熱泵技術(shù)在稠油熱采工藝中的應(yīng)用

（遼河油田公司金馬油田開發(fā)公司，遼寧 盤錦 124010）

熱泵技術(shù)在稠油熱采工藝中的應(yīng)用

張傳友

（遼河油田公司金馬油田開發(fā)公司，遼寧 盤錦 124010）

以曙五聯(lián)合站污水余熱回收利用工程項目為例，詳細介紹了熱泵技術(shù)在遼河油田稠油熱采中的應(yīng)用。使含油污水中的熱能實現(xiàn)二次利用。

熱泵；污水余熱

一、引言

遼河油田稠油和高凝油的產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上，稠油和高凝油的開采都是采用熱采的方式，因此生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的高溫含油污水，如能將含油污水中的熱量加以提取，應(yīng)用于稠油和高凝油的開采或儲運過程，不但能避免能量的浪費，又可節(jié)能。

遼河油田曙五聯(lián)合站外排含油污水10 693m3/d，溫度在71～73℃之間。部分污水用作采暖和伴熱，大部分未經(jīng)任何利用直接外排到污水處理廠，造成大量的熱量浪費。同時該站的進站液經(jīng)預(yù)脫后，還需要進行2次加熱再去脫水，曙五聯(lián)現(xiàn)共有2 300kW加熱爐12臺，全部滿負荷運行，每天消耗燃油60t。根據(jù)該站外排污水水量大、水質(zhì)穩(wěn)定的特點，利用熱泵技術(shù)，以電能為動力，提取在生產(chǎn)過程中含油污水中的熱量，將其合理利用到生產(chǎn)中去，解決進站液一次加熱問題，既能替代現(xiàn)在采用的燃料油，又可改善余熱資源的浪費。

二、熱泵技術(shù)

熱泵，就是利用了熱力學(xué)第二定律把低品位能量傳遞到高品位能量的設(shè)備，可以把不能直接利用的低位熱能（如空氣、土壤、水中所含的熱能、太陽能、生活和生產(chǎn)廢熱等）轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達到節(jié)省部分高位能（如煤、油、燃氣、電能等）的目的。

目前廣泛應(yīng)用的壓縮式熱泵裝置主要由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥4部分組成，通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)（吸取熱量）→壓縮→冷凝（放出熱量）→節(jié)流→再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移（圖1）。壓縮式熱泵機組根據(jù)最高加熱溫度分為常溫?zé)岜脵C組（55℃以下）、中溫?zé)岜脵C組（55～75℃）、高溫?zé)岜脵C組（75℃以上）。熱泵機組最高加熱溫度主要取決于其使用的制冷工質(zhì)的飽和壓力情況。

圖1 熱泵機組原理圖

三、工程實例

1．工程概況

遼河油田曙五聯(lián)合站主要承擔(dān)曙光采油廠采油三區(qū)、五區(qū)、七區(qū)開采的油水混合物（進站液）加熱分離任務(wù)，每天處理進站液量16 000m3（SAGD全部進站后達到18 305m3）。曙五聯(lián)現(xiàn)共有2 300kW加熱爐12臺，全部滿負荷運行。作業(yè)區(qū)來油采用分區(qū)脫水，脫水流程為預(yù)脫、加破乳劑、一次加熱、一次沉降脫水、緩沖、二次加熱及二次沉降脫水，各區(qū)脫水后合格原油分別計量再混合外輸。

2．工藝條件

(1)其中采油三區(qū)進站總液量3 911m3/d，預(yù)脫后準(zhǔn)備一次加熱的進站液量（53℃）2 355m3/d，含水率為85%，預(yù)脫后采用2臺2 300kW加熱爐進行一次加熱，要求加熱溫度為85℃，熱負荷為3 406kW，其進站液情況如表1所示。

表1 采油三區(qū)處理的進站液情況

(2)曙五聯(lián)合站每天污水量總計10 693m3，污水溫度為71～73℃；所有污水分別外輸?shù)绞镆粎^(qū)和華油污水處理廠處理，外輸壓力平均為1．1MPa，其含油污水水質(zhì)情況如表2所示。

表2 曙五聯(lián)合站含油污水水質(zhì)情況

3．工藝流程（圖2）

圖2 進站液加熱工藝流程圖

針對曙五聯(lián)合站污水系統(tǒng)改造，通過熱泵機組從污水（10 693 m3/d，溫度為71℃）中提取3 406kW的熱量，將采油三區(qū)（2 355m3/d，53℃）預(yù)脫后進站液加熱到85℃，完成預(yù)脫后進站液的一次 加熱。

首先利用污水高溫將預(yù)脫后進站液預(yù)熱，再經(jīng)壓縮式熱泵機組加熱。工藝流程由以下4部分組成。

(1)采油三區(qū)預(yù)脫后進站液（53℃、2 355m3/d）進入油水混合物-污水換熱器與污水（71℃、149m3/h）換熱，預(yù)脫后進站液溫升至66℃，獲取熱量1 384kW，完成預(yù)熱；污水溫降至63℃，排入聯(lián)合站內(nèi)原有外輸系統(tǒng)。

(2)另有污水（71℃、194m3/h）經(jīng)污水-軟化水換熱器與軟化水換熱，釋放熱量1 800kW后，溫度降為63℃，排入聯(lián)合站內(nèi)原有外輸系統(tǒng)。

(3)66℃的軟化水進入熱泵機組的蒸發(fā)器側(cè)放熱，冷凝器側(cè)80℃循環(huán)軟化水經(jīng)熱泵機組做功溫升至90℃。

(4)經(jīng)過預(yù)熱的66℃預(yù)脫后進站液進入油水混合物-軟化水換熱器與90℃循環(huán)軟化水換熱，軟化水溫度降為80℃，釋放熱量2 022kW；進站液溫度提升為85℃。這樣就完成了預(yù)脫后進站液的一次加熱。

通過換熱和熱泵提升，預(yù)脫后進站液最終獲得3 406kW熱量。

四、結(jié)語

曙五聯(lián)合站采油三區(qū)進站液在預(yù)脫后，采用熱泵機組提取污水中的熱量進行加熱，代替原2臺2 300kW加熱爐加熱，預(yù)計每天可節(jié)省燃料油10t。目前，遼河油田稠油區(qū)塊上有31個聯(lián)合站，如果將熱泵技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)合站生產(chǎn)，必將取得良好的經(jīng)濟和社會效益。

[1] 馬最良、呂悅． 地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[M]． 北京：機械工業(yè)出版社，2006．

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