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開發(fā)研制油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵的熱經(jīng)濟(jì)性分析

文檔作者：鄧壽祿‘。王貴生1，黃學(xué)義2 文檔來源： 1．勝利油田技術(shù)檢測中心 2．勝利油田油氣集輸總廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月16日
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上一篇：煉化廠設(shè)備安裝存在的問題及其解決措施

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節(jié)能
ENERGY CONSERVAlrION
2010年第12期
(總第341期)
開發(fā)研制油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵的熱經(jīng)濟(jì)性分析
鄧壽祿‘。王貴生1，黃學(xué)義2
(1．勝利油田技術(shù)檢測中心，山東東營257000；2．勝利油田油氣集輸總廠，山東東營257061)
摘要：闡述了國內(nèi)外開發(fā)研制燃?xì)鈾C(jī)熱泵的背景與現(xiàn)狀、油田余熱資源狀況和利用情況、油田利用熱
泵技術(shù)的現(xiàn)狀，對開發(fā)研制油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵的可行性進(jìn)行了分析，并對油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵
系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了預(yù)測。
關(guān)鍵詞：油田；污水源；熱泵；可行性分析
中圖分類號：TE992文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004—7948(2010)12—0040—03
1國內(nèi)外開發(fā)研制燃?xì)鈾C(jī)熱泵的進(jìn)展¨1
在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略日益得到全人類廣泛關(guān)注
的今天，節(jié)能和環(huán)保已成為世界性的兩大前沿課
題。天然氣是目前世界上最清潔的常規(guī)能源之一，
并且儲量豐富，其合理開發(fā)與利用已經(jīng)得到世界各
國的普遍重視。
2001年統(tǒng)計的世界能源消費結(jié)構(gòu)中，天然氣
已占22．4％。但我國在天然氣領(lǐng)域的發(fā)展卻相對
落后，目前仍以燃煤為主，據(jù)統(tǒng)計，1998年全國天
然氣產(chǎn)量223億m3，天然氣消費量221億m3，在
能源消費結(jié)構(gòu)中僅占2．1％，2001年產(chǎn)量增加到
303億m3，消費量302億m3，在能源消費結(jié)構(gòu)中比
例提高到2．96％，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。
天然氣在我國是極有發(fā)展前景的潔凈能源，其在總
能耗中所占的份額將越來越大，目前迫切需要解決
的是如何提高其在能源消費結(jié)構(gòu)中的比例以及如
何實現(xiàn)對這種優(yōu)質(zhì)能源的高效合理利用。
目前，燃?xì)鈾C(jī)熱泵技術(shù)在日本、美國及歐洲等
發(fā)達(dá)國家已比較成熟，應(yīng)用也非常普遍，最初以大
型機(jī)組為主。燃?xì)鈾C(jī)熱泵技術(shù)的研究始于20世紀(jì)
40年代。前蘇聯(lián)的B．A．茲辛在1947年就提出了
用煤氣機(jī)來驅(qū)動熱泵的設(shè)想。安裝在英國泰晤士
河畔皇家慶典禮堂里的燃?xì)鈾C(jī)熱泵可能是有記載
的最早應(yīng)用的燃?xì)鈾C(jī)熱泵。20世紀(jì)70年代末至
90年代初是國際上燃?xì)鈾C(jī)熱泵研究的一個高潮
期，這段時期各國研究者制造了大量樣機(jī)，對其應(yīng)
用于各種場合進(jìn)行了詳細(xì)測試，為燃?xì)鈾C(jī)熱泵的商
業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
我國在“八五”期間，燃?xì)夤I(yè)就有了很大的
發(fā)展，這就為燃?xì)鉄岜玫拈_發(fā)與利用提供了先決條
件。同時燃?xì)鉄岜玫氖褂糜欣诰徑獬鞘须娏o
張、燃?xì)夤┬杳?。因此，燃?xì)鉄岜靡岩饑鴥?nèi)熱
泵工作者的廣泛關(guān)注。我國的燃?xì)鈾C(jī)熱泵技術(shù)研
究開始于20世紀(jì)80年代，天津大學(xué)熱能研究所在
國內(nèi)率先開展了此方面的研究。2007年，在天津
大學(xué)博士生導(dǎo)師楊昭的指導(dǎo)下方箏博士等研制成
功了我國第一臺空氣源燃?xì)鈾C(jī)熱泵。
2油田余熱資源狀況和利用情況
油田在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含油污水，這些含
油污水的溫度往往較高。例如勝利油田的含油污
水在夏季可以達(dá)到57℃，在冬季可以達(dá)到53℃；大
慶油田含油污水的溫度一般在36—42℃。我國油
田每天含油污水日產(chǎn)量超過190萬m3(1998年陸
地油田統(tǒng)計數(shù)據(jù))，海上油田每年含油污水排放
4648萬t(2000年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報)。由此
可見，我國油田含油污水的余熱回收潛力巨大。人
們一直在關(guān)注著如何回收利用這部分熱能來為油
田的生產(chǎn)和生活服務(wù)，同時解決因燃燒礦物燃料造
成的污染問題(同時因為原油在我國來說是屬于
稀缺資源，因此有必要節(jié)約使用)。這部分熱能的
特點是品位比較低，但是可以利用熱泵來提高其溫
度，勝利油田有利用吸收式熱泵進(jìn)行冬季供熱的案
例，可以節(jié)約大量燃油。
油田在利用余熱資源方面進(jìn)入了一個發(fā)展期，
萬方數(shù)據(jù)
2010年第12期
(總第341期)
節(jié)能
ENERGY CONSERVATIoN
煙氣余熱回收、油田污水余熱利用、地?zé)崂枚加?
非常好的案例。勝利油田在余熱利用開發(fā)方面具
有廣闊的前景，早期在燃油鍋爐煙氣余熱回收方面
做了大量的工作，近幾年，在利用油田污水余熱方
面也開展了一些工作，例如，利用油田污水廢熱直
接取暖，利用壓縮式和吸收式熱泵回收油田污水余
熱提供生活熱水、采暖、加熱原油等。
3油田利用熱泵技術(shù)的現(xiàn)狀
目前，大港、遼河、大慶和勝利油田都開始利用
熱泵技術(shù)應(yīng)用于生活或生產(chǎn)中。在勝利油田，目前
利用的熱泵技術(shù)主要是壓縮式和吸收式熱泵。壓
縮式熱泵主要用來回收油田污水余熱提供采暖熱
水或加熱原油；吸收式熱泵主要用來回收污水余熱
提供采暖熱水。勝利油田孤東二號聯(lián)合站污水源
壓縮式熱泵加熱原油裝置的制熱系數(shù)為6．22，加
熱后原油溫度為57℃；現(xiàn)河采油廠郝現(xiàn)聯(lián)合站安
裝的污水源壓縮式熱泵裝置的制熱系數(shù)為4．8，提
供75℃的高溫?zé)崴糜诓膳蚣訜嵩?。勝南?
區(qū)樂安小區(qū)安裝的吸收式熱泵系統(tǒng)制熱系數(shù)為
2．1，提供61℃的采暖熱水；勝北社區(qū)勝苑鍋爐房
安裝的吸收式熱泵系統(tǒng)制熱系數(shù)為1．87，提供
72℃的采暖熱水。燃?xì)鈾C(jī)熱泵在勝利油田應(yīng)用很
少，據(jù)了解，目前只有在勝利采油廠采油二礦安裝
了l臺大連三洋燃?xì)鈾C(jī)熱泵空調(diào)用于夏季制冷。
4開發(fā)研制油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵的可行性
4．1油田余熱資源優(yōu)勢
油田在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含油污水，這些含
油污水的溫度往往較高。勝利油田日產(chǎn)含油污水
30萬t(12500t／h)，溫度在50℃左右?？勺鳛槿?xì)?
機(jī)熱泵的低溫?zé)嵩?，其余熱資源量富裕充足。
4．2油田燃?xì)饬績?yōu)勢
各油田在開采中，都會生產(chǎn)出數(shù)量不少的天然
氣。開發(fā)油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵是實現(xiàn)對這種優(yōu)
質(zhì)能源的高效合理利用的有效途徑。
4．3燃?xì)鈾C(jī)熱泵的能量利用效率優(yōu)勢¨1
早期的研究表明燃?xì)鉄岜玫囊淮文茉蠢寐?
高，較之燃煤和燃?xì)忮仩t(直燃吸收式)分別高出
110％和75％以上；其制熱性能系數(shù)COP值大于
1；對于同時供熱、供冷的燃?xì)鉄岜脵C(jī)組來說，其一
次能源利用系數(shù)PER很高，從能源利用的角度看
來是非常經(jīng)濟(jì)的。
4．4油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性預(yù)測
以勝利油田分公司東辛采油廠102聯(lián)合站的
現(xiàn)場統(tǒng)計資料為依據(jù)(見表1)。
表1 東辛采油廠102聯(lián)合站的余熱資源相關(guān)工藝參數(shù)表
(1)油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)一次能源利
用率分析。
分析計算的取值：燃?xì)鈾C(jī)熱效率取35％，燃?xì)?
機(jī)排煙余熱和冷卻水余熱總量按55％計，燃?xì)鈾C(jī)
余熱回收率按60％計算，在計算中熱泵的有效系
數(shù)低溫時取0．5，高溫時取0．45。
燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)的一次能源利用率按式(1)
計算：
PER=_'71·_，72·COP+，c·q
式中：PER一一次能源利用率；
叼，一燃?xì)鈾C(jī)效率；
叼：一熱泵有效系數(shù)；
cOP一熱泵制熱系數(shù)；
K一燃?xì)鈾C(jī)可回收余熱百分?jǐn)?shù)；
q—余熱回收率。
表2和表3所示為以東辛采油廠102聯(lián)合站
的余熱資源工藝參數(shù)計算的結(jié)果。
表2油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)PER與
高溫側(cè)溫度L變化關(guān)系的計算結(jié)果
注：冷源溫度為45℃。
萬方數(shù)據(jù)
節(jié)能
ENERGY CONSERVATION
2010年第12期
(總第341期)
衰3油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)PER與冷源利用率比較。
溫度疋變化關(guān)系的計算結(jié)果裹5一次能源利用率比較
冷源溫度T：／。c PER
3l
34
37
40
46
1．58
1．67
1．77
I．∞
2．22
注：高溫側(cè)溫度為75℃。
由表2可見，當(dāng)冷源溫度為45℃時，燃?xì)鈾C(jī)熱
泵系統(tǒng)制取76℃、80℃、82℃、84℃、85℃的熱量
時，其一次能源利用率分別為2．30、2．10、2．0l、
1．93、1．90。由表3可見，當(dāng)冷源溫度為3l℃、
34℃、37℃、40℃、46℃時，燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)制取
75℃的熱量時，其一次能源利用率分別為1．58、
1．67、1．77、1．90、2．22。
(2)油田污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)與電動驅(qū)動
熱泵、燃油鍋爐的熱經(jīng)濟(jì)性比較。
以3000m2供暖面積為計算基礎(chǔ)，對三種供暖
方式進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性評價計算，計算結(jié)果如表4所
示。
表4三種供熱方式的熱經(jīng)濟(jì)性比較㈨
項目塞莖蕓曩豢霎曩i糞霎霎曩
用能方式電能藝篡天然氣
平均日耗能量686kWh 72kWh+256kg油90m3
平均日運(yùn)行費用／元375．17 1434．58 97．2
8640kⅥ，lI+
整個采暖季耗能量72720k帥30r720kg油
10800m3
整個采暖季運(yùn)行費用／元45020．81 172149．22 I 1664
運(yùn)行費用／元·m～ 15．Ol 57．38 3．89
初投資／萬元26 lO 30
靜態(tài)投資回收年IWa 1．3 1．2
由表4可見，在三種供熱方式中，污水源燃?xì)?
機(jī)熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性最好。
表5所示為勝利油田電動驅(qū)動熱泵系統(tǒng)、吸收
式熱泵系統(tǒng)和污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)的一次能源
由表5可見，勝利油田在用的兩種熱泵系統(tǒng)與
污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)相比，后者的PER比其他
兩種都高。
4．5污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢
污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)能夠取代采油廠礦、泵
站、聯(lián)合站的燃油鍋爐或加熱爐，減少油田自用油
耗量，從而提高油田原油商品量。
污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于油田擁
有污水余熱資源的采油廠礦、泵站、計量站、聯(lián)合站
等，取代采暖爐或生產(chǎn)加熱爐等。
5結(jié)論
燃?xì)鉄岜玫囊淮文茉蠢寐矢?，比燃煤和燃?xì)?
鍋爐(直燃吸收式)分別高出110％和75％以上；
其制熱性能系數(shù)COP值大于I；同時對于同時供
熱、供冷的燃?xì)鉄岜脵C(jī)組來說，其一次能源利用系
數(shù)PER很高，從能源利用的角度看來是非常經(jīng)濟(jì)
的?？梢匀〈I(yè)生產(chǎn)中的鍋爐或加熱爐，可以應(yīng)
用于生活供暖或制冷。污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)以
其經(jīng)濟(jì)性好，能源利用效率高，節(jié)能環(huán)保，運(yùn)行費用
低，在油田具有廣闊應(yīng)用前景，因此，開發(fā)研制油田
污水源燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)是可行的。
參考文獻(xiàn)
[1]馬一太，謝英柏，楊昭．燃?xì)鈾C(jī)熱泵在我國的應(yīng)用前景
[J]．流體機(jī)械，2002，39(1)：55-58．
[2]張世鋼．燃?xì)鈾C(jī)熱泵仿真與優(yōu)化研究[C]．天津：天津大
學(xué)。2004．
[3]鄧壽祿，王強(qiáng)．熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于油田廢水余熱回收的探
討[J]．現(xiàn)代測量與實驗管理，2003，(1)：21—22．
作者簡介：鄧壽祿(1967一)，男，福建泰寧人，大學(xué)，高級工
程師，從事能源檢測與利用研究工作。
收稿日期：2010—07—10；修回日期：2010一ll一23

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