大港南部油田污水余热回收利用

侯立泉 向军 崔静涛（中国石油大港油田公司）

1 生产现状

大港油田第三采油厂集输作业区枣一联合站负责枣园油田的原油脱水和污水处理以及采油厂原油加压外输等任务。建有原油处理系统、回注污水处理系统及注水系统。站内加热系统建有6台加热炉，分别用于脱水、外输、掺水以及冬季采暖，燃料为天然气及原油。冬季最高负荷为4484 kW，加热所用的燃料为油田伴生气及成品原油，平均日耗天然气4500 m3(标况)，年耗天然气164.3×104m3(标况)，平均日耗原油3.6 t，年耗油1314 t。

1）原油处理系统。系统来液首先进入分离缓冲罐脱气，然后进入沉降罐沉降脱水，脱出的污水进入污水处理系统及掺水系统，沉降后低含水原油经加热炉加热后进行脱水，脱水原油进入原油储罐，经外输泵提压后输往孔一联合站。

枣园油田油田部分区块采用掺水方式集输，利用加热炉将污水温度从43℃提升到73℃回掺。枣一联合站冬季对生产区值班室、辅助厂房、作业一区及作业二区办公楼等区域采用加热炉进行供暖。

2）污水处理系统。枣一联合站污水处理系统设计处理能力为7200 m3/d，目前实际处理量3840 m3/d。

3）存在问题。燃料消耗量大，运行成本高。枣一联合站冬季热负荷共有4484 kW，消耗的燃料主要为油田伴生气和原油，枣一联合站加热系统年消耗天然气164.3×104m3(标况)，耗原油1314 t，耗电23×104kWh；大量回注污水的余热未经利用，存在热能浪费。枣一联合站目前污水处理量为3840 m3/d，其温度约为44～50℃。这部分污水每降低1℃，可以释放出的186 kW的热能，蕴含着大量热能的污水未经利用就直接用于回注，存在热能浪费问题。

2 水源热泵原理

水源热泵机组根据驱动源的不同分为吸收式水源热泵和压缩式水源热泵，其中吸收式水源热泵以蒸汽或天然气等为驱动源，压缩式水源热泵以电能驱动[1]。吸收式水源热泵原理如下：

溴化锂吸收式热泵是以溴化锂溶液为吸收剂，以水为制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到吸收低温热源热能的目的。溴化锂吸收式热泵主要是由吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器四部分组成的。吸收式热泵原理示意见图1。

图1 吸收式热泵原理示意

吸收式热泵在以天然气为驱动源时，天然气燃烧放出的热量在发生器内加热溴化锂稀溶液产生水蒸汽，水蒸汽进入冷凝器放出热量，冷凝成液体后进入蒸发器，在蒸发器低温低压环境下吸收热源水的热量蒸发，这部分低温低压蒸汽进入高压的吸收器中绝热压缩，温度升高后被吸收，然后进入发生器进入下一个循环[2]。

水源热泵的输出温度取决于热源水温度的高低，一般来说，被加热介质的最高温度可以高于热源水出口温度40℃左右。

3 改造方案

新建4000 kW燃气型吸收式热泵（COP=1.9），吸收式热泵以站内天然气为动力，从回注污水中提取余热，为站内原油脱水、掺水加热及冬季供暖提供热量3523 kW。利旧现有的燃油型加热炉1台，用于冬季原油脱水部分用热需求。加热炉提供热值为961 kW，经计算消耗原油量约1.78 t/d。

配套设施主要有热源污水板式换热器1具、加热介质用列管式换热器2具、采暖板式换热器1具、循环水泵6台、多功能水处理装置1套等。同时配套热媒水、中介水系统自动控制装置，用于显示各设备的运行状态，以及系统运行过程中温度、压力、流量等数据的采集和控制，并在系统故障时自动报警。

4 应用情况及效果

4.1 应用情况

该项目采取EPC总承包模式，由廊坊管道局大港设计院负责设计、采购、施工。该项目于2017年6月正式投运，过滤后的污水经过两具板式换热器将余热传递给中介循环水，以站内天然气为动力驱动燃气型吸收式热泵，从中介循环水系统提取热量传递至循环热水系统，循环热水再通过两具列管式换热器及1具板式换热器，分别与掺水系统、脱水系统及采暖系统进行热交换，为站内原油脱水、掺水加热及冬季供暖提供热量，油水介质受热温度升高，可以满足工艺生产要求。原掺水、脱水、采暖加热炉停运备用。

4.2 节能效果

应用热泵技术改造前，加热系统能源消耗总量为3 045.2 kWh，均由加热炉燃烧天然气和燃油提供；改造后，加热系统能源消耗总量为3014.65kWh，其中1829.5kWh由天然气及电力提供，1185.15kWh由污水余热提供，热泵系统节能率为39.91%。

改造前后对比，天然气消耗减少2661 m3/d。富余天然气经过压缩，拉运至官二期联合站进行发电，日增加发电量7983 kWh。年节天然气79.95 × 104m3， 折 合 1 063.3 t(标 煤)； 可 发 电239.8×104kWh，折合电费196万元。

5 结论及认识

1）热泵系统与加热炉供热系统相比，具有更高的热利用效率，同时热泵机组实现了生产中低品质热能的回收，并应用于油田生产，由于减少了加热炉数量，相应地减少了烟尘和氮氧化物的排放，节能减排效果显著。

2）水源热泵技术在油田的应用，需要有充足的低温污水作为热源和连续的油田伴生气作为热泵的驱动源，在应用热泵技术的前期调研中要对这两个关键参数做好前瞻性预测。

3）列管式与板式换热器是热泵系统中热转换的关键设备之一。换热器的换热面积大小决定了换热效果，在换热器的选型和换热面积计算时，要充分做好介质需热量和换热面积的匹配，其换热量严格按所提参数计算，同时应留有不少于15%的富裕量。

4）热泵技术作为一项新工艺新技术在油田现场应用时，应充分考虑本油田特点，如联合站生产工艺、产出水的温度、矿化度等，应因地制宜地采取相应措施，以提高该工艺的适应性。此外，为确保污水热源泵安全稳定运行，可适当保留部分加热工艺，作为热泵检修时的备用工艺[3]。

参考文献：

[1]庞丽萍.余热利用技术[C]//石油石化企业节能节水管理.北京：石油工业出版社，2003：171-179.

[2]贾振航，翟克俊，徐仁武，等.节能减排培训教材节能技术篇[M].北京：中国环境科学出版社，2008：49-61.

[3]姬瑞，邹晓燕，张祖峰，等.污水源热泵节能工程[C]//油气田节能.北京：石油工业出版社，2015：582-592.