油田污水余热回收利用技术

- 66 - 节能减排 石油与化工设备 2011年第14卷 油田污水余热回收利用技术 龚秋红1，李元春1，卢宇2，杨永彬2，王洪松2，王博2 （1.江汉石油勘察设计研究院， 湖北 武汉 430000） （2.中国石油塔里木油田公司， 新疆 库尔勒 841000） [摘 要] 采用污水源热泵技术回收油田污水中的余热，作为低温热源供热，是实现污水热能综合利用的有效途径。本文结合 设计实践，举例说明了油田污水余热回收利用的原理、装置和节能等方面的技术。 [关键词] 油田污水；余热；污水源热泵；回收利用 作者简介：龚秋红（1982—），女，江西南昌人，本科毕 业，工程师，现主要从事油气储运研究与设计工作。 图1 污水余热回收工艺简图 节 能 减 排 能源和环境问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 是当今世界各国面临的重 大问题，资源缺乏在21世纪成为全球共同面临的 危机。随着国际能源供应形势的日益严峻，国家 和油田对“节能减排”工作更加重视，我国已在 “十二五”规划中将节能减排作为更加重要的工 作内容。 目前各油田油气处理站均存在大量的油田生 产污水，大部分用于回注或回灌，小部分排放到 晒水池。生产污水的温度约为40-55℃之间，污水 源热泵技术能有效地将污水资源中的低品质能量 汲取出来，供给生活采暖和油田生产用热。 1 余热回收原理 热泵是一种按照逆向热力循环，利用高位能 的位能潜力，去提取周围环境中无直接用途的热 量，使其温度提升，从而获得更多可利用热能的 热力装置。污水源热泵作为热泵的一种形式，是 将油气田生产污水中的低位热能提升为高位热能 加以利用的热力装置，是制冷机的逆循环。污水 源热泵机组供热的工作原理是利用油气田生产污 水，借助制热循环系统，通过消耗少量的电能， 在冬天将污水资源中的低品质能量汲取出来，经 管网供给室内采暖系统、生活热水系统及站内生 产用热。通常污水源热泵消耗1kW的能量，用户 可以得到4kW以上的热量，热泵机组出口能够提 供60-85℃的温度。这种技术可最大限度地减少能 源消耗和环境污染，适应了社会发展的需要，已 在世界范围内得到快速的发展。 2 余热回收装置 污水余热回收利用装置主要包括污水与清 水换热器、污水源热泵机组、末端设备。由于油 田污水腐蚀性强，为延长热泵机组的使用年限， 必须在污水源热泵机组前端增加污水与清水换热 器；污水源热泵机组主要包括压缩机组、冷凝 器、蒸发器等；采暖时末端设备为暖气片，站内 工艺用热为清水与原油换热器。污水余热回收利 用装置在运行过程中，污水通过换热器将热量传 递给清水介质，热泵机组中的蒸发器通过管路从 清水介质中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽 经热泵机组中的压缩机压缩后温度和压力升高， 高温蒸汽通过冷凝器冷凝为液体时，释放出的热 量可传递给末端用热设备，冷凝后的传热工质通 过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循 环往复（见图1）。 在污水余热回收利用装置中，直接与污水接 触的换热器是整个装置中的重要设备之一。解决 好换热器的问题是污水源热泵热源利用系统成功 - 67 -第5期 ◆参考文献 [1] 苗承武，吴明利，刘文多．采用热泵技术回收油田污水 余热[J]．石油规划设计，2007，18(2)：22-24． [2] 冯久鸿．吸收式热泵用于稠油污水余热回收的仿真和优 化[J]．油气田地面工程，2003，22(9)：33． [3] 张永贵．油田污水余热回收 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及其经济效益测算[J]． 节能技术，2003，21(3)：8-9． [4] 刘泳，刘铁敏．任一联合站污水余热采暖工程[J]．油田 节能，1999，10(1)：26-28． [5] 何卫兵．应用热泵型原油加热系统回收高温污水余热[J]． 中外节能，2009，14(5)：110-111． [6] 谢丁旺，张小松，王凤丽．组合式热泵在油田污水余热 回收的应用研究[J]．制冷空调与电力机械，2008， 29(2)：9-13． 收稿日期：2011-03-08；修回日期：2011-04-15 与否的关键，因此对其设计的要求就更加苛刻。 首先，要满足工艺要求，污水换热器是将污水中 的能量与中间介质清水进行交换，两者之间的温 差不大，因此要求换热器在此工作条件下具有较 高的换热强度，尽量减少热量损失；其次，要 求在此工作条件下具有一定的强度，结构要求简 单、紧凑，便于安装和维修，不能出现堵塞，造 价低廉且运行安全；再次，污水换热器更重要的 要求是防腐蚀性能好、抗垢、清洗方便。综上所 述，污水与清水换热器通常选用浮头式换热器，该 换热器的特点是有一端管板不与外壳相连，可以沿 轴向自由伸缩。这种结构不但完全消除了热应力， 而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接，整个管 束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。 污水源热泵机组通常选用高温水源热泵。高 温水源热泵一般是指可以直接回收利用20-55℃的 低品位余（废）热资源，制出65-85℃热水的热泵 机组。可用于油田供暖、原油加热、工业保温及 生产用热等领域，替代燃油、燃气及燃煤锅炉， 可以为油田节约大量的一次能源。 3 经济和社会效益 该技术可有效地回收和利用油气田污水热 能，是油田污水资源化的一种先进技术，具有明 显的节能、经济和环保优势，对促进各油田的科 学发展有着重要意义。 3.1 节能 油田生产污水冬季温度50℃，污水温度比环 境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高， 能效比也提高了。采用油田污水余热回收利用装 置，可以代替一部分高位能源（如煤、石油、天 然气等）的使用，从而降低油气田的资源消耗、 实现分散化合理配置，提高了油田能量利用效 率，显示出明显的节能效果。据美国环保署EPA估 计，设计安装良好的污水源热泵，平均可以节约 30%~40%供热的运行费用。 3.2 经济 采用油田污水余热回收利用装置，可以将热 源设备按区域加以设置，从而减轻初始投资的负 担；同时采用油田污水余热回收利用装置供暖， 由于不用锅炉房等设施和设备，可将污水热能直 接供给需要热量的地域，这样，在节省空间、减 少设备及其占地面积的同时，相应降低了设备投 资和区域管网的费用，从而可大大降低系统的运 行费用。 3.3 环保 采用油田污水余热回收利用装置，可以减少 煤、石油和天然气等能源的使用，从而相应地降 低了CO2、NOX、SOX及粉尘污染物的发生量。因 此，有效利用油田污水热能，对减轻大气污染加 强环境保护具有重大的积极作用。 油田生产污水的温度一年四季相对稳定， 波动的范围较小，是很好的热泵热源。污水水体 温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更稳定可 靠，也保证了系统的高效性和经济性，机组还具 备运行可靠、维护费用低、自动化控制程度高、 使用寿命长等特点。 塔里木油田桑吉作业区生产污水量为3100 m3/d，温度为50℃左右，所生产的污水均采用回灌 入地下，通过污水源热泵机组从污水中吸取20℃ 的温差，每天得到热量为6.2×107kJ，用这部分热 量去采暖或站内生产用热，可节约标煤2.75t/d， 折合天然气1370m3/d。塔中联合站生产污水量约 4500m3/d，温度为50℃左右，其中注水量约为 2000m3/d，其余排至晒水池。通过污水源热泵机组 从污水中吸取20℃的温差，每天得到热量为9.02× 107kJ，用这部分热量去采暖或站内生产用热，可 折合节约标煤4t/d，折合节约天然气2000m3/d，并 且在使用污水源热泵机组过程中没有燃烧过程， 对减轻大气污染具有积极作用。 4 结论 回收和利用油田生产污水中的热能，不仅 可以实现资源的循环利用，变废为宝，降低油田 对初始燃料的依赖，大大提高油气田的能源利用 率，而且能够提高人们对油田生产污水资源化的 认识，实现循环经济发展的理念，对控制大气污 染，保护全球环境，建设节能型的现代化油田有 着重大的现实意义。 龚秋红等 油田污水余热回收利用技术