应用热泵型原油加热系统回收高温污水余热

1、1前言目前 , 油田普遍存在大量 4070 污 水 没 有 进 行充分利 用就回注或外排的 现 象 , 造 成 余 热 浪 费 。 同时 , 在采出液处理过程中又需要 大 量 热 能 以 满 足 生产需要 。 若能采用热泵型原油加热系统有效 利用 回收余热加热原油 , 则能为油田节能减排作出贡献 。2热泵型原油加热系统设计 2.1工艺流程设计热泵型原油加热系统由两级换热组成 (见图 1 :一 级 换 热 利 用 高 温 污 水 直 接 对 原 油 换 热 ; 二 级 为 2台 SBLGR-300H 高 温 热 泵 机 组 通 过 污 水 换 热 器 将 污水 作为热源产生高温水加热原油到所需温

2、度 。2.2理论计算以 胜 利 油 田 某 联 合 站 为 例 , 其 高 温 污 水 来 源 于 一 次 罐 排 放 的 70 左 右 的 含 油 污 水 ; 被 加 热 原 油 来 源 于 加 热 炉 入 口 进 油 管 线 , 与 加 热 炉 并 联 ; 系 统 污水排放至污水站 ; 原油加 温 后 送 至 分 离 器 。 设 计 加 热 原 油 量 为 39.8t/h, 原 油 含 水 率 、 比 热 容 分 别 为 80%、 0.5kcal/(kg· , 水的比热容为 1kcal/(kg· 。根据热力学可知 , 换热器换热公式为 :Q =M ·c

3、83; T (1G =Q ·3600··(2式 中 :Q 为 换 热 量 , kW ; M 为 质 量 流 量 , kg/s; c 为 比 热 容 , kcal/(kg· ; T 为 换 热 温 差 , ; G 为 体 积 流 量 , m 3/h; 为密度 , kg/m3。为 了 计 算 简 便 , 将 单 位 换 算 进 行 简 化 合 并 , 设 式 (1、 式 (2的数值换算系数分别为 1.163和 0.86。 一 级 换 热 器 将 原 油 由 42 加 热 到 60 , 其 加 热 量 Q 1=(0.5×0.2+1×0.8

4、×39.8×(60-42×1.163749.9(kW。 二级换热系统将原油由 60 加热到 78 , 换热温差也是 18 , 故其加热量 Q 2也应为 749.9kW 。 因此 , 系统原油总吸热功率 Q 3=Q 1+Q 2 1500(kW。 SBLGR -300H 高 温 热 泵 机 组 制 热 量 为 395kW , 电 动 机 功 率 95kW , 则 热 泵 机 组 制 热 量 为 :(395-95×2=600(kW。 高 温 热 泵 机 组 冷 凝 器 泵 进 出 水 温 度 分 别 为 85 、 78 , 则循环泵 (共 2台 流量 G 1=

5、749.9×0.86/(85-78 92.1(m3/h。 高 温 热 泵 机 组 蒸 发 器 进 出 水 温 度 分 别 为 57 、 50 , 高温热泵机组制热量为 600kW 。 蒸发器循 环泵 (共 2台 流量 G 2=600×0.86/(57-50 73.7(m3/h。 油 污 水 换 热 器 换 热 量 为 600kW , 油 污 废 水 进 、 出 油 污 换 热 器 温 度 为 66 、 55 , 则 高 温 污 水 流 量 G 3=600×0.86/(66-55 46.9(m3/h。 一级换热 器换应用热泵型原油加热系统回收高温污水余热何卫兵(中

6、国 石 化 胜 利 油 田 分 公 司 , 山 东 东 营 257000摘 要介 绍 了 热 泵 型 原 油 加 热 系 统 的 工 艺 流 程 及 配 套 工 艺 , 并 通 过 理 论 计 算 验 证 了 应 用 热 泵 型 原 油 加 热 系 统 回 收 油 田 高 温 污 水 余 热 资 源 的 可 行 性 。 实 际 运 行 表 明 , 该 系 统 原 油 总 吸 热 功 率 为 1014.4kW 。 效 益 估 算 结 果 表 明 , 该 系 统 年 效 益 约 为 613.55万 元 。 最 后 分 析 了 实 际 运 行 值 与 设 计 值 产 生 差 距 的 原 因 。关键词

7、热 泵 型 原 油 加 热 系 统 余 热 回 收 高 温 污 水作 者 简 介 :何 卫 兵 , 工 程 师 , 2004年 毕 业 于 中 国 石 油 大 学 (华 东 油 气 储 运 专 业 , 目 前 从 事 油 田 节 能 管 理 与 节 能 技 术 应 用 工 作 。图 1热 泵 型 原 油 加 热 系 统 工 艺 流 程 图污 水 换 热 器热 泵 机 组二 次 换 热 器一 次 换 热 器污 水原 油2009年 第 14卷·110·中 外 能 源SINO-GLOBAL ENERGY名 称工 况 热 泵 机 组 热 负 荷 /kW684.02系 统 热 负 荷

8、 /kW1065.83热 泵 COP4.03热 泵 系 统 能 源 利 用 率 , %95.32工 况 平 均94.975表 1检 测 中 心 测 试 结 果Use Heat-pump Oil-heating System to Recover Residual Heat from SewageHe Weibing(SINOPECShengli Oilfield Company , Dongying Shandong 257000Keywordsheat pump-type crude oil heating system ; residual heat recovery , high-tem

9、perature sewage热 量 为 749.9kW , 油 污 废 水 进 、 出 油 污 换 热 器 温 度 为 66 、 55 , 则 高 温 污 水 流 量 G 4=749.9×0.86/(66-55 58.6(m3/h。 油污废水总流量 G 5=G 3+G 4=105.5(m3/h。 2.3配套工艺污 水 过 滤 采 用 日 本 原 装 DAST 自 动 清 洗 过 滤 器 。 该过滤器 的 刮 刀 上 设 计 了 反 吸 器 装 置 , 可 解 决 过 滤 油 性 液 体 时 网 壁 上 产 生 油 膜 而 堵 塞 滤 网 及 油 污废水中含有高分子聚合物等问题 。采

10、 用 自 动 控 制 技 术 对 热 泵 、 换 热 器 等 设 备 实 现 现场数据采集 、 远程自动监 控 , 集 参 数 监 测 、 参 数 优 化 、 自动切换 、 报警 、 记录 、 报表生成 、 运 行 保 护 及 运 行 设 置 (高 级 维 护 管 理 于 一 体 , 可 大 幅 提 高 能 源 利 用效率 。 采集 参 数 为 :含 水 原 油 流 量 及 进 入 系 统 前 后的温 度 、 压 力 , 油 污 水 进 入 系 统 前 后 的 温 度 、 压 力 , 含 油 污 水 水 泵 的 吸 合 状 态 , 热 泵 的 参 数 接 口 采 集数据 , 变压器侧的电参数采

11、集数 据 。 导出参数为 :实 时 计 算 热 泵 蒸 发 侧 总 吸 热 量 和 热 泵 冷 凝 侧 总 放 热量 ; 计算各台热泵能效系数 (COP 和系统总 COP 。3现场试验数据分析系统运行后 , 被 加 热 原 油 流 量 为 35.6t/h, 进 、 出 系统的温 度为 46 、 74 , 含水 率 为 75%; 实 际 取 用 污水温度 、 流量为 69.96 、 85m 3/h, 换 热后污水温度 为 60.94 。 因此 , 可计算出系统原油总吸热功率 Q 3=(0.75×1+0.25×0.5 ×35.6×(74-46×1.

12、163 1014.4(kW。 该 结 果 与 检 测 中 心 的 测 试 结 果 (见 表 1 基 本 相 符 , 故不再用检测中心数据作效益分析 。4效益估算系 统 目 前 平 均 耗 电 量 为 2500(kW·h/d, 电 费 为1250元 /d。 原 油 实 际 吸 热 量 1014.4kW 相当于 燃 烧 3130kg 原 油 的 发 热 量 。 原 油 按 6000元 /t计 算 并 减 去电费 , 则其节约的价值 为 17530元 /d。 按 年 运 行350d 计算 , 则年效益为 613.55万元 。 系统一次性投 资 500万元 , 则投资回收期为 0.82a 。5系统运行与设计的差距及原因分析根 据 实 际 运 行 参 数 计 算 出 的 原 油 实 际 吸 热 量1014.4kW 与 理 论 值 1500kW 有 较 大 差 距 , 原 因 为 : 实 际 运 行 时 原 油 含 水 率 较 低 , 降 低 了 吸 热 量 。 因 原 油 含 气 较 多 , 为 避 免 气 锤 效 应 对 系 统 的 冲 击 , 降 低 了 原 油 流 量 。 为 确 保 系 统 安 全 运 行 , 适 当 调 低了热泵回水温度 (88 , 致使加热不足 。 系统设 计 存 在 不 足 , 一 是 没 有 考 虑 到 冬 季