水源热泵为中转站原油加热运行特性.pdfVIP

化 工 进 展 ·586 · CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010 年第 29 卷增刊 水源热泵为中转站原油加热的运行特性 刘 逸，李炳熙，付忠斌，周 毅 （哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150001 ） 摘 要：如果在油田中使用水源热泵机组替代传统的锅炉为外输原油加热，可以节省化石能源。本文以某中转 站为例，建立水源热泵机组的数学模型，研究使用热泵替代锅炉为原油加热的可行性，通过实际工程项目的建 造以及实验测试，证明了了该系统的节能性，并对该系统的变负荷运行特性进行了研究。系统在冬季满负荷运 行时，热泵机组的 COP 为3.2 ，整个系统的COP 为2.5；系统在夏季变工况运行时，50% 负荷热泵机组的COP 为3.8 ，系统的COP 为2.53；75% 负荷热泵机组的COP 为3.5 ，系统的COP 为2.56 。 关键词：水源热泵；原油加热；变工况；运行特性 原油在输送的过程中需要通过加热来提高其 的水套炉为外输原油加热，每天加热原油量最大为 流动性，通常采用的方法都是使用燃油或者燃气锅 3 ，原油含油量为23% ，含水量 77% 。冬季原 160 m 炉来对原油进行加热，不仅消耗掉大量的化石能 油进站温度约为 27 ℃，夏季原油进站温度约为 源，同时加热效率不高。此外，燃油和燃气还产生 35～40 ℃，生产要求原油从中转站输出的温度达到 大量的 CO2 等温室气体，对环境造成污染。目前， 50 ℃，原有水套炉每天约消耗天然气 517 m3 。如果 很多油田存在贫油或贫气状况，这就使得采用更先 采用水源热泵技术取代燃气炉为原油加热，可解决 进的能源利用方式来，代替燃油或燃气锅炉对原油 以下三个问题：①该中转站的贫气状况影响油田冬 进行加热具有了必要性[1] 。采用地源热泵代替水套 季生产；②原来输油管线干压过高，威胁生产安全； 炉对原油进行加热，不仅可以节省化石能源，而且 ③使用燃气炉有废物排放，对环境有不良影响。在 可以减少污染物的排放。 原油集输加热过程中引入水源热泵技术，可以实现 使用地下水为低温热源的水源热泵技术已经 节能减排和保证安全生产的目的。 成熟。在油田的中转站当中，用水源热泵代替燃油 在中转站，通过打井的方式，利用地下水作为 或燃气锅炉为原油加热时，如果能够根据原油集输 热泵的低温热源，其系统原理如图 1 所示。系统运 加热的负荷变化规律进行变工况运行，可以进一步 行时，潜水泵自井中抽取井水进行制热循环，经过 提高热泵的效率，从而降低运行成本。 热泵压缩进一步的能量提升，在冷凝器中进行冷凝 放热制取热水。系统制取的热水供给水套炉，与炉 1 系统实施方案 内盘管中的原油换热之后流回到热泵机组的冷凝 某油田的中转站现采用 25 万卡（1 cal=4.184 J） 器中，经热泵提取完温度的井水回灌到井中。 图 1 水源热泵加热原油的工作过程 1—单井；2—潜水泵；3—旋流除砂器；4—压缩机；5—节流装置；6—换热循环泵；7—换热器 增刊 刘逸等：水源热泵为中转站原油加热的运行特性 ·587