热泵技术在集输系统应用现状及应用趋势预测

曹子涵 张绍哲 窦晓军 赵利民

（大港油田公司第六采油厂 天津 300280）

引言

大港油田第六采油厂孔店联合站担负着孔店油田的原油和污水处理，以及第三采油厂来油加热和转输任务。其主体工艺为：系统来液经过加热炉升温后进入分离缓冲罐脱气，油水进入沉降罐油水分离，沉降后的原油进行加热、热化学处理后进入储油罐，和南部来油一起加热后转输；污水进入污水处理站处理后回注和外排。

1 热泵技术现状调查

孔店联合站目前运行4 台2500kW 的快装加热炉，最高负荷13000kW。周边孔店油田产出伴生天然气较少，日消耗热值4525kW，不能满足联合站加热需求，需补充热值5808kW。加热系统的配风和燃料油电加热系统年耗电43×104kW·h，折合标准煤10650t。

孔店联合站处理后的污水温度47-52℃，水质、温度稳定，自然散失的热量为5000kW/h 左右，具有污水余热回收的潜力。

2 热泵系统工作原理

热泵系统是利用逆卡诺热循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术[1]，通过机械做工实现热量从低温传递高温的一种工艺。具体系统通过能量驱动，将低温热源的热量传递到高温热源，使低温热源温度降低，同时高温热源温度升高，利用这种循环的设备为热泵机[2]。吸收式热泵机组就是利用了水在8KPa 的真空条件下，水的潜热在2400KJ/Kg 左右来完成的低温沸腾吸热与吸收放热的一个过程。

热泵运行过程中有三大循环：热源水循环、中介水循环、热媒水循环。

（1）热源水循环

利用污水提升泵作为动力来源，将污水中的热能通过板式换热器萃取出来，萃取完热量的污水温度从53.1℃降至45.8℃回到污水处理系统进行回注、外输。

（2）中介水循环

利用中介水循环泵提供动力，以管路内软化水为载体，将板式换热器从污水中萃取的热量提供给热泵，中介水入口温度47.9℃，经过热泵内热量交换后温度降至42.8℃，再重新进入板式换热器去萃取热量。

（3）热媒水循环

利用系统水循环泵提供动力，以管路内软化水为载体，通过热泵热能交换，软化水温度由75℃升至83℃（2#热泵由54.6 ℃升至68.9℃），高温水进入列管换热器与被加热介质进行热量交换，使被加热介质达到工艺生产需要温度。交换完后软化水（热媒水）温度由83℃降至75℃通过系统水循环泵重新进入热泵进行热能交换。热媒水循环是一个密闭的过程。

3 热泵机组整体投运

（1）新建3000kw 热泵2 台。分别为高温热泵与低温热泵，能更好地提取污水中的低品质热能用于不同加热需求。其中高温热泵出口温度为84℃，主要给脱水系统、掺水系统供热。低温热泵出口温度为75℃，主要给枣园油系统、孔店系统来液和采暖系统供热。

（2）新建换热器9 台。其中低品质余热换热器3 台，采用板式换热器；高品质热媒水换热器6 台，采用列管换热器。

4 热泵系统节能效果

孔联合站加热系统应用热泵技术改造前，加热系统能源消耗26258.7MJ/h，所有能源都由加热炉燃烧油田伴生气和燃油提供；改造后，加热系统能源消耗总量为19441.8MJ/h，其中14501MJ/h 由热泵和加热炉消耗油田伴生气提供，另外4940.8MJ/h 为热泵系统从污水预热中提取。

该系统安装后节约能源量为11757.8 MJ/h，如果原油低位发热值按41.868 MJ/ kg 计算，日节油6.0t。

结语

（1）热泵系统与加热炉供热系统相比，具有更高的热利用率，同时热泵机组实现了生产中低品位热能的回收和利用，减少了烟尘和氮氧化合物的排放，节能减排效果显著。

（2）热泵系统现场应用自动化程度高，通过网络组态技术实现了生产参数自动录取及动态监测；应用PLC 技术实现了生产运行的自动控制，员工劳动强度明显降低。

（3）水源热泵技术在油田的应用，需要有充足的高温污水作为热源和稳定的油田伴生气作为热泵的驱动源。

（4）列管换热器是热泵系统中热转换的关键设备之一。

（5）热泵技术作为一项新工艺新技术在油田现场应用时，已取得了良好的效果，相信在今后各行各业的生产、生活中热泵技术还会发挥出更出色的作用。