復(fù)疊式空氣源熱泵技術(shù)在加熱原油上的應(yīng)用

趙小玲　張冬瑩　游　立（江蘇油田分公司采油三廠）

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復(fù)疊式空氣源熱泵技術(shù)在加熱原油上的應(yīng)用

趙小玲張冬瑩游立（江蘇油田分公司采油三廠）

目前應(yīng)用于原油加熱系統(tǒng)中的空氣源熱泵技術(shù)均為單級式熱泵，該熱泵技術(shù)在環(huán)境溫度較低的情況下，存在熱泵機(jī)組適應(yīng)性差、制熱性能低及節(jié)能效果差等問題，而單-雙級混合復(fù)疊式空氣源熱泵制熱系統(tǒng)，可在單級、雙級復(fù)疊兩種制熱模式下運(yùn)行，解決了單級式熱泵在運(yùn)行中的不足，在較低的室外溫度下良好的運(yùn)行，實現(xiàn)節(jié)約能源的目的。

復(fù)疊式空氣源熱泵單/雙級耐熱模式耐熱性能系數(shù)

單/雙級混合復(fù)疊式空氣源熱泵，可根據(jù)室外環(huán)境溫度，在單級、雙級復(fù)疊兩種制熱模式之間切換運(yùn)行。在環(huán)境溫度較高時，單級運(yùn)行；在環(huán)境溫度較低時，雙級復(fù)疊運(yùn)行。雙級復(fù)疊運(yùn)行時，由中間換熱器將2套單級熱泵系統(tǒng)有機(jī)耦合，低溫級從空氣中吸收熱量，為高溫級提供10～20℃的低溫?zé)嵩?，高溫級制備的熱量，供加熱原油?］。單/雙級混合復(fù)疊式空氣源熱泵增強(qiáng)了機(jī)組對環(huán)境溫度寬幅變化的適應(yīng)能力，提高了在較低溫度下的運(yùn)行性能及適應(yīng)性。

1　工作流程

復(fù)疊式空氣源熱泵機(jī)組主要由壓縮機(jī)、中間蒸發(fā)冷凝器（中間換熱器）、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器、冷凝器等組成［2］。

圖1為單/雙級混合復(fù)疊式空氣源熱泵系統(tǒng)流程圖。通過電磁閥的啟閉實現(xiàn)單級、雙級復(fù)疊兩種制熱模式的切換。當(dāng)室外環(huán)境溫度較高時，電磁閥6、9開啟，電磁閥7、8關(guān)閉，機(jī)組按單級制熱模式運(yùn)行，僅低溫級壓縮機(jī)1運(yùn)行；當(dāng)室外溫度較低時，電磁閥7、8開啟，電磁閥6、9關(guān)閉，機(jī)組按雙級復(fù)疊制熱模式運(yùn)行，低溫級壓縮機(jī)、高溫級壓縮機(jī)同時運(yùn)行。

2　現(xiàn)場應(yīng)用

單/雙級混合復(fù)疊式空氣源熱泵在江蘇油田天33-4井的單井罐集輸系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用。該井位于夏熱冬冷氣候區(qū)域，全年溫度范圍-5～40℃，冬季氣溫較低，夏季溫度較高，適合采用單/雙級混合復(fù)疊式空氣源熱泵。經(jīng)過調(diào)試和試運(yùn)行，使其工況達(dá)到最佳狀態(tài)，并對該空氣源熱泵運(yùn)行情況進(jìn)行了現(xiàn)場制熱性能測試。

圖1　單/雙級混合復(fù)疊空氣源熱泵系統(tǒng)

罐內(nèi)原油含水37%，環(huán)境溫度為3℃左右，量取儲罐空高為142 cm，并計算罐內(nèi)原油液量。2014年2月28日運(yùn)行空氣源熱泵，并錄取了熱泵運(yùn)行過程中有關(guān)參數(shù)、數(shù)據(jù)，現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)見表1，基于當(dāng)前環(huán)境溫度，機(jī)組為雙級復(fù)疊式制熱運(yùn)行模式。

空氣源熱泵的制熱性能系數(shù)COP值反應(yīng)了其制熱能力，一般為2～5，它等于熱泵系統(tǒng)的制熱量與輸入能耗的比值，在相同工況下，COP值越大，說明空氣源熱泵的制熱效果越好、越節(jié)能，計算公式為：

表1　現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

式中：

COP——制熱性能系數(shù)，無量綱；

Q——制熱量（被加熱介質(zhì)所獲得的熱量），kWh；

E——輸入能耗（消耗的電能），kWh。

根據(jù)表1取第二組與第三組數(shù)據(jù)計算空氣源熱泵的COP值，罐內(nèi)原油14.23 t，原油溫度由22.7℃，升至27.6℃，消耗電能18 kWh，取原油比熱容0.5 kcal/（kg·℃），水的比熱容1.0 kcal/（kg ·℃）。由于環(huán)境溫度較低，考慮儲油罐的散熱損失，表面積為70.85 m2，熱損失傳熱系數(shù)取1.1 W/（m2·℃），測試取散熱時間為2 h，取罐內(nèi)外溫差為24.5℃。經(jīng)過計算，測試出空氣源熱泵的COP值為3.38，能滿足原油加熱的需要。

2014年2月至2015年1月共計錄取了14次數(shù)據(jù)，如表2所示，從表中數(shù)據(jù)計算得知，平均COP值為3.66，節(jié)能效果顯著。且隨著環(huán)境溫度的升高，空氣源熱泵的COP值也增大，即制熱能力受環(huán)境溫度影響較明顯。

表2　天33-4井空氣源熱泵應(yīng)用數(shù)據(jù)

3　效益分析

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可測算出空氣源熱泵的全年性能系數(shù)即COP值為3.66，根據(jù)天33-4井年產(chǎn)液量2100 t，平均電價按0.8元/kWh計算，采用空氣源熱泵比采用電加熱棒加熱能夠節(jié)約電費約2.74萬元。項目投資10.5萬元，投資回收期約為3.8年。

空氣能為綠色能源可再生能源，將空氣源熱泵技術(shù)應(yīng)用于原油加熱系統(tǒng)，沒有廢棄物排放，達(dá)到環(huán)保要求，熱泵性能系數(shù)均在2.5以上。

4　結(jié)論

1）空氣熱源泵技術(shù)在環(huán)境溫度-5～40℃的范圍內(nèi)時，熱泵的制熱系數(shù)COP值為2.5～5。

2）該技術(shù)可在單井儲罐加熱系統(tǒng)及其他類似的供熱系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

3）該技術(shù)可與地源熱泵技術(shù)、太陽能加熱等技術(shù)聯(lián)合使用，應(yīng)用于拉油點、站庫等原油加熱集輸系統(tǒng)供熱。

［1］柴沁虎，馬國遠(yuǎn).空氣源熱泵低溫適應(yīng)性研究的現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.能源工程，2002（5）：25-31.

［2］吳業(yè)正，朱瑞琪，李新忠，等.制冷與低溫技術(shù)原理［M］.北京：高等教育出版社，2004：114-115.

嚴(yán)查嚴(yán)防杜絕事故隱患

為切實加強(qiáng)加油站安全管理工作，北京石油將各條地鐵上方及沿線加油站列為環(huán)保一級重點站，對重點部位增加檢測頻次，每日對油氣回收系統(tǒng)檢查不少于三次，檢查重點以“一聞、二看、三聽、四查”為主，如在卸油、加油過程中，發(fā)現(xiàn)油氣味重，將及時停止相關(guān)作業(yè)進(jìn)行隱患排查，嚴(yán)禁設(shè)備帶病運(yùn)行。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.008

2015-07-22）

趙小玲，工程師，2002年畢業(yè)于重慶石油高等專科學(xué)校，從事油氣儲運(yùn)工作，E-mail：zhaoxl1.jsyt@sinopec.com，地址：安徽省天長市同心路采油三廠，239300。