热泵供暖在杏十二注水站的应用效果分析

周红霞（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置[1]。某油田每年冬季供暖都会消耗大量的能源，而在油田生产过程中，会产生大量需要回注地下的30～35℃低温水，在这些水中蕴含着大量的低温能量，为充分利用这部分注水水源的热量，有效回收能源[2]，某油田A注水站改造中采用热泵技术，有效地将低温热源转换为高温热能，实现冬季供暖。

1 现场应用

1.1 基本情况及改造方案

A注水站是一座相对独立的小规模建筑，其采暖单体包括注水泵房、罐间阀室、35 kW变电所、热泵房等供热面积为1 170 m2，采暖热负荷234 kW。改造后原锅炉房内设2台热泵机组，配套换热器1台，污水泵2台，二次水泵2台，更换循环水泵2台，水源冷热水机组（中高温型）运行参数见表1。

表1 水源冷热水机组运行参数

1.2 运行情况及数据分析

从采暖期开始至10月中旬至次年4月中旬截止，室外最低气温-24℃左右，根据气温运行1台机组（1台机组备用），可保证室温保持在19～22℃，能够满足采暖的需要，热泵运行调查见表2。

热泵技术自动控制程度高，无需设置专人管理，可根据天气情况需求设定机组自动启停的运行时间，避免不必要的资源浪费，并应用无线监控技术通过手机短信，使主机与操作人员建立联系，可及时反馈出现故障情况，有效地缩短了故障报警后操作人员的响应时间，提高了设备运行的可靠性。

2 存在问题

新技术的应用是一个逐步完善的过程，通过跟踪调查，了解到热泵技术在A站应用过程中存在一些问题，主要是热源水质不过关、采暖工艺不完善等。

2.1 热源水质不过关

运行2年以后，换热器出口温度偏低，经现场调查发现，热泵机组的板式换热器中油田污水部分出水量下降，拆卸后发现板式换热器的进口过滤器堵塞，分析为油田污水中投加有絮凝剂和杀菌剂两种药剂，导致污水中含有大量的聚合絮状物，使进入板式换热器的污水量减少，换热器换热效果不好，二次循环水换热量达不到热泵机组运行温度，在运行过程中经常性出现机组升温困难，出口温度偏低，造成机组低温停机等问题，严重影响正常运行。

表2 热泵运行调查

2.2 采暖工艺不完善

设备运行以后，原有采暖管线穿孔次数增加，经现场调查发现，由于热泵可根据温度自动启停，且热泵机组制热功率较大，启机后升温过程较快，使系统内水急剧汽化膨胀，运行压力设置为0.8 MPa，当系统压力小于0.8 MPa时可以看作是在密闭状态下运行，管线上的排气阀不动作，系统内无泄漏点，造成循环水部分压力升高，原有采暖系统运行压力为0.4 MPa，此系统压力升高后极易引发原采暖管线在薄弱处穿孔。

3 解决措施

针对上述热源水质不过关、采暖工艺不完善等问题，通过强化日常维护和管理，进行相应技术改造，确保了原有设备及管道的正常使用，减少了运行中出现的问题，提高了设备运行效率。

3.1 加强管理维护

1）制定机组维护保养管理制度，建立运转记录，对设备合理操作、确定过滤器清洗时间及次数、设定合适温度、适时补水、对常见故障作出规定，规范员工操作，保证设备能平稳高效运行。

2）做好设备维护保养，采暖期开始前提前倒运设备，发现问题及时解决，防止采暖期故障影响供暖效果。值班室应做好墙体保温及门窗密封，减少散热，可根据天气情况适当调整供热温度高低，以保证值班室温度。

3.2 完善工艺措施

1）调整工艺流程，保障设备运行。针对由于污水水质堵塞换热器，清除时需要停止设备，会影响供热效果问题，在原有流程中增加了一条过滤器旁通流程，可以实现在过滤器清理时换热设备不停运，保证了供暖系统的正常运行。

2）增加设备容量，提升换热效率。针对由于换热器出口温度偏低，造成机组升温困难，导致供热温度偏低的问题。对热泵机组的板式换热器进行增容，增加了20片换热片，提高换热能力，换热器增容前后对比见图1。

3）设定系统阈值，减少穿孔次数。因热泵机组致热功率较大，启机后升温过程较快，压力超高，极易导致原有采暖管线在薄弱处穿孔。为此在采暖循环回水管线上装一个的卸压阀，当回水管线的压力高于0.4 MPa时，卸压阀动作卸压，当压力降到0.28 MPa左右，卸压阀停止卸压，系统压力恢复正常。

4 效益评估

热泵技术有效地利用油田含油污水的低位热能，降低了对不可再生能源的消耗，减少了天然气燃烧后废气和余热的排放，并能较好地满足油田上的供热需求，具有显著的节能和环保效果[3]；取消燃气锅炉后，拆除了A站供气管线，从根本上避免了盗气行为，也防止了因盗气引起的燃爆等安全事故；通过运行，热泵与燃气锅炉相比每年还可节约4名锅炉操作工28万的人工费用及14.89万元的各类费用。

1）人工费用：采用热泵技术可以实现24 h无人员值守，与运行锅炉相比可节省操作人员4人，一名普通员工的年支付工资及各类费用以7万元计算，4人共需支付28万元/a。

2）运行费用：通过对比两种采暖设备运行费用发现，原系统年耗气约28.77×104m3（标况），耗电量约6.80×104kWh，运行成本为30.24万元；应用水源热泵新设备后，耗电量约24.06×104kWh，运行成本为15.35万元，每年可节约生产成本14.89万元（电费0.638元/kWh，燃气费为0.9元/m3计），节能效果显著。另外，常规采暖系统中设备使用年限大约在15～20年左右，而热泵工艺的设备使用年限大约在40～50年，从而将大大降低设备更换产生的各项费用[4]。同时，热泵技术还可避免盗气及因盗气引发的安全事故。

图1 换热器增容前后对比

3）社会效益：锅炉燃烧天然气释放的1 000℃左右高温，而实际利用的仅是60～80℃的低温热，这不仅造成极大的浪费，使能源的利用率低了60%～70%，而且由于大量的燃烧化石燃料，也产生了大量的有害气体、粉尘等，严重影响了周边地区的生态环境，危害的人们的身心健康，热泵技术在运行过程中不产生CO2等废气及余热排放[5]，每年减少温室气体排放28.77×104m3（标况）。

5 结论及建议

作为耗能大户的油田，因地制宜，科学规范的推广余热资源的回收和利用技术[6]，是践行绿色低碳可持续发展的重要途径，既有利于优化油田能源，节约的油气资源能保障油气商品量的供应，满足油气日益增长需求，又能提高能源的利用率，降低能耗指标，对节能降耗起着积极重要的影响[7]。通过热泵在A注水站运行效果表明，热泵技术应用前景广泛，可在距离热源较远、相对独立的注水站等小型站库采用热泵加热采暖技术，能够合理地利用油田污水中的余热，满足采暖需要，防止了燃气锅炉料燃烧过程产生的废气、余热对生态环境的污染，实现节能减排的效果，又可缓解城市热岛的现象[8]。防止了盗气行为，彻底避免因盗气引起的燃爆等安全事故。

建议在油田热泵推广应用过程中，应充分考虑水源水质对机组的影响，尤其需要优化研究泵前换热器的结构和材质，做好技术储备，可采用大通道内部结构的超高效换热器防堵[9]；设备选型时推广静音型产品，减少噪音污染；如采暖系统为已建传统散热器方式（供回水温度80℃/60℃），建议采用超高温热泵机组（供水温度80℃），以降低采暖系统改造投资[10]。