宋凱旋（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

近年來(lái)隨著我國(guó)創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)的要求，大慶油田降溫集油節(jié)能工作逐漸深入，我廠降溫集油節(jié)能工作也在近年的不斷摸索和大力推廣基礎(chǔ)上，快速發(fā)展起來(lái)。冬季實(shí)施降溫集油的井站也逐年增多，我廠在28座站庫(kù)、507個(gè)集油環(huán)、2748口油井實(shí)施了降溫集油。PB地區(qū)集油摻水溫度已由75℃降至50℃左右。由于摻水溫度的降低，計(jì)量間已不能滿足供熱需求，而采用普通電加熱板采暖，不但能耗比較高，而且還存在安全隱患。

1 新型采暖技術(shù)主要工作原理

1.1 計(jì)量間小戶型水源熱泵

我廠在成功利用Ⅰ聯(lián)、Ⅲ聯(lián)污水剩余熱量提供采暖的基礎(chǔ)上，就如何利用小戶型熱泵提取油田污水中的熱量，加熱室內(nèi)空氣，來(lái)解決計(jì)量間供熱負(fù)荷不足問(wèn)題展開(kāi)了試驗(yàn)探索。開(kāi)展了利用熱泵提取油田污水或井水中的熱量2種試驗(yàn)，其工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 小戶型水源熱泵工作原理圖

1.2 小型電熱鍋爐

小型電熱鍋爐是采取集中電加熱，通過(guò)熱量差形成對(duì)流循環(huán)，計(jì)量間利用散熱器散熱的采暖的工藝技術(shù)，見(jiàn)圖2。

圖2 小型電熱鍋爐工作流程示意圖

1.3 液流熱能發(fā)生器

利用的液流熱能發(fā)生技術(shù)，對(duì)計(jì)量間的采暖進(jìn)行改造，使其滿足供熱要求。液流熱能發(fā)生器是利用水泵推動(dòng)水流，水流進(jìn)入核心組件后，在壓力的作用下產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，隨后進(jìn)入減壓區(qū)形成斷流，并生產(chǎn)蒸汽—?dú)怏w混合的微小氣泡，攜帶微小氣泡的高速運(yùn)動(dòng)的水流進(jìn)入高壓區(qū)，在壓力作用下，微氣泡消失，蒸汽凝結(jié)，氣體壓縮，原微氣泡中心的溫度急劇上升。液體在液流熱能發(fā)生器中經(jīng)過(guò)速度與壓力變化，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中被加熱，不使用電加熱元件，即依靠點(diǎn)擊帶動(dòng)水泵使高速運(yùn)動(dòng)的液體經(jīng)過(guò)熱能發(fā)生器形成空穴效應(yīng)，通過(guò)產(chǎn)生的微顆粒汽泡破碎裂釋能機(jī)理，實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果

2.1 計(jì)量間小戶型水源熱泵

2011年3月15日在PB204計(jì)量間實(shí)施利用油田污水的水源熱泵供暖方案，將油田污水管道與熱泵主機(jī)熱源側(cè)進(jìn)水管連接，熱泵主機(jī)功率為1.1kW。

2011年3月17日，油田42℃污水進(jìn)入空調(diào)機(jī)換熱器，空調(diào)機(jī)運(yùn)行正常，制冷、制熱轉(zhuǎn)換自如，并分別以29℃、25℃、23℃、22℃和20℃的設(shè)定室溫，供暖運(yùn)行11d，效果良好，見(jiàn)表1。

表1 小戶型水源熱泵調(diào)試運(yùn)行正常后耗電

即該設(shè)備3月份在運(yùn)行74.33h內(nèi)耗電47.4kWh，實(shí)際運(yùn)行功率為0.638kW。

2011年3月30日，由于空調(diào)機(jī)熱源水中斷，導(dǎo)致板式換熱器凍裂，油田污水進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)，造成壓縮機(jī)因短路燒毀。直接利用油田污水的水源熱泵供暖方案試驗(yàn)結(jié)束。

試驗(yàn)結(jié)論水源熱泵在采取變量溫度的油田污水做為供熱源時(shí)，需通過(guò)采取控制污水流量的方式來(lái)維持供需溫度的平衡。

考慮要解決控制污水流量來(lái)維持熱泵供需溫度的平衡及油田污水中硫化物對(duì)熱泵換熱器具有強(qiáng)腐蝕性的問(wèn)題，采取了在污水和空調(diào)機(jī)之間，加裝換熱器的方式解決腐蝕問(wèn)題；在污水管道和換熱器之間加裝電磁閥門(mén)，用來(lái)控制污水流量，以達(dá)到自動(dòng)為熱泵提供恒定溫度的熱源水。4月9日，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的間接利用油田污水的水源熱泵供暖在204計(jì)量間安裝試驗(yàn)。其工作流程如圖3所示。

圖3 污水側(cè)間接利用油田污水的水源熱泵供暖示意圖

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，完全依賴于電磁閥的可靠性。為了降低系統(tǒng)對(duì)電磁閥的穩(wěn)定依賴性，用0.6MPa小型電磁閥門(mén)取代2.0 MPa電磁閥門(mén)，由控制污水側(cè)熱源水流量，改變?yōu)榭刂茡Q熱后的熱源水流量。5月13日，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的污水側(cè)利用油田污水的水源熱泵供暖在204計(jì)量間安裝試驗(yàn)。

設(shè)備10月份在運(yùn)行92h內(nèi)耗電32.8kWh，實(shí)際運(yùn)行功率為0.537kW，見(jiàn)表2。

表2 小戶型水源熱泵調(diào)試運(yùn)行正常后耗電

試驗(yàn)結(jié)論是：由于壓力、水溫、潔凈度等指標(biāo)，較油田污水容易控制，大大提高了空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以作為獨(dú)立的供暖設(shè)備使用。

探索熱泵可利用熱源的范圍，4月22日在105計(jì)量間開(kāi)展了利用原有地下水井單井提水回灌式的水源熱泵供暖試驗(yàn)。試驗(yàn)安裝完成1.1kW戶式水——水熱泵主機(jī)一臺(tái)及斷流保護(hù)器、溫控器、無(wú)聲循環(huán)水泵、柜式風(fēng)機(jī)盤(pán)管等全部配套設(shè)備。

試驗(yàn)結(jié)論：由于原有水井井管直徑與實(shí)際不相符，井下12m為DN32PE管，回水管無(wú)法插到井底，致使循環(huán)水溫度不能滿足熱泵主機(jī)的需要，試驗(yàn)無(wú)法按預(yù)定計(jì)劃完成。

為確保地下水能為熱泵提供所需的熱量，采取了以原有水井為提水井，另外鉆口回水井的水源熱泵供暖試驗(yàn)。4月26日在PB105計(jì)量間開(kāi)展了水井提水回灌式的水源熱泵供暖試驗(yàn)，見(jiàn)圖4。

圖4 水井提水回灌式的水源熱泵供暖示意圖

該試驗(yàn)運(yùn)行3d后，回水井回水外溢，經(jīng)查實(shí)認(rèn)為是地質(zhì)原因無(wú)法回水，致使?jié)撍卯a(chǎn)生大量氣泡，將回水頂出。試驗(yàn)結(jié)論是：由于地質(zhì)條件不適合回水，在PB地區(qū)，采用提水回灌式的水源熱泵供暖方案不可靠。

探索計(jì)量間熱泵所需的穩(wěn)定熱源，經(jīng)過(guò)計(jì)算論證采取了地埋換熱器的水源熱泵供暖試驗(yàn)，保留原有采暖系統(tǒng)見(jiàn)圖5。

圖5 地埋換熱器的水源熱泵供暖示意圖

該項(xiàng)試驗(yàn)于2011年5月11日正式投運(yùn)，從5月13日到5月15日記錄的數(shù)據(jù)可以看出，在室內(nèi)設(shè)定24℃條件下，設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際功率為1.05kW見(jiàn)表3。5月16日起，轉(zhuǎn)換為地下?lián)Q熱器、風(fēng)機(jī)盤(pán)管、循環(huán)水泵供冷循環(huán)模式，室內(nèi)設(shè)定溫度18℃，運(yùn)行2h，每小時(shí)耗電0.15kWh。

表3 小戶型水源熱泵調(diào)試運(yùn)行正常后供熱運(yùn)行耗電

試驗(yàn)結(jié)論是：地埋換熱器作為水源熱泵空調(diào)機(jī)的熱源提供方式，克服了取水難、回不去水、換熱部分腐蝕等問(wèn)題，能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行，可以不用壓縮機(jī)作直接供冷運(yùn)行。

2.2 小型電熱鍋爐

2011年4月5日在PB604計(jì)量間拆除原計(jì)量間采暖系統(tǒng)，安裝完成小型自動(dòng)電鍋爐及配套工藝，設(shè)備額定功率為7kW，見(jiàn)表4。

表4 小型自動(dòng)電鍋爐運(yùn)行正常后運(yùn)行耗電

即該設(shè)備4月份在運(yùn)行42h內(nèi)耗電81.9kWh，實(shí)際運(yùn)行功率為1.95kW；10月份在運(yùn)行167h內(nèi)耗電442kWh，實(shí)際運(yùn)行功率為2.65kW。

2.3 液流熱能發(fā)生器

2011年4月12日在PB104計(jì)量間應(yīng)用一臺(tái)5.5 kW的液流熱能發(fā)生器，仍利用計(jì)量間值班室原采暖設(shè)施見(jiàn)表5。

即該設(shè)備在42.16h內(nèi)耗電68kWh，實(shí)際運(yùn)行功率為1.61kW。

表5 液流熱能發(fā)生器運(yùn)行正常后運(yùn)行耗電

3 經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比

對(duì)3種新型采暖技術(shù)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性比較，各方案均使室溫達(dá)到22℃，使用年限均為10a，電費(fèi)0.5142元/kWh，每年運(yùn)行180d。進(jìn)行壽命周期成本比較，成本最低者為優(yōu)。壽命周期成本凈現(xiàn)值=投資+（年維護(hù)費(fèi)用+年運(yùn)行費(fèi)用），見(jiàn)表6。

表6 三種采暖技術(shù)按壽命周期成本對(duì)比

采用動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，考慮資金的時(shí)間價(jià)值，取折現(xiàn)率為10%，壽命周期成本凈現(xiàn)值=投資+（年維護(hù)費(fèi)用+年運(yùn)行費(fèi)用）（P/A，I，n）， （P/A，I，n）=[(1+10%)^10-1]/[10%(1+10%)^10]=6.145，見(jiàn)表7。

表7 三種采暖技術(shù)按動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)對(duì)比

從表6、表7可以看出，無(wú)論從靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，熱泵壽命周期成本都是最低的。

若按廠降溫集油模式計(jì)算（站轄油井50口，計(jì)量間5座，單井摻水量0.5m3/h，摻水溫度從65℃降為55℃），當(dāng)年至少可節(jié)省費(fèi)用5.3萬(wàn)元。

4 結(jié)論

若按我廠單管不加熱集油模式計(jì)算（站轄油井50口，計(jì)量間5座，單井摻水量0.5m3/h），當(dāng)年可節(jié)省天然氣費(fèi)用25.875萬(wàn)元，電費(fèi)4.15萬(wàn)元。

1）3種新型采暖技術(shù)均能滿足降溫后計(jì)量間采暖溫度需要，設(shè)備均有按設(shè)定溫度自動(dòng)起停，操作簡(jiǎn)單，控制方便等功能。對(duì)于缺氣區(qū)塊或停摻計(jì)量間均有一定的適用性。

2）仍保留原有采暖系統(tǒng)的地埋換熱器型水源熱泵具有適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件能力強(qiáng)、占地小、運(yùn)行能耗低及可制冷等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的推廣價(jià)值。