电 5.76× 104kWh， 年 节 电 18.54× 104kWh， 折 合 标 煤 22.7t， 折合人 民 币 11.02 万 元 ， 投 资回收期 3.18 年。

通过 5-1＃注入站的试验，供热模式改进后较改进 前 能 耗 降 低 了 76%， 运 行 费 用 降 低 了 11.02 万元，因此应用该工艺是可行的，并且能耗较低。

3 经济效益分析

采 油 六 厂 目 前 共 有 注 入 站 46 座 、 配 水 间 72座，采 用加 热缓 冲装 置进行供热的注水站 10座，已推广应用聚能供热技术18座站，若全部采用聚能供热装置进行供热，效益可观，见表5。

表5 聚能加热装置投资效益

4 结论

1）液 体 聚能供 热 技术具 有 运行 能 耗低、 自 控程度高、供热安全可靠的优点，其装置非压力容器，操作管理方便，在安全环保方面优势明显，适合在油田偏远的生产场所推广应用。

2）“双区双温”供热模式在油田供热模式中运行能耗最低，较传统串联式供热工艺运行能耗减少9.2%。

3）“双时双温”供热模式在油田供热中运行能耗最低，较传统全天供热模式运行能耗减少 26.7%。

4）运 行 模 式 改 进 后 较 改 进 前 能 耗 减 少 15.2%，建议在今后的供热系统中采用该模式。

[1]齐中英.工业热负荷最佳热化系数的计算[J].热能动力工程,1991,2:3-4.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.003

2013-03-28）

徐昆，1986年毕业于哈尔滨师范专科学校，从事节能设备引进工作，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第六采油厂物资管理部，163114。