水源热泵技术在大庆油田站场的应用

吴瑞君 大庆油田设计院

1 工艺原理及系统组成

热泵的能量转换是通过消耗一定的辅助能量（如电能），在制冷剂的作用下，由环境热源（如水、空气、土壤）中吸取较低温度介质的热能，然后转换为较高温度热能释放至循环介质（如水、空气）中成为高温热源输出。

热泵技术是以热泵机组为核心组件，以油田含油污水或注水电机冷却水为低温热源，以电力作为驱动能源，通过优化工艺流程达到既能供热又能制冷的一机多用的绿色环保技术。热泵系统主要由热泵机组、换热装置、冷却循环水泵、污水循环水泵及电控设施组成。

2 工程实例

此工程拆除站内已建燃气热水锅炉房，新建热泵房，以注水泵电机冷却水作为低温热源，经热泵机组提取热量，满足站内采暖用热需求；同时取代冷却水塔，冷却水经热泵机组降温后，满足注水泵电机冷却要求。

注水站总采暖热负荷约为500kW。夏季按2台注水泵运行考虑，注水泵电机制冷负荷为340kW。

根据采暖、制冷负荷情况，新建热泵房内选用3台热泵机组，总供热能力为585kW，制冷能力为534kW。

热泵房工艺流程设计按冬季最冷季节，采暖初、末期及夏季三种运行工况考虑。冬季最冷季节：当注水电机冷却水温度较低，热量不足时，利用站内含油污水深度处理水加热电机冷却水来提高低温水温度，满足采暖供热要求；采暖初、末期：保证注水电机冷却要求，热泵机组产生的热量大于采暖热负荷，剩余热量释放到站内含油污水深度处理水池中；夏季：运行热泵机组2台，热泵机组产生的热量全部释放到站内含油污水深度处理水池中。

热泵机组于2010年10月14日正式投用。冬季时，按负荷大小及使用情况确定3台机组的启运台数，室内温度能够达到设计要求；夏季时，根据注水泵运行台数确定热泵机组启运台数，为注水泵电机进行冷却。

系统流程说明如下：

（1）采暖循环水系统。采暖热水系统为开式机械循环，系统回水定压采用高架水箱补水。冬季运行时，热网回水（55℃）经回水缸、除污器由循环水泵加压送至热泵机组，加热至65℃的热水进入分水缸分配至各用户。夏季运行时，热泵机组产生的热水（50℃）先进分水缸，由分水缸单独设分支管线接至板式换热器，与含油污水深度处理水换热，换热后的回水（45℃）经回水缸、除污器由循环水泵加压送至热泵机组。

（2）软化水处理系统。生水计量后进入生水箱，经生水泵加压进入全自动软化水装置。软化水直接进入高架水箱，高架水箱出水管接至循环水泵入口干管。当生水压力大于0.25MPa时，可直接进入软化水装置。

（3）电机冷却水系统。冬季采暖初、末期及夏季，注水泵电机冷却水出水直接进入热泵机组的蒸发器，冷却后至冷却水箱。冬季最冷季节，注水泵电机冷却水出水通过板式换热器与含油污水深度处理水换热升温，再进入热泵机组的蒸发器，冷却后至冷却水箱。

（4）含油污水深度处理水系统。含油污水深度处理水来水（0.2MPa）经过滤器后进入板式换热器，换热后接场区工艺含油污水深度处理水管线。

3 设计需要注意的问题

（1）在考虑满足现有建设规模的前提下，充分考虑未来站场生产及建设规模的变化，避免重复改造，这样才能体现热泵技术在节能、减排及经济效益方面的优势。

（2）对于改造项目，如采暖系统末端设备为散热器采暖方式时，建议选用超高温热泵机组，以减低采暖系统末端设备改造投资。当采暖系统为新建时，由于热泵机组供、回水温度为65℃/55℃，为保证室内采暖设计温度，应加大热网及采暖系统管径并增大采暖末端设备换热面积。

（3）热泵系统设计应充分考虑低温热源的供应条件、运行方式、冬夏季的运行温度、压力、流量及清洁度等，以完善工艺流程，使热泵能够正常运行。

（4）油田含油污水具有腐蚀性，不能直接进入热泵机组，需要设计软化水换热系统。建议选用板式换热器，并在含油污水进换热设备之前加装过滤器。冬季最冷季节，注水泵电机冷却水出水通过板式换热器与含油污水深度处理水换热升温，再进入热泵机组制热。

（5）采用热泵系统时一定要进行经济评价分析。由于热泵的初投资比锅炉略高，而运行费用一般要比锅炉低，因此应用热泵既要看投资费用又要看运行费用，要对一定时期内的综合费用进行总体的经济评价。