埕东联合站余热代气应用效果效应分析

邢武林 刘同玲 鲍春荣 闫海 张璟

摘要：埕东联合站采用“热化学+二级沉降”原油脱水工艺，加热需要主要为分水器来油加热、二次罐循环加温、污水收油加温。进站含水原油温度55℃左右，目前有2300kW加热炉5台，3500kW加热炉1台。其中加热炉的燃烧为主要生产污染过程，由于天然气燃烧放热生成的有毒有害气体为主要环境污染，埕东余热项目主要目的为新建环保余热项目，用以代替加热炉使用、天然气燃烧、有毒有害气体的排放。

关键词：余热代气；加温；加热炉；代替；环保

1.项目概况

1.1联合站概况

埕东联合站位于东营市利津县刁口乡，1992年1月建成投产，占地面积8万平方米，是一座集油气分离、原油脱水、原油外输、污水处理的多功能联合站。设计原油处理能力为100×104t/a，目前实际原油处理及稳定能力60×104t/a。设计污水处理能力为6×104m3/d，设计外输水质C3级水质。实际污水处理量已达到5.6×104m3/d左右。原油处理流程如下。

1.2用热需求

生产用热：包括分水器出口原油加热、污水回收原油加热、脱水循环加热三部分。分水器出口原油加热：液量约3000～4000吨/天，含水40-60%，温度55℃左右，需加热到75℃以上，常年连续不间断运行。

2.内容做法及理论依据

根据生产需求，结合埕东联合站污水量大，污水温度高的实际，在本项目采用二类热泵为主，压缩式热泵机组为辅的加热系统替代现有的来液加热炉、原油外输加热炉和站内供暖加热炉。本方案主要采用1台4.6MW和0.73MW的二类热泵各一台，为来液、原油外输提供主要热量。

2.1新建热泵系统流程

以污水为热源，污水温度56-58℃，送至各二类热泵。各二类热泵提取污水热量后，低温污水返回原污水管线。提取热量的热泵将热能一小部分转化为达到设计要求的高温清水用于给原油加热或冬季用于采暖供热，大部分转化为低温冷却水经冷却塔散失掉。系统备用高温电驱动热泵在夏季高温季节对各二类热泵制热能力下降进行补充。系统有一台二类热泵故障时，由备用高温电驱动热泵替代，确保生产工艺不会影响联合站的生产运行。

2.2主要设备选型

2.2.1热泵系统

目前热泵技术主要有离心式/螺杆式水/地源热泵、溴化锂吸收式热泵（一类吸收式热泵）、第二类吸收式热泵。水/地源热泵：离心式/螺杆式机组是以地下水、土壤、江河湖水、城市污水、油田回注水、工業废热水、城市集中供热回水等作为冷热源并辅以电能，通过先进的设备将不易利用的低品位再生能源开发利用，使其变为高品位能源。一类吸收式热泵也称增热型热泵，是利用少量的高温热源（如蒸汽、高温热水、可燃性气体燃烧热等）为驱动热源，产生大量的中温有用热能。

2.2.2换热器选型

目前在用的污水换热器和原油换热器多采用螺旋板换热器，材质为碳钢，但使用两年左右会出现腐蚀穿孔现象，需更换新换热器。现在有板式换热器选用钛材质，可以有效防止腐蚀穿孔，但应用案例很少，只在河南油田下二门联合站有应用。本项目为保证换热温度，达到最高换热效率，选用钛材质板式换热器。

2.2.3其他设备

为了最大程度利用污水温度，本系统设计污水直接进热泵机组进行换热，为防止换热管堵塞或结垢，配备胶球清洗装置。胶球清洗装置主要应用于汽轮机组凝汽器冷却管的清洗。该装置使用性能的好坏直接影响到汽轮机凝汽器的清洗程度和传热效果。

2.2.4全自动软水器

水的硬度主要由其中的阳离子：钙（Ca2+）、镁（Mg2+）离子构成。当含有硬度的原水通过交换器的树脂层时，水中的钙、镁离子被树脂吸附，同时释放出钠离子，这样交换器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水，当树脂吸附钙、镁离子达到一定的饱和度后，出水的硬度增大，此时软水器会按照预定的程序自动进行失效树脂的再生工作，利用较高浓度的氯化钠溶液（盐水）通过树脂，使失效的树脂重新恢复至钠型树脂。

2.3理论计算。根据埕东联合站来油和采暖的加热负荷：取原油的比热容为2.116kJ/（kg·℃）

2.3.1污水回收加热负荷

污水回收的来液量为：q污水回收=2000m3/d=83.33m3/h。（1）计算污水回收的来液中水需要的加热负荷.污水回收来液中含水的体积流量：q污水回收=83.33*85%=70.83m3/h

污水回收来液中含水的质量流量：M污水回收w=70.83*1000=127500kg/h=19.68kg/s

污水回收来液中含水需要的加热负荷：Q污水回收w=cm⊿t=4.186*19.68*（75-53）=1812kw

（2）计算污水回收来液中油需要的加热负荷。

2.3.2脱水循环6#炉的加热负荷

脱水循环来液量为：q脱水循环=1800m3/d=75m3/h（1）计算脱水循环来液中水需要的加热负荷。脱水循环来液中含水的体积流量：q脱水循环w=75*10%=7.5m3/h

脱水循环来液中含水的质量流量：M脱水循环w=7.5*1000=7500kg/h=2.08kg/s

脱水循环来液中含水需要的加热负荷：Q脱水循环w=cm⊿t=4.186*2.08*（85-70）=156.7kw

（2）计算脱水循环来液中油需要的加热负荷

脱水循环来液中含油的体积流量：q脱水循环w=75*90%=67.5 m3/h

脱水循环来液中含油的质量流量：M脱水循环o=67.5*1000=67500kg/h=18.75kg/s

脱水循环来液中含油需要的加热负荷：Q脱水循环o=cm⊿t=2.116*18.75*（85-70）=595.1kw

脱水循环来液总负荷为：Q脱水循环=q脱水循环w+q脱水循环o=156.7+595.1=752kw

2.3.3生产用热8#、9#炉的加热负荷

平均生产用热来液量为：q平均生产用热=3500m3/d=145.83m3/h

（1）计算生产用热生产用热来液中水需要的加热负荷。平均生产用热来液中含水的體积流量：q平均生产用热w=145.83*50%=72.92m3/h；平均生产用热来液中含水的质量流量：M平均生产用热w=72.92*1000=72920kg/h=20.25kg/s；平均生产用热来液中含水需要的加热负荷：Q平均生产用热w=cm⊿t=4.186*20.25*（75-55）=1695.7kw

（2）计算平均生产用热来液中油需要的加热负荷

平均生产用热来液中含油的体积流量：q平均生产用热o=145.83*50%=72.92m3/h平均生产用热来液中含油的质量流量：M平均生产用热o=72.92*1000=72920kg/h=20.25kg/s

平均生产用热来液中含油需要的加热负荷：Q平均生产用热o=cm⊿t=2.116*20.25*（75-55）=857kw平均生产用热来液总负荷为：Q平均生产用热=q平均生产用热w+q平均生产用热o=1695.7+857=2552kw

2.3.4冬季采暖热负荷。联合站供暖面积为2264m2，单位面积热负荷为100W/m2，热负荷为226.4kW.

3.1 经济效益

3.1.1投资估算。固定资产投资：根据设计工程量及现有阶段的询价，估算本工程建设投资总投资：1450万

3.1.2 经济产出

2016年12月28日正式投产，项目投产以来，埕东站累计关停6座加热炉，日均节约天然气11000方，目前结余天然气已经按照合同全部转输至河口城区，保障河口城区居民生产用气。

产出：11000方*365天=401.5万方/年；按照工业用气3.3元/方计算：日营收：3.3*11000=36300元 ；年营收36300*365=13249500元

3.2社会效益

3.2.1 环境效益。余热项目投用后，预计停止埕东站6台加热炉设备，每天可减少燃气污染1.1万方，大幅度降低工业废气的排放

3.2.2 推广价值。目前二类热泵，纯热驱设备仅此一家，正常投运后，可以为油田范围内其余大规模环保项目推广提供大量原始数据，具有极大的推广意义

3.2.3 人工效益。余热项目投产以来，埕东站经过停用加热炉，通过优化岗位运行，撤销加热炉岗位一个，节约人力资源4人，大幅度降低了岗位的劳动强度，极大的提升了职工的工作满意程度。