直燃型溴化鋰吸收式熱泵機組回收利用低溫熱水工藝研究

在油田生產過程中，有許多剩余和殘余的熱量未充分利用。因此,加強余熱回收利用,是油田節約能源、降低碳排放、保護環境的重要措施。以溴化鋰吸收式技術為基礎的各種溴化鋰吸收式熱泵機組是余熱回收利用效率最高效的設備,它是以熱能驅動運行,溴化鋰溶液為吸收劑,水為制冷劑,從低品位熱源吸取熱量,制取滿足生產工藝用中、高溫熱水,實現余熱回收利用、從低溫向高溫輸送熱能的供熱目的。油田原油生產過程中,有大量40～60℃的采油污水,可配置溴化鋰吸收式熱泵機組回收利用滿足生產中部分或全部供熱需求。華北油田某聯合站2009年安裝的2臺單機供熱量2910kW的直燃型溴化鋰吸收式熱泵機組,低溫熱源為通過對采油污水換熱獲得的溫度為50℃的余熱熱水,補償熱源為原油和伴生氣,提供85℃的熱水。機組投入運行后,代替原來運行的2臺4t/h蒸汽鍋爐,可節約燃油40%。1污水、原油均壓t聯合站規模為7000kt/a,該站具有原油凈化處理,伴生氣簡易凈化,原油儲存、加熱、外輸,污水處理和污水回注等功能。日均接納油水混合物(含水率為93.9%)12776t,平均溫度在60～67℃之間,暖季(4月～9月)在63～67℃之間,寒季(10月～次年3月)在60～63℃之間。脫油后污水日均12000m3,溫度為55～60℃,全部回注。脫水后原油溫度在50～65℃之間,日均800t,進入儲油罐;日平均接外站來的原油2800t,來油溫度45℃,外站來油直接進入儲油罐,儲油罐溫度通過維溫保持在50～55℃;日平均外輸原油3600t,平均起點外輸溫度55～60℃,末點溫度52～45℃;平均產伴生氣1200Nm3/d,全部用于加熱爐燃燒。1.1外輸原油加熱該聯合站寒季需要啟動2臺4t/h鍋爐給儲油罐維溫、管道伴熱和公用建筑取暖,同時需要啟動2臺2320kW加熱爐(并聯)給外輸原油加熱和儲罐維溫;暖季啟動1臺2320kW加熱爐給外輸原油加熱。其中一臺加熱爐燃料用站內自產伴生氣,兩臺蒸汽鍋爐和另一臺加熱爐燃料使用原油,日均消耗原油7t,年消耗1260t。1.2余熱利用現狀及問題(1)日均12000m3的脫油污水,溫度為55～60℃,直接用來回注,大量余熱未被利用,而且在此溫度條件下,污水對設備和工藝管道腐蝕嚴重。(2)儲油罐維溫、管道伴熱和冬季取暖用的蒸汽均放空,未對其回收利用。(3)設備的自動化水平較低,導致工人勞動強度大,設備調節和控制能力較差,能源浪費嚴重。2改造方案2.1確定熱負荷根據聯合站生產狀況,對各個單元熱負荷進行核算。(1)液體泵在車站內處理由于聯合站接受的油水混合液進站溫度暖季為65℃,寒季為60℃,此溫度能夠滿足三級三相分離器的脫水要求,不需要加熱設施。(2)原油外輸外輸原油起點溫度暖季為55℃,寒季為60℃,熱負荷計算見表1。(3)儲油罐維溫用熱儲油罐維溫溫度暖季和寒季分別為50℃和55℃,熱負荷計算見表2。(4)管道熱敏性僅寒季管道需伴熱,計算溫度取55℃,熱負荷為700kW。(5)加熱和加熱公用建筑物總采暖面積約7500m2,熱指標按60W/m2,熱負荷為450kW。(6)季總熱負荷暖季總熱負荷為1090kW,寒季總熱負荷為4000kW。其中:寒季儲油罐維溫、站內管道伴熱、公用建筑采暖的熱負荷為2780kW。2.2方案2:蒸汽鍋爐+系統聯合站內污水水量500m3/h左右,脫油污水溫度穩定在60℃左右,是吸收式熱泵良好的低溫熱源。針對聯合站現有熱源情況,本改造采用直燃型溴化鋰吸收式熱泵機組對余熱進行回收利用,具體方案如下:(1)利用鍋爐房的空余位置,安裝2臺2920kW直燃型溴化鋰吸收式熱泵機組(燃油型)及其配套的機泵、污水換熱設施,代替原有用于寒季儲油罐維溫、站內管道伴熱、公用建筑采暖的2臺4t/h蒸汽鍋爐。熱泵機組熱水和余熱水流量調節范圍為50%～120%,燃燒器燃油量調節范圍為30%～105%。(2)將原為管道伴熱、儲罐維溫和采暖的蒸汽系統改造為熱水供熱系統并安裝輔助配套設施。(3)加熱爐配備油氣兩用燃燒器,暖季使用自產伴生氣,寒季使用自產伴生氣和原油混燒。(4)暖季儲油罐維溫依靠直燃型溴化鋰吸收式熱泵機組系統中污水換熱器交換的熱水,換熱水溫為55～57℃,滿足工藝要求。3改造效果3.1增能型熱泵供熱技術特點直燃型溴化鋰吸收式熱泵機組的驅動熱源為直接燃燒燃料提供的熱量,低溫熱源水溫要求高于5℃。該聯合站油水混合物脫油后低溫污水經換熱器換熱后水溫保持在55～57℃,是良好的低溫熱源。熱泵熱水的出口溫度最高可達100℃,符合生產要求。溴化鋰吸收式熱泵機組的輸出熱量等于從低溫熱源回收的熱量和驅動運行用補償熱量之和,輸出熱量始終大于所消耗的高品位熱源熱量,故又稱為增能型熱泵。補償熱量、從低溫熱源回收的熱量及輸出熱量之間的比例為1∶0.65∶1.65～1∶0.85∶1.85,即熱泵機組的性能系數(COP)為1.65～1.85,與熱效率90%的鍋爐或加熱爐相比,節能40%～43%。項目實施后,既利用了污水的余熱,又降低了污水溫度,減輕了污水回注過程對設備和工藝管道的腐蝕,延長了設備和工藝管道的使用壽命。項目改造后自動化程度和控制水平高,降低了工人的勞動強度,提高了安全生產系數。高溫污水余熱得到有效利用,減少了原油等一次能源的利用,從而相應地降低了CO2、NOx、SO2及粉塵等污染物的發生量,既節約了能源,又保護了環境。3.2增加熱量的節約(1)機組2009年8月投運,經統計2009年10月至2010年3月燃油日均消耗4.016t,較改造前(寒季日均燃油消耗6.818t)燃油消耗降低2.802t,年節約燃油2.802×180=504.36t,折合標準煤720.53tce。(2)因將蒸汽伴熱、維溫、采暖系統改造為熱水系統,2009年10月至2010年3月統計節水1.25×104m3,折合標準煤3.22tce。(3)通過污水換熱為暖季儲油罐維溫提供熱量,節約熱量200kW×24×180=864MJ,按鍋爐