大慶油田某注水站污水源熱泵空調及工藝冷卻水系統(tǒng)設計

李偉¹毛霞麗²

(1北京中科能能源高科技有限公司；2埃美圣龍（寧波）機械有限公司)

[摘要]本工程為大慶油田某注水站空調系統(tǒng)改造項目，通過利用油田回注水作為污水源熱泵空調系統(tǒng)的熱源，替代原有的電輻射采暖，還可用作注水站注水水泵冷卻水。改造后系統(tǒng)能耗只有改造前的30%，因此在油田地區(qū)具有很大的推廣價值。

[關健詞]污水源熱泵，含油回注水，工藝冷卻水，電輻射采暖

1、項目概況

    本工程為大慶油田某注水站空調改造項目，建筑面積約為2000m²，冬季采暖面積約為1610m²，夏季空調面積約為870m²，原有采暖方式為電輻射采暖系統(tǒng)，制冷采用分體空調。

    注水泵電機冷卻用水量約為30m³/h，進出水溫差4℃，并要求注水泵電機冷卻水常年溫度恒定在24℃～27℃。注水站內原有兩個1000m³的污水罐，一個300m³的清水罐。原系統(tǒng)在采用蓄水罐（清水罐）儲存相對溫度較低的自來水對注水電機進行循環(huán)冷卻，在夏季由于室外氣溫較高，蓄水罐容積限制，電機冷卻水升溫速度快，達到極限溫度后，采用自來水置換蓄水罐內水的方式。冬季當?shù)貧鉁剌^低，并且蓄水罐罐體無保溫，通過自然降溫就可以滿足工藝冷卻要求。

    現(xiàn)采用污水源熱泵來替代原有采暖、空調方式，同時改進注水水泵電機冷卻水降溫的工藝。

2、空調負荷

    空調負荷：熱負荷為298KW，冷負荷為90 KW。冷卻水最大負荷約為140 KW。

3、設備選型

    由于地理位置及站內多單體單層建筑等原因，本工程熱負荷遠大于冷負荷，故選用3臺制冷量為98.8kw，制熱量為135kw的水源熱泵機組。制熱季3臺機組按負荷大小及使用情況投入運行，滿足房間供暖需求；制冷季1臺機組即可滿足空調負荷需求，另外2臺與清水罐聯(lián)合使用，為注水泵電機冷卻。

4、系統(tǒng)運行原理

    油田在生產過程中將分離出大量溫度較高的含油污水（本工程回注水量280m³/h，回注水溫度：冬季31℃；夏季35℃。允許變化幅度：30～37℃），而為了保證原油產量，這些污水必須通過注水站回注到地下。本工程正是利用蘊含在這些污水中的熱量作為污水源熱泵的熱源。

    根據(jù)業(yè)主提供的污水檢測結果，本工程污水水質:含油：20mg/L，懸浮物：20mg/L，硫酸鹽還原菌：600個/mL，鐵細菌：600個/mL，腐生菌：250個/mL，CO₃^2-：190mg/L，HCO₃^-：1936mg/L，Cl^-：868 mg/L，SO₄^2-：11 mg/L， Ca²⁺ ：43 mg/L，Mg²⁺：8 mg/。

    污水側采用板式換熱器將含油回注水和熱泵熱源側水隔離，以免長時間運行后含油回注水將熱泵機組內換熱器腐蝕。為保證熱泵機組在較合理工況下運行，冬季將污水回水溫度設定為23℃～27℃，一般設定在25℃。電動閥根據(jù)回水水溫變化情況，[a1] 自動調節(jié)閥門開度，以保持熱泵熱源側水的溫度，使熱泵機組在能效比較高的工況下運行。在夏季污水水泵采用定流量運行，電動閥不受溫度控制（全開），以維持制冷時熱泵機組的高能效比。

機房設備表

5、注水水泵電機冷卻水

    注水水泵電機冷卻水通過注水泵車間內的閥門切換至熱泵機組管道，即利用原有冷卻水水泵，在水泵出水總管上作“п”型接管，并安裝相應的閥門。熱泵機房內可根據(jù)具體使用情況，選擇開啟一臺熱泵機組或二臺熱泵機組為注水水泵電機冷卻水降溫，并在熱泵機組上設置冷凍水出水溫度以符合注水水泵電機冷卻水的溫度要求。

6、室內末端

室內采用風機盤管系統(tǒng)，風機盤管選用配套三速開關的臥式明裝風機盤管和臥式暗裝風機盤管，共61臺。風機盤管的進風口和出風口采用鋁合金單層百葉風口。

目前該項目已運行一年，經過回訪采集數(shù)據(jù)顯示：制冷季運行期間，各房間室內溫度為24℃～26℃，注水水泵電機冷卻水溫度25℃～27℃；制熱季運行期間各房間室內溫度為18℃～22℃，完全達到了使用要求。

7、改造前后經濟性對比

改造后采用熱泵供暖與改造前電采暖相比節(jié)約電能78×10⁴kw·h/a，熱泵系統(tǒng)初投資比電采暖系統(tǒng)初投資高，但運行費用降低，只需要1.9年即可收回投資。如按同樣運行15年可節(jié)約運行費用1209萬元，節(jié)能和經濟效益明顯。

8、結論

1）、由于熱泵采暖的末端是通過熱水進行散熱，故采暖效果舒適、自然、空氣清潤，無電輻射采暖的烤灼感。

2）、熱泵機組的能效比在3.5以上，電輻射采暖的效率約為0.9左右，熱泵系統(tǒng)運行能耗遠低于電采暖系統(tǒng)。

3）、熱泵技術在油田地區(qū)的應用大有潛力，特別是在利用含油污水中的余熱進行采暖或制冷，具有廣闊的應用前景。同時還可以建設熱泵供熱站為附近居民區(qū)供暖。

4）、利用熱泵供暖制冷，技術成熟，節(jié)能效益明顯，安全性能顯著。從經濟效益和安全方面來說是可完全行的。

參考文獻：

[1]謝丁旺,張小松,王鳳麗.組合式熱泵在油田污水余熱回收的應用研究[J]制冷空調與電力機械,2008,(02).

[2] 徐偉等譯,地源熱泵工程技術指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001