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热泵课程论文

论文题目：热泵技术在油田生产中的应用
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中国·大庆





热泵技术在油田生产中的应用
摘要：
我国是世界上人口最多的发展中国家，资源相对贫乏。经济的飞速发展加剧了能源与需求的矛盾，使得能源日益紧张,能源紧张和环境污染加剧己成为制约经济发展的一个重大问题，节能技术成为缓解能源紧张局面的重要手段，得到世界范围的普遍重视。
一、热泵概念原理和分类
热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，通过少量的高位能输入，由高位电能或蒸汽驱动压缩机，使冷媒（吸热介质，蒸发温度低于-20℃）循环运动反复发生物理相变过程，分别在蒸发器中蒸发汽化吸收低位热能、在冷凝器中使冷媒从汽化状态转化为液化状态放出热高位热能，使热量不断得到交换传递，实现低位热能向高位热能转移，经过换热的工质再经循环（回注地下或热交换），重新获得地热能或余热能，形成能量循环的一种技术。热泵是遵循热力学第二定律、采用逆卡诺循环的制热装置。
热泵名称生动地比喻了它的原理，即它是一台“泵”，它所搬运的不是水、气、油而是“热”。它不是热能的转换设备而是热量的搬运设备，因此，它的效率不受能时转换效率（100%为极限）的制约。热泵输出的热量是可利用高位热能，数量上是其所消耗的高位热能和所吸收低位热能的总和。理论上通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量。
热泵按驱动方式主要分为机械能驱动热泵（机械压缩式）和热能驱动的热泵（吸收式），即电力驱动和蒸汽燃气驱动两种方式。
吸收式热泵根据采用采用蒸汽（燃气）和余热直接驱动分为第一类吸收式热泵和第二类吸收式热泵。

二、水源热泵系统的基本组成
因水源热泵以水作为热源和供热介质，性能系数（即COP值）较高，系统运行性能稳定，所

以现在应用较多的是水源热泵（地表水、地下水），下面我们主要介绍一下水源热泵系统。
热泵供热系统包括了余热水（或地热水）换热系统、热泵系统、蒸汽及其凝水系统、余热清水管道、管网循环系统（原油加热时为原油换热器）。
热泵供热系统流程参见附图一。


三、各油田应用的情况
从2001年开始大庆、胜利等油田分别采用机械压缩式热泵和溴化锂吸收式热泵技术对油田联合站和接转站污水系统进行了有效利用，取得了良好的经济和社会效果，下面列举部分实例：
（一）大庆油田
大庆油田已有20多个利用热泵实际应用的成功案例。利用的资源主要有油田回注水、冷却循环水（工业余热）、城市污水。大庆油田于今年专门设立了新能源（油砂、油页岩、煤层气、天然气水合物等非常规油气资源和地热、风能、太阳能等洁净能源）管理机构，负责大庆油田新能源的研究力量，积极探索油田产出水热能利用，通过向新能源要储量。2002年以来，油田已建成投产了12座热泵房，用于房间采暖和注水电机冷却，年供热面积达到20万平方米，每年可以比常规供暖方式节省费用1000多万元（不含大庆市让胡路区阳光佳苑小区项目）。
（1）大庆市让胡路区阳光佳苑小区项目
大庆市让胡路区阳光佳苑小区项目为世界最大规模污水源热泵工程，该项目由山东富尔达空调设备有限公司与大庆北源热力公司合作，该项目主要利用大庆炼化公司工业循环水的工业余热。工程总供热面积50万平米，应用4000M普通机组7台，1325型超高温机组3台。热源水是从15公里外的炼化厂引来的30℃工业废污水，用超高温机组将生产出85℃的热水用于冬季采暖。
（2）井下作业分公司作业三大队利用含油污水超高温热泵机组从油田生产过程中产生的低温油田回注水中提取热量，为办公区和家属区供热，并为员工浴池提供热水。以前，作业三大队采用烧渣油供热，不仅费用高，而且排放二氧化碳等有害气体，对空气造成很大污染。以２００６年供暖期为例，整个供暖期烧掉渣油约２０００吨，折合人民币５５０万元左右，而采用新机组供热预计全年用电费用约为２５０万元，供暖费用大幅度降低。
（3）大庆油田第二采油厂南七联选用2台LSBLGRG-310高温机组，利用回注的含油污水作为低温热源，提取其中的热量，用于冬季供热。2001年12月12日开始运行，平稳度过冬季最冷阶段，机组供水温度63-65℃，室内温度一直保持在18-20℃。该厂将富尔达机组采暖和锅炉采暖、电采暖进行比较后证明，同样运行15年，前者采暖总费用比锅炉采暖节约485.94万元，比电采暖节约654.64万元。
（二）胜利油田
机械压缩式热泵和溴化锂吸收式热泵技术在胜利油田均采用了，其中截止到2003年底就有十余个锅炉房项目采用了溴化锂吸收式热泵技术，采暖面积超过220万平方米。

（1）溴化锂吸收式热泵
溴化锂吸收式热泵是一种以溴化锂水溶液为工质将回收的低温位余热传递给热媒升温的制热系统。在此过程中必然也降低了低温位余热源的排放温度。在胜利油田已经应用于回收油田采油污水低温余热和地热加热采暖水系统或原油的输送系统。
（2）机械压缩式热泵
胜利油田滨海小区采暖面积约3.7万平方米，该项目热源为滨南采油厂滨一站外输的40-50℃的污水余热，通过高效换热装置加热系统循环热媒清水，换热后的热媒清水温度上升约10℃左右，以温度上升的清水为热源，利用水源热泵将清水中的热量提出（温差10℃）用于供暖。设计污水流量为80立方米/小时，热媒清水温度在35℃左右，压力保持3公斤以上即可，该项目安装模块式水源热泵：HTHP112-H4台，每台机组装有10台热泵，每个热泵的输入功率133千瓦，输出功率556千瓦，输出功率的大小可自动调整。
（3）胜利油田现河采油厂、孤东采油厂分别使用2台QYHP-550H和2台QYHP-300H高温水源热泵，以含油污水为热源输出85℃热水用于原油加热。
（三）辽河油田
（1）2004年辽河油田欢喜岭采油厂采用热泵技术对欢二联合站进行采暖伴热改造，对站内的回注污水的能量进行了回收，将热污水作为热源回收利用用于站内的采暖和夏季制冷，冬季将地热能传递到需供暖的建筑物内，夏季将建筑物内的热量通过机泵机组系统传递散失出来，实现了冬季供暖、夏季制冷。
（2）辽河油田沈四联合站使用QYHP-1200H高温水源热泵2台，利用50℃废热作为热源，输出80℃以上的高温热水用于替代原有设备工艺，节约大量天然气资源。
（四）大港油田
大港油田钻井一公司，应用QYHP—180H高温水源热泵1台，供暖面积3000平方米。
大港油田天然气站使用QYHP-550H高温水源热泵一台，利用40℃废热作为热源，输出80℃以上的高温热水用于替代原有设备工艺。
四、油田热泵系统应用场所、需注意问题
1.应用场所
水源热泵供热技术不仅可用于冬季油田生产工艺及生活供暖采暖，也可用于原油伴热，例如替代水套原油加热炉，对原油进行升温降粘。

2.需注意问题
（1）油田回注水因为可利用水温低、建设大规模热源设备投资过高、低温介质汇集难度大，因此利用油田回注水的热泵技术热源，只能应用在规模较小、距低温介质较近的供热区域。
（2）换热器的选择
a.有些水源矿化度较高，对金属的腐蚀性较强，如直接进入机组会因腐蚀作用减少机组使用寿命。通常采用加装板式换热器中间换热的方式，把水源水与机组隔离开，使机组彻底避免了水源水可能产生的腐蚀作用。当水源水的矿化度小于350mg/L时,水源系统可以不加换热器，采用直供连接。当水源水矿化度为350-500mg/L时，可以安装不锈钢板式换热器。当水源水矿化度＞500mg/L时，应安装抗腐蚀性强的钛合金板式换热器。也可安装容积式换热器，费用比板式换热器少，但占地面积大。
b.油田含油污水一般机械杂质含量、油含量及矿化度较高，通常表现有腐蚀性、易结垢等特点，影响设备的运行效率和使用寿命，为了避免含油污水对热泵系统的腐蚀，含油污水－水换热器必须采用特制的耐腐蚀钛管换热器，增加一个中间换热过程，采用水作为中间介质进行与含油污水预先热量置换。
（3）油田回注水温度限制：温度一般不能降低到原油凝固点以下，即最好不低于30度。如果温度再低，则造成污水里面的原油凝固，影响注入过程。通过数值模拟计算表明，注水温度每降低10度，原油采收率降低1％左右。

参考文献
[1]陈焰华，祁传武.武汉香谢里花园水源热泵空调系统设计.暖通空调，2006,36（3:82-85[2]马最良，姚扬，杨自强等.水环热泵空调系统设计.北京：化学工业出版社，2005.[3]周春风，陈矣人，叶瑞芳.嘉和丽园地下水闭环热泵中央空调系统设计.
[4]徐生恒.井式液体冷热源系统.中华人民共和国国家知识产权局：（00123494.3），2002.

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/7fb2486ba6c30c2258019e1f.html

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