直燃型溴化锂吸收式热泵机组回收利用低温热水工艺研究

直燃型溴化锂吸收式热泵机组回收利用低温热水工艺研究

在油田生产过程中，有许多剩余和残余的热量未充分利用。因此,加强余热回收利用,是油田节约能源、降低碳排放、保护环境的重要措施。以溴化锂吸收式技术为基础的各种溴化锂吸收式热泵机组是余热回收利用效率最高效的设备,它是以热能驱动运行,溴化锂溶液为吸收剂,水为制冷剂,从低品位热源吸取热量,制取满足生产工艺用中、高温热水,实现余热回收利用、从低温向高温输送热能的供热目的。油田原油生产过程中,有大量40～60℃的采油污水,可配置溴化锂吸收式热泵机组回收利用满足生产中部分或全部供热需求。华北油田某联合站2009年安装的2台单机供热量2910kW的直燃型溴化锂吸收式热泵机组,低温热源为通过对采油污水换热获得的温度为50℃的余热热水,补偿热源为原油和伴生气,提供85℃的热水。机组投入运行后,代替原来运行的2台4t/h蒸汽锅炉,可节约燃油40%。1污水、原油均压t联合站规模为7000kt/a,该站具有原油净化处理,伴生气简易净化,原油储存、加热、外输,污水处理和污水回注等功能。日均接纳油水混合物(含水率为93.9%)12776t,平均温度在60～67℃之间,暖季(4月～9月)在63～67℃之间,寒季(10月～次年3月)在60～63℃之间。脱油后污水日均12000m3,温度为55～60℃,全部回注。脱水后原油温度在50～65℃之间,日均800t,进入储油罐;日平均接外站来的原油2800t,来油温度45℃,外站来油直接进入储油罐,储油罐温度通过维温保持在50～55℃;日平均外输原油3600t,平均起点外输温度55～60℃,末点温度52～45℃;平均产伴生气1200Nm3/d,全部用于加热炉燃烧。1.1外输原油加热该联合站寒季需要启动2台4t/h锅炉给储油罐维温、管道伴热和公用建筑取暖,同时需要启动2台2320kW加热炉(并联)给外输原油加热和储罐维温;暖季启动1台2320kW加热炉给外输原油加热。其中一台加热炉燃料用站内自产伴生气,两台蒸汽锅炉和另一台加热炉燃料使用原油,日均消耗原油7t,年消耗1260t。1.2余热利用现状及问题(1)日均12000m3的脱油污水,温度为55～60℃,直接用来回注,大量余热未被利用,而且在此温度条件下,污水对设备和工艺管道腐蚀严重。(2)储油罐维温、管道伴热和冬季取暖用的蒸汽均放空,未对其回收利用。(3)设备的自动化水平较低,导致工人劳动强度大,设备调节和控制能力较差,能源浪费严重。2改造方案2.1确定热负荷根据联合站生产状况,对各个单元热负荷进行核算。(1)液体泵在车站内处理由于联合站接受的油水混合液进站温度暖季为65℃,寒季为60℃,此温度能够满足三级三相分离器的脱水要求,不需要加热设施。(2)原油外输外输原油起点温度暖季为55℃,寒季为60℃,热负荷计算见表1。(3)储油罐维温用热储油罐维温温度暖季和寒季分别为50℃和55℃,热负荷计算见表2。(4)管道热敏性仅寒季管道需伴热,计算温度取55℃,热负荷为700kW。(5)加热和加热公用建筑物总采暖面积约7500m2,热指标按60W/m2,热负荷为450kW。(6)季总热负荷暖季总热负荷为1090kW,寒季总热负荷为4000kW。其中:寒季储油罐维温、站内管道伴热、公用建筑采暖的热负荷为2780kW。2.2方案2:蒸汽锅炉+系统联合站内污水水量500m3/h左右,脱油污水温度稳定在60℃左右,是吸收式热泵良好的低温热源。针对联合站现有热源情况,本改造采用直燃型溴化锂吸收式热泵机组对余热进行回收利用,具体方案如下:(1)利用锅炉房的空余位置,安装2台2920kW直燃型溴化锂吸收式热泵机组(燃油型)及其配套的机泵、污水换热设施,代替原有用于寒季储油罐维温、站内管道伴热、公用建筑采暖的2台4t/h蒸汽锅炉。热泵机组热水和余热水流量调节范围为50%～120%,燃烧器燃油量调节范围为30%～105%。(2)将原为管道伴热、储罐维温和采暖的蒸汽系统改造为热水供热系统并安装辅助配套设施。(3)加热炉配备油气两用燃烧器,暖季使用自产伴生气,寒季使用自产伴生气和原油混烧。(4)暖季储油罐维温依靠直燃型溴化锂吸收式热泵机组系统中污水换热器交换的热水,换热水温为55～57℃,满足工艺要求。3改造效果3.1增能型热泵供热技术特点直燃型溴化锂吸收式热泵机组的驱动热源为直接燃烧燃料提供的热量,低温热源水温要求高于5℃。该联合站油水混合物脱油后低温污水经换热器换热后水温保持在55～57℃,是良好的低温热源。热泵热水的出口温度最高可达100℃,符合生产要求。溴化锂吸收式热泵机组的输出热量等于从低温热源回收的热量和驱动运行用补偿热量之和,输出热量始终大于所消耗的高品位热源热量,故又称为增能型热泵。补偿热量、从低温热源回收的热量及输出热量之间的比例为1∶0.65∶1.65～1∶0.85∶1.85,即热泵机组的性能系数(COP)为1.65～1.85,与热效率90%的锅炉或加热炉相比,节能40%～43%。项目实施后,既利用了污水的余热,又降低了污水温度,减轻了污水回注过程对设备和工艺管道的腐蚀,延长了设备和工艺管道的使用寿命。项目改造后自动化程度和控制水平高,降低了工人的劳动强度,提高了安全生产系数。高温污水余热得到有效利用,减少了原油等一次能源的利用,从而相应地降低了CO2、NOx、SO2及粉尘等污染物的发生量,既节约了能源,又保护了环境。3.2增加热量的节约(1)机组2009年8月投运,经统计2009年10月至2010年3月燃油日均消耗4.016t,较改造前(寒季日均燃油消耗6.818t)燃油消耗降低2.802t,年节约燃油2.802×180=504.36t,折合标准煤720.53tce。(2)因将蒸汽伴热、维温、采暖系统改造为热水系统,2009年10月至2010年3月统计节水1.25×104m3,折合标准煤3.22tce。(3)通过污水换热为暖季储油罐维温提供热量,节约热量200kW×24×180=864MJ,按锅炉