馬強(qiáng) 于廣剛 孫鳳萍

（1.遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部；2.遼河油田公司鉆采工藝研究院）

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)生大量的含油污水，這些含油污水的溫度往往比較高，蘊(yùn)含大量的能量。同時(shí)，稠油和高凝油在開采、儲(chǔ)運(yùn)過程中要求的生產(chǎn)操作溫度較高，需要燃用大量的燃料油或氣對其進(jìn)行加熱以滿足生產(chǎn)及操作溫度的要求。能否將含油污水中的熱量加以提取，將其應(yīng)用于稠油和高凝油的開采或儲(chǔ)運(yùn)過程，這樣既有效利用了含油污水中的熱能，避免能量的浪費(fèi)，又節(jié)約了大量的燃料油或氣，具有重要的節(jié)能意義。

通過熱泵技術(shù)將含油污水中的低品位熱能，轉(zhuǎn)化為高品位熱能使含油污水中的熱能實(shí)現(xiàn)二次利用，既節(jié)省了大量的寶貴的油氣資源，又解決了高溫污水處理難度大的問題。

1 熱泵技術(shù)

熱泵，就是利用熱力學(xué)第二定律把低品位能量傳遞到高品位能量的設(shè)備系統(tǒng)，它是以花費(fèi)一部分高質(zhì)能為代價(jià)，有效地利用了低品位能量。熱泵也就是像泵一樣，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(dá)到節(jié)省部分高位能（如煤、油、燃?xì)狻㈦娔艿龋┑哪康腫1]。

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(jī)、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(shí)現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)移（圖1）。壓縮式熱泵機(jī)組根據(jù)最高加熱溫度分為常溫?zé)岜脵C(jī)組（55 ℃以下）、中溫?zé)岜脵C(jī)組（55～75 ℃）、高溫?zé)岜脵C(jī)組（75 ℃以上）。熱泵機(jī)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(jī)組原理圖

2 工程實(shí)例

遼河油田曙五聯(lián)合站位于曙光采油廠，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(jìn)站液）加熱分離任務(wù)，每天處理進(jìn)站液量16 000 m3（SAGD全部進(jìn)站后達(dá)到18 305 m3）。曙五聯(lián)現(xiàn)共有2300 kW 加熱爐12 臺(tái)，全部滿負(fù)荷運(yùn)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、二次沉降脫水，各區(qū)脫水后合格原油分別計(jì)量再混合外輸。

其中采油三區(qū)進(jìn)站總液量3911 m3/d，預(yù)脫后準(zhǔn)備一次加熱的進(jìn)站液量（53 ℃）2355 m3/d，含水率為85%，預(yù)脫后采用2 臺(tái)2300 kW 加熱爐進(jìn)行一次加熱，要求加熱溫度為85 ℃，熱負(fù)荷為3406 kW，見表1。

表1 采油三區(qū)處理的進(jìn)站液情況

曙五聯(lián)合站每天污水量總計(jì)10 693 m3，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1.1 MPa，見表2。

表2 曙五聯(lián)合站含油污水水質(zhì)情況

針對曙五聯(lián)合站污水系統(tǒng)改造，通過熱泵機(jī)組從污水（10 693 m3/d，溫度為71 ℃）中提取3406 kW的熱量，將采油三區(qū)（2355 m3/d，53 ℃）預(yù)脫后進(jìn)站液加熱到85 ℃，完成預(yù)脫后進(jìn)站液的一次加熱。

首先利用污水的高溫特點(diǎn)，先將預(yù)脫后進(jìn)站液預(yù)熱，再采用壓縮式熱泵機(jī)組為預(yù)脫后進(jìn)站液加熱。工藝流程由以下4部分組成：

1）采油三區(qū)預(yù)脫后進(jìn)站液（53 ℃、2355 m3/d）進(jìn)入油水混合物-污水換熱器與污水（71 ℃、149 m3/h）換熱，預(yù)脫后進(jìn)站液溫度升至66 ℃，獲取熱量1384 kW，完成預(yù)熱；污水溫度降至63 ℃，排入聯(lián)合站內(nèi)原有外輸系統(tǒng)。

2）另有污水（71 ℃、194 m3/h）經(jīng)過污水-軟化水換熱器與軟化水換熱，釋放熱量1800 kW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(jìn)入熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器側(cè)放熱，在冷凝器側(cè)80 ℃循環(huán)軟化水通過熱泵機(jī)組做功后，溫度升至90 ℃。

4）經(jīng)過預(yù)熱的66 ℃預(yù)脫后進(jìn)站液進(jìn)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2022 kW，進(jìn)站液溫度提升為85 ℃，這樣就完成了預(yù)脫后進(jìn)站液的一次加熱。

通過換熱和熱泵提升，預(yù)脫后進(jìn)站液最終獲得3406 kW熱量，進(jìn)站液加熱工藝流程見圖2。

圖2 進(jìn)站液加熱工藝流程圖

3 結(jié)語

曙五聯(lián)合站采油三區(qū)進(jìn)站液在預(yù)脫后，采用熱泵機(jī)組提取污水中的熱量進(jìn)行加熱，代替原來2臺(tái)2300 kW加熱爐加熱，預(yù)計(jì)每天可節(jié)省燃料油10 t。目前，遼河油田稠油區(qū)塊上有31 個(gè)聯(lián)合站，主要分布在曙光采油廠、歡喜嶺采油廠、錦州采油廠、高升采油廠、特種油開發(fā)公司、冷家油田和金馬油田。將熱泵技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)合站生產(chǎn)，將取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1]馬最良,呂悅.地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006:15-20.