大慶油田某注水站污水源熱泵空調(diào)及工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(jī)械有限公司)

[摘要]本工程為大慶油田某注水站空調(diào)系統(tǒng)改造項(xiàng)目，通過(guò)利用油田回注水作為污水源熱泵空調(diào)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(jià)值。

[關(guān)健詞]污水源熱泵，含油回注水，工藝?yán)鋮s水，電輻射采暖

1、項(xiàng)目概況

    本工程為大慶油田某注水站空調(diào)改造項(xiàng)目，建筑面積約為2000m²，冬季采暖面積約為1610m²，夏季空調(diào)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(diào)。

    注水泵電機(jī)冷卻用水量約為30m³/h，進(jìn)出水溫差4℃，并要求注水泵電機(jī)冷卻水常年溫度恒定在24℃～27℃。注水站內(nèi)原有兩個(gè)1000m³的污水罐，一個(gè)300m³的清水罐。原系統(tǒng)在采用蓄水罐（清水罐）儲(chǔ)存相對(duì)溫度較低的自來(lái)水對(duì)注水電機(jī)進(jìn)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(jī)冷卻水升溫速度快，達(dá)到極限溫度后，采用自來(lái)水置換蓄水罐內(nèi)水的方式。冬季當(dāng)?shù)貧鉁剌^低，并且蓄水罐罐體無(wú)保溫，通過(guò)自然降溫就可以滿足工藝?yán)鋮s要求。

    現(xiàn)采用污水源熱泵來(lái)替代原有采暖、空調(diào)方式，同時(shí)改進(jìn)注水水泵電機(jī)冷卻水降溫的工藝。

2、空調(diào)負(fù)荷

    空調(diào)負(fù)荷：熱負(fù)荷為298KW，冷負(fù)荷為90 KW。冷卻水最大負(fù)荷約為140 KW。

3、設(shè)備選型

    由于地理位置及站內(nèi)多單體單層建筑等原因，本工程熱負(fù)荷遠(yuǎn)大于冷負(fù)荷，故選用3臺(tái)制冷量為98.8kw，制熱量為135kw的水源熱泵機(jī)組。制熱季3臺(tái)機(jī)組按負(fù)荷大小及使用情況投入運(yùn)行，滿足房間供暖需求；制冷季1臺(tái)機(jī)組即可滿足空調(diào)負(fù)荷需求，另外2臺(tái)與清水罐聯(lián)合使用，為注水泵電機(jī)冷卻。

4、系統(tǒng)運(yùn)行原理

    油田在生產(chǎn)過(guò)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(chǎn)量，這些污水必須通過(guò)注水站回注到地下。本工程正是利用蘊(yùn)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(cè)結(jié)果，本工程污水水質(zhì):含油：20mg/L，懸浮物：20mg/L，硫酸鹽還原菌：600個(gè)/mL，鐵細(xì)菌：600個(gè)/mL，腐生菌：250個(gè)/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(cè)采用板式換熱器將含油回注水和熱泵熱源側(cè)水隔離，以免長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后含油回注水將熱泵機(jī)組內(nèi)換熱器腐蝕。為保證熱泵機(jī)組在較合理工況下運(yùn)行，冬季將污水回水溫度設(shè)定為23℃～27℃，一般設(shè)定在25℃。電動(dòng)閥根據(jù)回水水溫變化情況，[a1] 自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，以保持熱泵熱源側(cè)水的溫度，使熱泵機(jī)組在能效比較高的工況下運(yùn)行。在夏季污水水泵采用定流量運(yùn)行，電動(dòng)閥不受溫度控制（全開(kāi)），以維持制冷時(shí)熱泵機(jī)組的高能效比。

機(jī)房設(shè)備表

5、注水水泵電機(jī)冷卻水

    注水水泵電機(jī)冷卻水通過(guò)注水泵車(chē)間內(nèi)的閥門(mén)切換至熱泵機(jī)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(yīng)的閥門(mén)。熱泵機(jī)房?jī)?nèi)可根據(jù)具體使用情況，選擇開(kāi)啟一臺(tái)熱泵機(jī)組或二臺(tái)熱泵機(jī)組為注水水泵電機(jī)冷卻水降溫，并在熱泵機(jī)組上設(shè)置冷凍水出水溫度以符合注水水泵電機(jī)冷卻水的溫度要求。

6、室內(nèi)末端

室內(nèi)采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管選用配套三速開(kāi)關(guān)的臥式明裝風(fēng)機(jī)盤(pán)管和臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤(pán)管，共61臺(tái)。風(fēng)機(jī)盤(pán)管的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口采用鋁合金單層百葉風(fēng)口。

目前該項(xiàng)目已運(yùn)行一年，經(jīng)過(guò)回訪采集數(shù)據(jù)顯示：制冷季運(yùn)行期間，各房間室內(nèi)溫度為24℃～26℃，注水水泵電機(jī)冷卻水溫度25℃～27℃；制熱季運(yùn)行期間各房間室內(nèi)溫度為18℃～22℃，完全達(dá)到了使用要求。

7、改造前后經(jīng)濟(jì)性對(duì)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(yùn)行費(fèi)用降低，只需要1.9年即可收回投資。如按同樣運(yùn)行15年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用1209萬(wàn)元，節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益明顯。

8、結(jié)論

1）、由于熱泵采暖的末端是通過(guò)熱水進(jìn)行散熱，故采暖效果舒適、自然、空氣清潤(rùn)，無(wú)電輻射采暖的烤灼感。

2）、熱泵機(jī)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(yùn)行能耗遠(yuǎn)低于電采暖系統(tǒng)。

3）、熱泵技術(shù)在油田地區(qū)的應(yīng)用大有潛力，特別是在利用含油污水中的余熱進(jìn)行采暖或制冷，具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)還可以建設(shè)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(shù)成熟，節(jié)能效益明顯，安全性能顯著。從經(jīng)濟(jì)效益和安全方面來(lái)說(shuō)是可完全行的。

參考文獻(xiàn)：

[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(yīng)用研究[J]制冷空調(diào)與電力機(jī)械,2008,(02).

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