摘要：本文介绍了胜利油田孤东采油厂利用热泵型原油加热系统，对油田高温污水余热资源进行充分利用，介绍了系统的设计方案和现场应用情况，分析了现场应用数据、经济效益以及运行效果与设计目标存在差距的原因分析，为油田伴生资源综合利用提供了有益的借鉴。
关键词：油田 热泵 系统 资源综合利用
Abstract：This paper introduces the Shengli Oil Field Gudong Oil Production Plant used heat-pump oil-heating system to make full use of high-temperature water waste resources. This paper introduces system design on-site application, analysis of application data at the scene, the economic benefits as well as the running effect with the design goals of the reasons for the gap analysis, the comprehensive utilization of resources for the field associated with the provision of a useful reference.
Key words： Oilfield Heat-pump System Comprehensive utilization of resources
引言
发展循环经济、建设资源节约型和环境友好型社会，是实现全面建设小康社会目标的必然选择，也是实现油田可持续发展的必由之路。目前胜利油田有大量的40～70℃污水余热没有充分利用就进行回注或外排，造成了余热资源的浪费。同时在采出液处理过程中，又需要大量的热能以满足原油生产需要。以胜利油田孤东采油厂四号联合站为例，目前进孤东四号联合站的采出液为16000立方米/天，温度为42℃，经常温游离水脱除器脱水后，依然有4000立方米/天的液量需要被加热到78℃，日需求热量总量约为20万千瓦时，而孤东四号联合站70℃左右高温污水资源量为2550立方米/天，38～40℃低温污水的资源量为12000立方米/天。若高温污水通过直接换热器利用，温差为15℃，可利用热量为4.5万千瓦时；低温污水通过热泵等能量转换设备加以利用，温差为5℃低温污水，高温污水余热直接利用后，再次通过热泵等能量转换设备加以利用，温差为20℃，可利用热量为12.9万千瓦时。由此可见，孤东四号联合站高、低温污水的可利用热能资源量已经达到其需求量的3/4左右。为此， 2005年底我们提出了利用污水余热给原油加热这一研究课题，在孤东四号联合站热泵型原油加热系统应用试验，取得了良好的现场应用试验效果，为油田污水余热的综合利用提供了一个思路。
热泵型原油加热系统设计
工艺流程设计
如图1所示，系统由两级换热组成，一级换热为污水直接对原油换热；二级为热泵机组通过污水换热器将污水作为热源产生高温水（软化水）给原油加热，从而将原油加热到所需温度。其中污水来源于孤东四号联合站一次罐排放的70℃左右的高温污水，原油来源于加热炉入口进油管线，与加热炉并联，系统污水排放至污水站，原油加温后送至分离器。
理论计算
设计以加热原油的数量按每天955.2吨/天 (质量流量39.8吨/小时)，原油含水率80%，原油比重960千克/立方米，原油比热0.5千卡/千克.℃计算。加热系统采用两级加热，一级采用换热器使原油温度从42℃加热到60℃；二级采用2台SBLGR-300H高温热泵机组， 使原油温度从60℃加热到78℃。二级热泵机组蒸发器的低温热源通过污水换热器在油污废水中提取。
（1）一级换热器加热负荷
一级换热器将原油由42℃加热到60℃，原油一级加热量Q1：
Q1=[0.5×39.8×0.2×（60-42）+1×39.8×0.80×（60-42）]×1.163=749.9千瓦
（2）二级换热器加热负荷
二级换热系统将原油由60℃加热到80℃，原油二级加热量Q2：
Q2=[0.5×39.8×0.2×（78-60）+1×39.8×0.80×（78-60）]×1.163=749.9千瓦
采用2台SBLGR-300H高温热泵机组为二级换热器提供热量加热原油，SBLGR-300H高温热泵机组制热量为395千瓦，电机功率95千瓦。热泵机组制冷395-95=300千瓦。
（3）高温热泵机组冷凝器泵
高温热泵机组冷凝器泵进出水温度分别为85℃和78℃，循环泵流量：
G1=749.9×0.86/（85-78）=92.1立方米/小时，共二台。
（4）高温热泵机组蒸发器
高温热泵机组蒸发器进出水温度分别为57℃和50℃，高温热泵机组制冷量为300×2=600千瓦。蒸发器循环泵流量：
G2=600×0.86/（57-50）=73.7立方米/小时。共二台。
（5）油污水换热器通过的高温污水流量
油污水换热器换热量为600千瓦，油污废水进出油污换热器的温度为66℃和55℃。
需高温污水流量G3=600×0.86/（66-55）=46.9立方米/小时。
（6）一级换热器通过的高温污水流量
一级换热器换热量为749.9千瓦，油污废水进出油污换热器的温度为66℃和55℃。
需高温污水流量G4=749.9×0.86/（66-55）=58.6立方米/小时。
（7）高温污水总流量
油污废水总流量G5=G3+G4=46.9+58.6=105.5立方米/小时。
配套工艺
2.3.1污水过滤工艺
对污水的过滤，采用日本原装DAST自动清洗过滤器，为了解决过滤油性液体时，网壁上产生油膜而堵塞滤网及油污废水中含有高分子聚合物等问题，日本制造公司在DAST的刮刀上设计了反吸器装置。反吸器的工作原理是，在过滤器的底部再设计一个排污口，排污口与反吸器是相通并在排污口设一个电磁开关控制。当传感器检测到网孔被油污和高分子聚合物堵塞时，在启动刮刀旋转的同时，排污口的控制阀按设定方式执行打开、闭合的程序启动动作。达到自动和高效清洗过滤的目的。
2.3.2系统自动控制
“孤东四号联合站余热利用控制系统”是运用高科技现代化自动控制技术，对热泵、换热器等设备实现现场数据采集、远程自动监控，集参数监测、参数优化、自动切换、报警、记录、报表生成、运行保护及运行设置（高级维护管理）于一体，实现热泵的“高温、高效、环保、节能”的优点，满足原油加热的需求，同时大大的提高了能源利用效率，节能效果显著。其中采集参数包括：
（1）含水原油进入系统前的温度、压力，升温后的温度、压力，含水原油流量；
（2）含油污水进入系统前的温度、压力，降温后的温度、压力，含油污水水泵的吸合状态；
（3）热泵的参数接口，采集数据
（4）变压器侧的电参数数据采集
导出参数包括：
（1）实时计算热泵蒸发侧总吸热量；
（2）实时计算热泵冷凝侧总放热量；
（3）计算各台热泵的COP；
（4）计算系统的总COP效率
现场试验数据分析
系统运行后，被加热原油温度、流量为46℃、35.6立方米/小时，加热后原油温度达到了74℃。实际取用污水温度、流量为69.96℃、85立方米/小时，换热后污水温度为60.94℃（12月23日3：00数据）
）现场系统供热量计算
根据现场记录的参数进行供热估算原油总吸热功率如下（其中以水的比热为1卡、原油比热为0.5卡、原油含水75％计算）。
原油总吸热功率＝（原油含水水量×比热＋原油量×比热）×提升温度×转换系数
＝（35.6×0.75×1+35.6×0.25×0.5）×（74-46）×1.163
＝1014.4千瓦
即系统原油总吸热功率为1014.4千瓦。
）油田技术检测中心测试数据计算
如附表《孤东四号联合站水源热泵系统测试计算数据综合表》可知，胜利油田技术检测中心测试原油平均吸热功率为1047.65千瓦，热泵平均能效系数(二级换热)为4.05，热泵系统能源利用率94.97％。对比现场录取与检测中心测试数据，技术检测中心测试热泵系统平均吸热功率多33.35千瓦，两者基本相符，故不再用胜利油田技术检测中心数据做效益分析。
效益分析
根据2005年12月21日至12月30日的高压测电量计量记录可知系统平均日耗电量为2500千瓦时左右，电费为1250元/天。
原油燃烧热值35000千焦/千克，燃烧效率为0.8计算，原油实际吸热量折算原油日燃烧量为：
1014.4/（0.8×35000）×3600×24＝3130千克
原油价格以1980元/吨计算，原油实际吸热量折算原油日燃烧量价值为：3.13×1980＝6198元
系统日节约价值为：6198-1250＝4948元
系统以年运行350天计算，年预测效益为：4948×350＝173.18万元。
以目前状态运行系统投资回收期预测为：500：173.18＝2.89年。
以目前运行状态计算系统能效系数为：1014.4：（2500/24）＝9.73。
即系统使用一度电可以置换出9.73千瓦时的热量。
系统运行效果与设计目标差距的原因分析
由以上数据可知原油的总吸热功率，无论是胜利油田技术检测中心测试的1014.4千瓦，还是胜利油田技术检测中心测试的1047.65千瓦都与设计的1500千瓦有较大的差距，分析原因主要有以下几个方面：
（1）系统设计原油含水为80％，目前被加热原油含水75％左右，因水的比热比原油大，降低了原油的吸热量。
（2）系统设计原油流量40 立方米/小时，因原油含气较多，为避免气锤效应对系统的冲击降低了原油流量5立方米/小时。
（3）系统处于运行初期，为确保系统安全运行，适当调低了热泵回水温度（88℃），致使被加热原油没有达到设计温度78℃。
（4）系统设计存在一定不足，一是没有考虑到冬季游离水常温脱除器的气分离效果；二是壳管式换热器换热容量较小，特别是一级换热器换热容量明显偏低，如果将一级换热器的换热容量加大1/2，将原油温度提升至62～64℃，系统的节能效果将会更好。
（5）由于原油过滤器经常被污物堵塞，造成被加热原油不能时时在线计量，原油只能走旁通，影响了系统的自动化系统的正常运行。
结束语
通过热泵型原油加热系统在胜利油田孤东采油厂现场试验应用证明，油田高温污水通过两级换热的利用方式在技术上是可行的，经济效益和社会效益是可观的，是油田伴生余热规模开发的有效途径。
参考文献（略）
作者简介：
朱益飞（1967--），男，浙江诸暨人，高级工程师，1989年毕业于华东石油学院生产过程自动化专业，现从事于油田计量与节能新技术新工艺的研究开发与推广应用工作。
详细通讯地址：山东省东营市河口区仙河镇胜利油田孤东采油厂技术质量监督站 邮编：257237 联系电话：0546-8582979 电子邮箱：
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