油田节能环保新技术

高温水源热泵在油田中的应用
摘要：本文对高温水源热泵应用于大港油田的案例进行了应用分析，在经济性等多方面比替代方案具有巨大的优势。
关键词：高温水源热泵 地热供暖 尾水 节能 环保
The applied analysis of high temperature heat pump using at DaGang Oil Field
Fuchun Meng Jing You
(Beijing Qingyuanshiji Scientific & technical Ltd.)
Abstract：This essay make a analysis of high temperature heat pump using at DaGang Oil Field ,at several respects such as economy ,have a huge advantage .
Keyword:High temperature heat pump;Geo-heating; Tail water; Energy-saving; Environmental protecting.

一、项目概况
大港油田集团钻井工程公司第一钻井公司位于天津大港，现有地热井一口，地热水出水水温为55℃，水量为25t/h，2003~2004年采暖季采用北京清源世纪科技公司生产的高温水源热泵一台，总供热面积为8500㎡，其中5500㎡为平房面积，办公楼面积为3000㎡。在2003年之前，采用地热水直接供热的方式，供热效果不佳；采用高温水源热泵后，经过一个采暖季的实际运行，供热效果良好，超过了原定设计要求。

二、负荷计算
经查有关规范，该地区冬季采暖室外计算温度为－9℃，室内计算温度为18℃。负荷指标办公楼按照60W/㎡来计算；平房按照100W/㎡来计算。
办公楼总供暖面积： F = 3000㎡
办公楼总热负荷： Q = q × F = 60×3000=180kW
平房总供暖面积： F = 5500㎡
平房总热负荷： Q = q × F = 100×5500=550kW

三、现状分析
大港油田集团钻井工程公司第一钻井公司总供热面积为8500㎡，2003年采暖季以前采用地热水直接供暖，地热水直接供暖地热水的可用温降是有限的，按天津地区地热供暖的经验，末端为散热器片的供暖系统地热水的最低排放温度不宜低于35℃，按此计算地热水供暖时可放出的热量为：Q = 25×（55－35）×1.163 = 582kw，与系统最大热负荷730kw相比差了20%；实际供暖中因供暖用户较分散，供暖的供、回水主管道均为室外架空敷设，热损较大，同时系统多年来未做大的改动，存在漏水及较为严重的结垢现象，散热效果不好，供热系统不是按此低供、回水温度运行工况设计的，散热器的散热面积不足，这些原因导致供热不足达40％，供暖时室内温度多在12℃以下，严重影响了正常工作。

四、供暖方案
55℃地热水首先通过原系统供给平房，尽可能释放热量后进入热泵，经板式换热器与循环水进行热量交换，进行完热量交换的循环水进高温水源热泵机组经热量提升后，输出75℃高温热水供给末端为散热器片的3000㎡办公楼供暖。地热水供应平房温度降低后，进入、板换之前温度降低至不足36℃。
下面是方案的系统图示：


办公楼里共有118个房间，该公司的大多数职工在该楼内办公，对环境要求较高，平房部分夜间大多无人居住因而相对对供热效果要求较低，所以，本项目的关键在于：在彻底解决办公楼供暖问题的同时很好的改善平房系统的供热效果。
改造方案的实施主要包括下列内容：
1. 将原供热系统分成两套系统，分别为办公楼系统与平房供热系统，原平房供热系统沿用地热水直接供暖的方式不变，重新敷设供、回水主管道，作好管道的外保温，通过计算后增加平房供热系统末端散热器片的面积，全部地热水首先为平房系统供热，地热水可放热582kw，考虑管网热损，基本能满足550kw平房系统最大热负荷的需求。
2. 为防止地热尾水对热泵机组的蒸发器造成腐蚀，办公室供热系统设钛合金板式换热器，为平房系统供热后的地热尾水进入板换与热泵蒸发器侧的循环水进行热量交换，经热泵机组的压缩机作功在冷凝器放热同时输出75℃的高温热水为办公室供暖，热泵蒸发器侧的循环水及办公室供暖系统循环水均采用软化水，避免了地热水的腐蚀及热泵机组、系统管网的结垢。
3. 在办公楼供暖系统中增设补水定压系统、循环系统；
主要设备的电功率：
QYHP-220H高温水源热泵：66kW
循环水泵（一用一备）：1.5kW
热源水循环泵（一用一备）：1.5kW
补水泵（一用一备）：1.1kW
实际工况验算：
25t/h，55℃的地热水经过平房后，温度降低至36℃后，释放的能量为：
Q＝582kW，考虑管网热损，基本能满足550kw平房系统最大热负荷的需求。
QYHP-220H高温水源热泵机组在此设计工况下，实际制热量为193kW，完全能够满足办公楼在最冷天气下的供暖需求。

五、经济性分析
根据一个采暖季的运行情况分析，高温水源热泵机组的工作情况良好，由于热泵本身具有完备的自动控制功能，运行管理人员根据天气情况，自行设定热泵的出水温度，使热泵的平均COP得到了很大的提高，例如在天气不太冷的情况下，将热泵的出口温度设定为55℃，此时热泵的COP达到了5以上，节能性非常好。
在下面的计算中，我们考虑热泵系统（已经考虑水泵的耗电情况）的采暖季平均COP为3.8；电价：该项目电价采用大工业电价：0.45元/kW.h；供暖时间为120天/年
平均热指标：考虑按照24小时不间断供热的平均热指标为32w/㎡。
该项目的全年运行费用为（不考虑地热水费）：32740
每平方米平均为：10.91元/㎡
如果不采用高温水源热泵，该地区将采用燃油锅炉（取效率为90%），则全年运行费用为：108336元，折合为单位供暖面积为：36.11元/㎡,运行费用是热泵的330%。
下表为高温水源热泵与燃油锅炉的投资收益分析（针对3000㎡进行比较）：

高温水源热泵系统
燃油锅炉系统

用能方式
电能
燃油＋循环水泵电耗

平均每天耗能量
606kW.h
72kW.h＋256kg油

平均每天的运行费用
273元
903元

整个采暖季耗能量
72720kW.h
8640kW.h＋30720kg油

整个采暖季运行费用
32724元
108336元

每平方米运行费用
10.91元/㎡
36.11元/㎡

初投资
26万元
10万元

静态投资回收年限
2.2年



从上表可以看出，采用高温水源热泵系统，在投资回报方面具有极佳的优势。

六、项目特点
1. 余热利用、经济节能
本项目充分利用了地热尾水中的热能，使一口井发挥了两口井的用处，不仅满足了供暖的需求，同时使地热水的尾水温度明显降低，有利于油田对这些地热水的进一步利用。
2. 绿色环保、效益显著
采用地热水加高温水源热泵取代燃油锅炉可取得很好的环保效应和经济效应，避免了燃油锅炉对环境的污染。同时没有安全问题。
3. 优化系统、节约泵耗
原方案是采用地热水直供的方式，地热水对系统存在这严重的腐蚀，据现场实际情况，大约只用了两年，外网管道便全部蚀穿。现在供暖系统中最重要的办公楼系统改为间供，大大降低了供热系统的检修费用。同时，直供改间供，也会带来水泵电耗的极大降低，该项目中的循环水泵电耗只要1.5kW。
4. 重点突出，兼顾其余
经改造后，不仅实现了办公楼采暖的需要，原列为次要的平房部分的供暖问题也得到了很好的解决，优化了工作环境，得到上全部职工的好评。
5. 一机多用，节约资金
在该项目中，利用高温水源热泵提供冬季供暖的同时，还可提供夏季制冷，尚有100KW的制冷能力，可约为1000㎡普通建筑物实施夏季供冷，一机多用,从而避免了中央空调系统的重复投资,提高了设备的利用率。
6. 性能稳定、高度自控
高温水源热泵运行自动化程度高，便于操控,运行人员少，经现场人员反映，只需设定好出水温度，热泵的压缩机就会根据回水温度自动的实现上载和下载，节能程度非常好。