油田地面建筑采暖方式對(duì)節(jié)能降耗的影響及認(rèn)識(shí)

曹曉毛 馬海燕

（1.大慶頭臺(tái)油田開發(fā)有限責(zé)任公司工程管理中心；2.大慶油田工程有限公司油氣集輸室）

油田地面建筑采暖方式對(duì)節(jié)能降耗的影響及認(rèn)識(shí)

曹曉毛1馬海燕2

（1.大慶頭臺(tái)油田開發(fā)有限責(zé)任公司工程管理中心；2.大慶油田工程有限公司油氣集輸室）

隨著油田產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地面建筑數(shù)量及其采暖所消耗能源的數(shù)量也在增加。在地面方案編制及設(shè)計(jì)過程中，合理選擇建筑采暖方式，是后期降低生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用及節(jié)能降耗的關(guān)鍵所在。通過對(duì)國(guó)內(nèi)幾種相對(duì)成熟的采暖方式的比較與分析，同時(shí)兼顧各種燃料價(jià)格及節(jié)能減排任務(wù)指標(biāo)，得出結(jié)論：在采暖規(guī)模較大、天然氣比較豐富而且煤炭銷售地點(diǎn)距離采暖地點(diǎn)較遠(yuǎn)的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用燃?xì)忮仩t采暖方式；在采暖規(guī)模較小、天然氣比較缺乏而且煤炭銷售地點(diǎn)距離采暖地點(diǎn)較近的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用燃煤鍋爐采暖方式；熱泵采暖方式一次性投資較高，而且在運(yùn)行期間需要消耗部分電能，與燃煤和燃?xì)忮仩t采暖比較，運(yùn)行成本較高；地源熱泵及太陽能采暖方式雖然是21世紀(jì)最有效的綠色環(huán)保技術(shù)，但是這種采暖方式局限性太強(qiáng)，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)特點(diǎn)并結(jié)合其他采暖方式小范圍采納。

地面建筑 采暖方式 節(jié)能降耗 分析及認(rèn)識(shí)

隨著油田的不斷開發(fā)以及生活水平的不斷提高，地面廠房以及生活建筑面積也在不斷增加。作為油田職工生產(chǎn)與生活的基本場(chǎng)所，室內(nèi)采暖需要消耗大量的能源和資源，所占油田總能耗比例相對(duì)較高。因此，應(yīng)積極挖掘油田地面建筑室內(nèi)采暖節(jié)能降耗潛力，即在地面方案編制及設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)建筑功能要求和當(dāng)?shù)貧夂騾?shù)，科學(xué)合理選擇建筑采暖方式，盡量減少建筑采暖的能源消耗，降低運(yùn)行成本，提高油田開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益。

1 不同建筑采暖方式比較與分析

目前，國(guó)內(nèi)油田幾種相對(duì)成熟的建筑采暖方式有：以燃料為熱源的采暖方式（燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t采暖）、電熱采暖方式、地源熱泵采暖方式以及太陽能采暖方式等。

1.1 運(yùn)行成本比較

假設(shè)建筑面積為xm2，燃煤鍋爐熱效率按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)最低76%計(jì)算，燃油和燃?xì)忮仩t熱效率按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)最低84%計(jì)算，采暖期為180 d，煤炭?jī)r(jià)格按照560元/t，原油價(jià)格按照4000元/t，天然氣價(jià)格按照1.2元/m3，電價(jià)按照0.55元/kWh計(jì)算，不考慮人員成本，則不同建筑采暖方式運(yùn)行成本如下：

1）燃煤鍋爐采暖方式。

鍋爐耗煤量計(jì)算公式：

式中：

G——采暖期鍋爐實(shí)際耗煤量，t；

Q——建筑采暖熱負(fù)荷，可取120 W/m2，MW；

J——標(biāo)準(zhǔn)煤熱值，可取29270 MJ/t；

η——鍋爐熱效率（燃煤鍋爐取76%，燃油和燃?xì)忮仩t取84%）；

D——采暖期，可取180 d。

經(jīng)計(jì)算，在一個(gè)采暖期內(nèi)，燃煤鍋爐耗煤量為0.1175xt，運(yùn)行成本為65.8x元。

2）燃油鍋爐采暖方式。

在同樣條件下，按照1 t原油相當(dāng)于1.43 t標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，在一個(gè)采暖期內(nèi)，燃油鍋爐耗油量為：0.0531xt，運(yùn)行成本為：212.4x元。

3）燃?xì)忮仩t采暖方式。

在同樣條件下，按照1000 m3天然氣相當(dāng)于1.33 t標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，在一個(gè)采暖期內(nèi)，燃?xì)忮仩t耗氣量為：57.07xm3，運(yùn)行成本為：68.48x元。

4）電熱采暖方式。

在同樣條件下，按照250W/m2計(jì)算，在一個(gè)采暖期內(nèi)耗電量為1080xkWh，運(yùn)行成本為594x元。

（5）地源熱泵及太陽能采暖方式。

在同樣條件下，這兩種方式生產(chǎn)運(yùn)行成本基本上為零。

不同建筑采曖方式運(yùn)行費(fèi)用函數(shù)關(guān)系見圖1。

從圖1可以看出，在建筑面積相同及目前燃料價(jià)格的情況下，太陽能及地源熱泵采暖運(yùn)行費(fèi)用最低，燃煤鍋爐采暖次之，采用電采暖方式運(yùn)行費(fèi)用最高，即：電采暖＞燃油鍋爐采暖＞熱泵采暖＞燃?xì)忮仩t采暖＞燃煤鍋爐采暖＞太陽能及地源熱泵采暖。

運(yùn)行費(fèi)用跟燃料價(jià)格息息相關(guān)。根據(jù)圖1可知，燃煤鍋爐采暖與燃?xì)忮仩t采暖運(yùn)行費(fèi)用比較接近。當(dāng)煤炭?jī)r(jià)格繼續(xù)上漲而天然氣價(jià)格變化不大，而且煤炭銷售地點(diǎn)距離油田建筑較遠(yuǎn)時(shí)，綜合燃料價(jià)格及運(yùn)費(fèi)，燃?xì)忮仩t采暖運(yùn)行費(fèi)用可能比燃煤鍋爐采暖的費(fèi)用要低。

1.2 綜合比較與分析

1）采用燃煤鍋爐采暖方式從運(yùn)行費(fèi)用角度看，費(fèi)用適中采暖最優(yōu)。但是，從環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排等社會(huì)效益分析，相對(duì)天然氣及燃料油而言，由于煤炭本身尤其是煤化程度較高的無煙煤碳?xì)浔容^高，燃燒后CO2排放量會(huì)增加，從而影響地區(qū)乃至全國(guó)節(jié)能減排任務(wù)的完成。

從宏觀角度分析，由于我國(guó)的能源儲(chǔ)量和消費(fèi)結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都仍以煤炭為主，特別是北方地區(qū)每年的采暖煤耗一直是有增無減，因此，為了不影響大局，不影響人民的正常生活，這就要求在制定相關(guān)的能源政策時(shí)必須根據(jù)實(shí)際國(guó)情出發(fā)。

2）采用電采暖方式，雖然運(yùn)行費(fèi)用較高，但是它具有節(jié)地節(jié)水和方便管理的優(yōu)點(diǎn)。由于電采暖方式屬于將高品位的電能轉(zhuǎn)化成低品位的熱能，因此將間接地造成一次能源的浪費(fèi)。在我國(guó)，油田也是如此，建筑采暖都在北方普遍應(yīng)用，而我國(guó)北方大部分還是以火力發(fā)電為主。由于火力發(fā)電熱效率相對(duì)較低，因此，盡管采用電采暖將電能轉(zhuǎn)換為熱能時(shí)效率比較高，但是總的一次能源利用率相對(duì)較低，從而間接導(dǎo)致一次能源的浪費(fèi)。

為了節(jié)約一次性能源，油田地面建筑除依托性較差的外，其余不宜采用電采暖方式。從宏觀角度看，在火力發(fā)電的地區(qū)應(yīng)盡量避免采用電采暖方式，在水力、風(fēng)能以及太陽能等發(fā)電的地區(qū)適宜采用電采暖方式。

3）地源熱泵及太陽能采暖方式雖然運(yùn)行費(fèi)用最低，但是他們都受時(shí)間和區(qū)間的限制。尤其是太陽能采暖方式，在我國(guó)北方地區(qū)，特別是在冬季，由于太陽光射強(qiáng)度不高，采用該方式往往很難達(dá)到理想的溫度效果。

采用地源熱泵的采暖方式會(huì)受到當(dāng)?shù)氐責(zé)豳Y源豐度的影響，地?zé)豳Y源不足也很難達(dá)到理想的溫度效果。

從以上比較可知，每一種采暖方式都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。因此，油田地面建筑應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn)和條件，在考慮經(jīng)濟(jì)效益時(shí)兼顧社會(huì)效益，綜合比較與分析后再進(jìn)行選擇與設(shè)計(jì)。

2 案例分析及效果

頭臺(tái)油田無名島區(qū)塊已建廠房有注配間4座，水質(zhì)站1座，生活點(diǎn)1座，鍋爐房1座，總建筑面積為1218.144 m2。目前除生活點(diǎn)及水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）采用熱水采暖外，其余均采用電采暖。已建鍋爐房?jī)?nèi)有鍋爐2臺(tái)，其中1.5 t燃煤蒸汽鍋爐1臺(tái)，2.5 t燃煤蒸汽鍋爐1臺(tái)。

2.1 存在的主要問題

1）鍋爐負(fù)載率低。按照目前鍋爐房的實(shí)際供熱面積計(jì)算，考慮系統(tǒng)熱水管網(wǎng)散熱損失，鍋爐房最小鍋爐負(fù)載率僅為12.57%。已建鍋爐房負(fù)載率相對(duì)較低，冬季運(yùn)行鍋爐散熱量較大，從而導(dǎo)致耗煤量較大。

2）鍋爐結(jié)垢嚴(yán)重。已建鍋爐房?jī)?nèi)沒有全自動(dòng)軟化水處理設(shè)備，僅依靠酸洗維持生產(chǎn)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加鍋爐內(nèi)部結(jié)垢較為嚴(yán)重，鍋爐熱效率較低，而且每年酸洗費(fèi)用也相對(duì)較高。

2.2 改造設(shè)計(jì)方案

2.2.1 方案一

考慮到已建鍋爐房鍋爐負(fù)載率較低，方案設(shè)計(jì)將已建鍋爐房?jī)?nèi)2臺(tái)燃煤蒸汽鍋爐更換成1臺(tái)常壓燃煤熱水鍋爐，并且在現(xiàn)有供熱面積的基礎(chǔ)上增加鍋爐的供熱面積，將已建2號(hào)、3號(hào)以及4號(hào)注配間由原來的電采暖改為熱水采暖，總供熱面積為1218.144 m2。經(jīng)計(jì)算，采暖熱負(fù)荷為146.18 kW，更換后的常壓燃煤熱水鍋爐蒸發(fā)量設(shè)計(jì)為0.35 MW。該方案主要基建工程量見表1。

表1 改造設(shè)計(jì)方案一主要基建工程量

經(jīng)計(jì)算，該方案估算投資為136.52×104元。

2.2.2 方案二

考慮到無名島區(qū)塊已建廠房建筑面積相對(duì)較小，該方案設(shè)計(jì)已建2號(hào)、3號(hào)以及4號(hào)注配間保持原來的電采暖方式，將已建生活點(diǎn)及水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）由原來熱水采暖改為電采暖方式。

根據(jù)已建生活點(diǎn)及水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）建筑面積651.244 m2計(jì)算，需要安裝功率2.5 kW電壓220 V 7264-5FJER型電暖器共52臺(tái)。該方案主要基建工程量見表2。

經(jīng)計(jì)算，該方案估算投資為46.01×104元。

2.2.3 方案三

該方案設(shè)計(jì)已建2號(hào)注配間、3號(hào)注配間以及4號(hào)注配間保持原來的電采暖方式，將已建生活點(diǎn)及水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）由原來熱水采暖方式改為熱泵采暖方式。

該方案充分利用已建生活點(diǎn)及水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）站外熱水管網(wǎng)及室內(nèi)散熱器，將已建鍋爐房?jī)?nèi)2臺(tái)燃煤蒸汽鍋爐及除塵間鼓風(fēng)設(shè)備拆除，重新在除塵間內(nèi)安裝熱泵機(jī)組2臺(tái)（運(yùn)一備一），鍋爐間作為無名島職工活動(dòng)室。

表2 改造設(shè)計(jì)方案二主要基建工程量

根據(jù)已建生活點(diǎn)、水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）及鍋爐房合計(jì)建筑面積900 m2計(jì)算，需要安裝LSBLGRG-150 kW熱泵機(jī)組2臺(tái)（在線備用1臺(tái)），單臺(tái)尺寸為長(zhǎng)×寬×高=2910 mm×1100 mm×1420 mm，輸入電機(jī)功率34.7 kW，熱泵機(jī)組輸出功率150 kW；輸入低品位熱源（地下水）溫度7～15℃，輸出高品位熱源溫度最高60～65℃。熱泵機(jī)組中間介質(zhì)采用氟里昂R134a。該方案主要基建工程量見表3。

表3 改造設(shè)計(jì)方案三主要基建工程量

經(jīng)計(jì)算，該方案估算投資為101.02×104元。

2.2.4 方案四

該方案設(shè)計(jì)已建2號(hào)注配間、3號(hào)注配間以及4號(hào)注配間保持原來的電采暖方式，將已建生活點(diǎn)及水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）由原來熱水采暖方式改為電磁熱泵采暖方式。

該方案充分利用已建生活點(diǎn)及水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）站外熱水管網(wǎng)及室內(nèi)散熱器，將已建鍋爐房?jī)?nèi)2臺(tái)燃煤蒸汽鍋爐及除塵間鼓風(fēng)設(shè)備拆除，重新在除塵間內(nèi)安裝電磁熱泵2臺(tái)（運(yùn)一備一），鍋爐間作為無名島職工活動(dòng)室。

根據(jù)已建生活點(diǎn)、水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）及鍋爐房合計(jì)建筑面積900 m2計(jì)算，需要安裝DCGN-NX-100 kW電磁熱泵2臺(tái)（在線備用一臺(tái)），單臺(tái)尺寸為長(zhǎng)×寬×高=800 mm×700 mm×1520 mm，輸入電機(jī)功率100 kW，電壓等級(jí)380 V。該方案主要基建工程量見表4。經(jīng)計(jì)算，該方案估算投資為83.6×104元。

表4 改造設(shè)計(jì)方案四主要基建工程量

2.2.5 方案五

該方案設(shè)計(jì)已建2號(hào)注配間、3號(hào)注配間以及4號(hào)注配間保持原來的電采暖方式，將已建生活點(diǎn)及水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）由原來熱水采暖方式改為電磁采暖方式。

該方案設(shè)計(jì)建筑采暖由方案四的集中采暖方式改為分散采暖方式，在生活點(diǎn)、水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）以及鍋爐房分別安裝電磁熱泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)采暖循環(huán)水的加熱目的。

根據(jù)已建生活點(diǎn)、水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）及鍋爐房建筑面積計(jì)算，生活點(diǎn)需要安裝DCGN-Y-30 kW型電磁熱泵2臺(tái)（運(yùn)一備一）；水質(zhì)站（含1號(hào)注配間）需要安裝DCGN-Y-40 kW型電磁熱泵2臺(tái)（運(yùn)一備一）；鍋爐房需要安裝DCGN-Y-30 kW型電磁熱泵2臺(tái)（運(yùn)一備一）。

將已建鍋爐房?jī)?nèi)兩臺(tái)燃煤蒸汽鍋爐及除塵間鼓風(fēng)設(shè)備拆除，重新在除塵間內(nèi)安裝DCGN-Y-30 kW型電磁熱泵2臺(tái)（運(yùn)一備一），鍋爐間作為無名島職工活動(dòng)室。該方案主要基建工程量見表5。

經(jīng)計(jì)算，該方案估算投資為86.77×104元。

表5 改造設(shè)計(jì)方案五主要基建工程量

2.3 改造設(shè)計(jì)方案分析與比較

2.3.1 運(yùn)行費(fèi)用比較

無名島區(qū)塊廠房采暖改造工程各方案概算投資與年運(yùn)行成本的計(jì)算：采暖期按照180 d，煤炭?jī)r(jià)格按照560元/t，電價(jià)按照0.55元/kWh計(jì)算，不考慮人員成本。各方案概算投資及運(yùn)行費(fèi)用比較見表6。

2.3.2 方案綜合比較

只考慮生活點(diǎn)、水質(zhì)站及鍋爐房采暖時(shí)，方案三一次性投資最高，方案五分散電磁熱泵采暖次之，方案一更換小型鍋爐及安裝全自動(dòng)軟化水裝置一次性投資最低。從運(yùn)行成本上分析，方案一運(yùn)行成本最低，方案三熱泵采暖次之，方案四及方案五較高，方案二采用電采暖方式電力運(yùn)行費(fèi)最高。

2.3.3 效果

該項(xiàng)工程改造投產(chǎn)后，從根本上解決了原先采用2臺(tái)較大燃煤蒸汽鍋爐采暖存在的問題，而且該方案與電采暖方式比較，年可節(jié)約生產(chǎn)運(yùn)行成本24.46×104元，節(jié)能降耗效果比較明顯。

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

通過以上比較與分析，按照目前各種燃料價(jià)格及國(guó)家節(jié)能減排任務(wù)指標(biāo)，可以得出以下結(jié)論：

表6 各方案概算投資及運(yùn)行費(fèi)用比較

1）油田建筑采暖方式應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，不能采用一刀切的方式，應(yīng)根據(jù)采暖規(guī)模、可依托條件等，在考慮經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)兼顧社會(huì)效益，即生產(chǎn)運(yùn)行成本、安全環(huán)保以及節(jié)能減排應(yīng)進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，合理選擇建筑采暖方式。

2）針對(duì)油田自身的特點(diǎn)，在采暖規(guī)模較大、天然氣比較豐富而且煤炭銷售地點(diǎn)距離采暖地點(diǎn)較遠(yuǎn)的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用燃?xì)忮仩t采暖方式。

3）在采暖規(guī)模較小、天然氣比較缺乏而且煤炭銷售地點(diǎn)距離采暖地點(diǎn)較近的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用燃煤鍋爐采暖方式。

4）在可依托條件較差的情況下，新建產(chǎn)能區(qū)塊中的注配間、配水間等可以采用電采暖方式。

5）熱泵采暖方式一次性投資較高，而且在運(yùn)行期間需要消耗部分電能，與燃煤和燃?xì)忮仩t采暖比較，運(yùn)行成本較高，目前應(yīng)該謹(jǐn)慎采用，該項(xiàng)技術(shù)還需要進(jìn)行深入研究。

6）地源熱泵及太陽能采暖方式雖然是21世紀(jì)最有效的綠色環(huán)保技術(shù)，但是這種采暖方式局限性太強(qiáng)。為了不影響正常生產(chǎn)和生活，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)特點(diǎn)并結(jié)合其他采暖方式小范圍采納。

總之，目前我國(guó)建筑采暖方式還是以傳統(tǒng)的鍋爐采暖方式為主，其余采暖方式為輔。雖然我國(guó)能源儲(chǔ)量特別是煤炭資源相對(duì)較為豐富，但是人均可分配資源較少，而且一次性能源具有不可再生性。因此在21世紀(jì)我們應(yīng)繼續(xù)加大科技攻關(guān)力度，節(jié)約能源，降低燃料消耗，突破新的綠色環(huán)保采暖方式瓶頸技術(shù)，為我國(guó)單位GDP能耗指標(biāo)下降做出貢獻(xiàn)。

[1]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[2]敬仕超.物理學(xué)導(dǎo)論[M].成都:成都科技大學(xué)出版社,1999.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2012.01.015

曹曉毛，2002年畢業(yè)于西安科技學(xué)院采礦工程專業(yè)，工程師，從事地面建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)，E-mail：abccxm2001@sina.com，地址：黑龍江省大慶頭臺(tái)油田開發(fā)有限責(zé)任公司工程管理中心，166512。

2011-11-15）