19-油田污水余热资源开发利用
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参考文献
[1] 耿建安，李华玉.油田热污水余热利用的可行性分析及尝试[J].制冷与空调，2004，4（2）：67-70. [2] 苗承武等.采用热泵技术回收油田污水余热[J].石油规划设计，2007，18（2）：22-24. [3] 陈军.用热泵系统回收油田低温余热[J].能源与环境，2005（2）：27-28. [4] 赵雪峰，李涛.油田应用热泵技术的工艺流程及运行实践[J].石油机械，2003，31（6）：5-8. [5] 邓寿禄，王强.热泵系统应用于油田余热回收的探讨[J].现代测量与实验室管理，2003，（1）：15-18. [6] 张永贵.油田污水余热回收方案及其经济效益测算[J].节能技术，2005，21（3）：8-9.
为 152.7 kW。该站原来采用的是锅炉采暖，经过 20 多年的运行，整个采暖系统存在问题较多，应对采暖
系统进行改造。经过论证，决定应用热泵技术。利用该站的回注含油污水做低温热源，安装热泵机组，置
换出高品位热源，用于采暖和伴热的供热。在应用中，考虑到含油污水中含油，易阻塞热泵内的筛网换热
器；而且氯离子含量较高，易腐蚀热泵内的筛网换热器。因此，在流程上（见图 1），从南七污水站引出净
关键词：污水余热；热泵；采暖；原油加热
引言： 在以燃料为主要能源的工业用能过程中，都必须以热能利用为基础，因而也就不可避免地伴随着大量
低温余热的产生，工业过程排放的废水、废气、烟气等一般数量都很大，但由于温度低于使用要求、污染 等原因，绝大部分都被放弃了，这不仅是巨大的能源浪费，同时也造成了环境热污染。事实上，这些低温 热能可以用热泵技术加以利用。
干燥过滤器
冷凝器
膨胀阀
压缩机
蒸发器
外排污水
图 2 原油加热工艺流程
统节能率达 49.75%，年运行费用则与一段加热炉相差不多，其缺点是大型的热泵系统初投资过高。
4 经济效益分析
大庆油田南七联采暖及管道伴热的供热系统，于 2001 年 12 月完工并投入使用，在正常运行了两个半 采暖期。从运行情况看，采暖效果较好，室温始终保持在 18～20 ℃（室外温度为－10～－26 ℃）。同时， 脱水及污水处理等系统需伴热的管道、设备未出现任何问题， 伴热效果完全能够满足生产需要。设备操作 简单，只需通过机组控制屏，输入指令即可完成操作，运行期间末进行过维护。
右，其余则是具有温度为 30～70℃的水。这些水被分离后，一部分用于回注，一部分排入环境。如果采用 某种技术，将其中的热提出，升高其温度加以利用，那么这将带来非常好的节能经济效益和环保效益。
以胜利油田为例，其含油污水总量约为 72 万立方米/天，除油田基地附近外，整个油区均有分布；从 参数角度看，其温度为 40～70 ℃。
5结论
采用热泵技术回收油田污水余热，用于采暖和生产供热或供冷，在大庆油田得到了成功的实践。从热 泵主机的效率来看，在大庆油田应用一般 COP 值约为 1∶3.2（即输入 1 kW 的功率可以回收到约 3.2 kW 的 热量），达到了节能的目的。在与原供热系统相比，虽然多消耗一些电，但是节约了油田气或原油资源。因 此，热泵应用于含油污水余热回收在技术和经济上都是可行的。采用热泵技术，可以充分利用油田污水余 热资源，达到很好的节能经济效益；能够减少环境污染，有利于环境保护；可以提前和延后供暖，改善人 们的生活条件；同时现在世界已经进入高油价时代，已经突破 70 美元一桶，据估计到了 2010 我国的进口 油量将占全国耗油量的 50%，而在石油产量不能增加的背景下，在生产过程中减少石油的消耗变得更加有 意义。
体进入wk.baidu.com凝器，实现热量由低品位热能向高品位热能的转化。
（3）高品位热能输出。进入冷凝器的高温、高压气体与换热介质进行热交换释放高品位热能，并冷
凝成液态。实现了高品位热能的输出。
3 热泵用于油田余热回收
3.1 用于联合站的采暖及管道伴热[2]
2001 年大庆油田在南七联利用油田含油污水作为低温热源，通过热泵技术取代锅炉，实现了全站的采 暖及工艺管道的伴热。南七联建于 1978 年，采暖面积为 3380 m2，采暖热负荷为 439.4 kW；工艺伴热负荷
热泵采暖 592.1 无 — 20.14 0.55 无 20.69 310.35 165.6 475.95
锅炉采暖 592.1 32.6 29.34 5.39 1.00 27 62.73 940.95 107.0
1047.95
由表 1 可以看出，采用热泵与锅炉相比，虽然多消耗一些电，但可节约大量天然气，两者相抵还相当 于节约电能约 130×104 kW·h/a，从而降低了运行和维护费用。热泵采暖初投资比锅炉多出 58.6 万元， 按节约了运行和维护费计算，只需 1.39 年即可收回投资。按运行 15 年考虑，热泵采暖总费用比锅炉节约 572 万元，经济效益较为可观[2]。
采用如图 2 所示的热泵系统，就可以利用分离出来的低温污水的热量来加热油水混合液，代替部分
原有的加热炉。通过试验验证，采用这种热泵系
污水升压泵
板式换热器
采暖循环泵
清水循环泵
热用户
开式水箱
回注污水干线
热泵主机
热泵主机
图 1 采暖及伴热工艺流程
油气混合液
天然气 加压泵
两相分离器
采暖循环泵
污水处理站
一段加热炉 中间换热器
除了利用余热资源进行油区冬季采暖外，还可以在原油生产过程中加以应用。油田生产过程中，油水 的分离以及原油的输送过程都需要进行加热，两过程中大都不需要将被加热介质加热到较高的温度。如果
.
.
采用某种技术，提取热污水中的余热用于油水的分离以及原油的输送过程的加热，同样有意义。而且，热
污水资源距离原油加热区域更近，原油生产又是常年性的，因此节能工程的投资回收比在采暖中好得多。
对于第二档次的热污水余热资源，如果采用某种技术使其温度降低到 30℃，将提出的余热温度升高产 生 75 ℃热水进行采暖，一个冬季可回收热量 2.475×1012 kJ 的热量，相当于节省 60 412 t 燃料油。若 以 1600 元/吨计价，则可节省能耗资金 0. 966 亿元人民币。
虽然节能工程的实施会受到各种因素的具体影响，上述余热资源不可能全部被利用，但这充分说明油 田余热资源具有很好的利用价值。
文献[4-5]利用吸收式热泵回收油田污水的余热,并对吸收式热泵系统与油田普遍使用的燃油锅炉和 燃气锅炉分别为供暖热源进行经济性分析,得出热泵供暖方案优于燃油和燃气供暖方案的结论。
目前，我国二氧化硫和二氧化碳排放量分别居世界第一和第二，采用热泵技术回收油田污水余热节省
.
.
了大量的天然气消耗量，从而减少二氧化碳及其他温室气体排放量，具有很好的环保效益。
根据油田余热资源的参数高低，可将余热资源划分为两个档次：第一档次——在居民区附近、平均温 度大约为 60℃ 的含油热污水，有 22.7 万立方米/日；第二档次——平均温度在 40℃的含油热污水，有 49.3 万立方米/日，各采油厂均有。 1.2 余热资源利用的潜在价值
对于第一档次的热污水余热资源，如果采用某种技术使其温度降低到 30 ℃，将提出的余热温度升高 产生 75℃ 热水进行采暖，一个供热冬季（120 天）可回收热量 3.42×1012 kJ 的热量，相当于节省 83 450 吨燃料油。以 1600 元/吨计价，可节省能耗资金 1.335 亿元人民币。
2 热泵技术工作原理
热泵机组主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、电磁阀、膨胀阀、干燥过滤器及储液罐等部件组成，机组
内换热介质为氟里昂致冷剂。机组分 3 个能量变化阶段进行工作：
（1）提取低品位热能。机组中的液态致冷剂在蒸发器中与低品位热源进行热交换，吸收热量蒸发成
气体，实现致冷剂的蒸发提取低品位热能。
（2）低品位热能向高品位热能转换。蒸发吸热的气体被吸入压缩机进行压缩，变成高温、高压的气
大庆油田南七联采暖及管道伴热的供热系统采用热泵机组两台（单台输入电功率为 115 kW，输出功率 为 310 kW），代替站内两台 4 t/h 采暖伴热锅炉运行。热泵采暖与锅炉房采暖的经济对比见表 1。
表 1 热泵采暖与锅炉采暖的经济对比
项目 采暖负荷/kW 耗气量（×104）/m3·a－1 耗电量（×104）/kW·h·a－1 耗电费用（万元/年） 生产维护费用（万元/年） 人工费（万元） 费用合计（万元/年） 使用寿命 15 年费用合计（万元） 初投资（万元） 初投资及 15 年费用合计（万元）
中国可再生能源学会 2011 年学术年会论文（地源热泵专业）
油田污水余热资源开发利用
唐志伟，刘爱洁
（北京工业大学环境与能源工程学院，北京 100124）
摘 要：由于油田存在大量的污水余热，利用热泵技术回收余热以提供采暖和原油加热需要，
用热泵回收余热既节能又符合环保要求，同时具有巨大的经济效益。本文进行了油田污水余热资 源热泵利用方式的探讨，并且论述了余热资源回收的经济价值和环境效益。
热泵技术是发挥高质能量电能、机械能或高温热能 )在质量上的优势 ,用较少的高质能将大量可再生 的环境能量（地下、空气及水中蕴藏的能量）或工业生产排放的低温余热（烟气、废水、废气等携带的能 量）回收升温后进行利用的一种高效节能技术。
1 油田余热资源[1]
1.1 油田余热资源情况 在我国，各主要油田的开采已进入高含水期，大庆、胜利、辽河等油田的采出液的含油量仅有 10%左
化后的部分含油污水（温度为 35～40 ℃）经升压泵升压，先进入板式换热器与循环清水换热，释放热能
后（约 25 ℃），再回到注水罐，回注地下；在板式换热器内吸收热能的循环清水（15～20 ℃），被送至热
泵机组蒸发器，释放低温热能后，流回开式水箱。采暖和伴热水在热泵机组冷凝器内吸收高品位热能（温
升至 60～65 ℃），送至采暖伴热系统释放热量后，回采暖循环泵升压，循环使用。 3.2 用于原油加热[3]
[1] 耿建安，李华玉.油田热污水余热利用的可行性分析及尝试[J].制冷与空调，2004，4（2）：67-70. [2] 苗承武等.采用热泵技术回收油田污水余热[J].石油规划设计，2007，18（2）：22-24. [3] 陈军.用热泵系统回收油田低温余热[J].能源与环境，2005（2）：27-28. [4] 赵雪峰，李涛.油田应用热泵技术的工艺流程及运行实践[J].石油机械，2003，31（6）：5-8. [5] 邓寿禄，王强.热泵系统应用于油田余热回收的探讨[J].现代测量与实验室管理，2003，（1）：15-18. [6] 张永贵.油田污水余热回收方案及其经济效益测算[J].节能技术，2005，21（3）：8-9.
为 152.7 kW。该站原来采用的是锅炉采暖，经过 20 多年的运行，整个采暖系统存在问题较多，应对采暖
系统进行改造。经过论证，决定应用热泵技术。利用该站的回注含油污水做低温热源，安装热泵机组，置
换出高品位热源，用于采暖和伴热的供热。在应用中，考虑到含油污水中含油，易阻塞热泵内的筛网换热
器；而且氯离子含量较高，易腐蚀热泵内的筛网换热器。因此，在流程上（见图 1），从南七污水站引出净
关键词：污水余热；热泵；采暖；原油加热
引言： 在以燃料为主要能源的工业用能过程中，都必须以热能利用为基础，因而也就不可避免地伴随着大量
低温余热的产生，工业过程排放的废水、废气、烟气等一般数量都很大，但由于温度低于使用要求、污染 等原因，绝大部分都被放弃了，这不仅是巨大的能源浪费，同时也造成了环境热污染。事实上，这些低温 热能可以用热泵技术加以利用。
干燥过滤器
冷凝器
膨胀阀
压缩机
蒸发器
外排污水
图 2 原油加热工艺流程
统节能率达 49.75%，年运行费用则与一段加热炉相差不多，其缺点是大型的热泵系统初投资过高。
4 经济效益分析
大庆油田南七联采暖及管道伴热的供热系统，于 2001 年 12 月完工并投入使用，在正常运行了两个半 采暖期。从运行情况看，采暖效果较好，室温始终保持在 18～20 ℃（室外温度为－10～－26 ℃）。同时， 脱水及污水处理等系统需伴热的管道、设备未出现任何问题， 伴热效果完全能够满足生产需要。设备操作 简单，只需通过机组控制屏，输入指令即可完成操作，运行期间末进行过维护。
右，其余则是具有温度为 30～70℃的水。这些水被分离后，一部分用于回注，一部分排入环境。如果采用 某种技术，将其中的热提出，升高其温度加以利用，那么这将带来非常好的节能经济效益和环保效益。
以胜利油田为例，其含油污水总量约为 72 万立方米/天，除油田基地附近外，整个油区均有分布；从 参数角度看，其温度为 40～70 ℃。
5结论
采用热泵技术回收油田污水余热，用于采暖和生产供热或供冷，在大庆油田得到了成功的实践。从热 泵主机的效率来看，在大庆油田应用一般 COP 值约为 1∶3.2（即输入 1 kW 的功率可以回收到约 3.2 kW 的 热量），达到了节能的目的。在与原供热系统相比，虽然多消耗一些电，但是节约了油田气或原油资源。因 此，热泵应用于含油污水余热回收在技术和经济上都是可行的。采用热泵技术，可以充分利用油田污水余 热资源，达到很好的节能经济效益；能够减少环境污染，有利于环境保护；可以提前和延后供暖，改善人 们的生活条件；同时现在世界已经进入高油价时代，已经突破 70 美元一桶，据估计到了 2010 我国的进口 油量将占全国耗油量的 50%，而在石油产量不能增加的背景下，在生产过程中减少石油的消耗变得更加有 意义。
体进入wk.baidu.com凝器，实现热量由低品位热能向高品位热能的转化。
（3）高品位热能输出。进入冷凝器的高温、高压气体与换热介质进行热交换释放高品位热能，并冷
凝成液态。实现了高品位热能的输出。
3 热泵用于油田余热回收
3.1 用于联合站的采暖及管道伴热[2]
2001 年大庆油田在南七联利用油田含油污水作为低温热源，通过热泵技术取代锅炉，实现了全站的采 暖及工艺管道的伴热。南七联建于 1978 年，采暖面积为 3380 m2，采暖热负荷为 439.4 kW；工艺伴热负荷
热泵采暖 592.1 无 — 20.14 0.55 无 20.69 310.35 165.6 475.95
锅炉采暖 592.1 32.6 29.34 5.39 1.00 27 62.73 940.95 107.0
1047.95
由表 1 可以看出，采用热泵与锅炉相比，虽然多消耗一些电，但可节约大量天然气，两者相抵还相当 于节约电能约 130×104 kW·h/a，从而降低了运行和维护费用。热泵采暖初投资比锅炉多出 58.6 万元， 按节约了运行和维护费计算，只需 1.39 年即可收回投资。按运行 15 年考虑，热泵采暖总费用比锅炉节约 572 万元，经济效益较为可观[2]。
采用如图 2 所示的热泵系统，就可以利用分离出来的低温污水的热量来加热油水混合液，代替部分
原有的加热炉。通过试验验证，采用这种热泵系
污水升压泵
板式换热器
采暖循环泵
清水循环泵
热用户
开式水箱
回注污水干线
热泵主机
热泵主机
图 1 采暖及伴热工艺流程
油气混合液
天然气 加压泵
两相分离器
采暖循环泵
污水处理站
一段加热炉 中间换热器
除了利用余热资源进行油区冬季采暖外，还可以在原油生产过程中加以应用。油田生产过程中，油水 的分离以及原油的输送过程都需要进行加热，两过程中大都不需要将被加热介质加热到较高的温度。如果
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采用某种技术，提取热污水中的余热用于油水的分离以及原油的输送过程的加热，同样有意义。而且，热
污水资源距离原油加热区域更近，原油生产又是常年性的，因此节能工程的投资回收比在采暖中好得多。
对于第二档次的热污水余热资源，如果采用某种技术使其温度降低到 30℃，将提出的余热温度升高产 生 75 ℃热水进行采暖，一个冬季可回收热量 2.475×1012 kJ 的热量，相当于节省 60 412 t 燃料油。若 以 1600 元/吨计价，则可节省能耗资金 0. 966 亿元人民币。
虽然节能工程的实施会受到各种因素的具体影响，上述余热资源不可能全部被利用，但这充分说明油 田余热资源具有很好的利用价值。
文献[4-5]利用吸收式热泵回收油田污水的余热,并对吸收式热泵系统与油田普遍使用的燃油锅炉和 燃气锅炉分别为供暖热源进行经济性分析,得出热泵供暖方案优于燃油和燃气供暖方案的结论。
目前，我国二氧化硫和二氧化碳排放量分别居世界第一和第二，采用热泵技术回收油田污水余热节省
.
.
了大量的天然气消耗量，从而减少二氧化碳及其他温室气体排放量，具有很好的环保效益。
根据油田余热资源的参数高低，可将余热资源划分为两个档次：第一档次——在居民区附近、平均温 度大约为 60℃ 的含油热污水，有 22.7 万立方米/日；第二档次——平均温度在 40℃的含油热污水，有 49.3 万立方米/日，各采油厂均有。 1.2 余热资源利用的潜在价值
对于第一档次的热污水余热资源，如果采用某种技术使其温度降低到 30 ℃，将提出的余热温度升高 产生 75℃ 热水进行采暖，一个供热冬季（120 天）可回收热量 3.42×1012 kJ 的热量，相当于节省 83 450 吨燃料油。以 1600 元/吨计价，可节省能耗资金 1.335 亿元人民币。
2 热泵技术工作原理
热泵机组主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、电磁阀、膨胀阀、干燥过滤器及储液罐等部件组成，机组
内换热介质为氟里昂致冷剂。机组分 3 个能量变化阶段进行工作：
（1）提取低品位热能。机组中的液态致冷剂在蒸发器中与低品位热源进行热交换，吸收热量蒸发成
气体，实现致冷剂的蒸发提取低品位热能。
（2）低品位热能向高品位热能转换。蒸发吸热的气体被吸入压缩机进行压缩，变成高温、高压的气
大庆油田南七联采暖及管道伴热的供热系统采用热泵机组两台（单台输入电功率为 115 kW，输出功率 为 310 kW），代替站内两台 4 t/h 采暖伴热锅炉运行。热泵采暖与锅炉房采暖的经济对比见表 1。
表 1 热泵采暖与锅炉采暖的经济对比
项目 采暖负荷/kW 耗气量（×104）/m3·a－1 耗电量（×104）/kW·h·a－1 耗电费用（万元/年） 生产维护费用（万元/年） 人工费（万元） 费用合计（万元/年） 使用寿命 15 年费用合计（万元） 初投资（万元） 初投资及 15 年费用合计（万元）
中国可再生能源学会 2011 年学术年会论文（地源热泵专业）
油田污水余热资源开发利用
唐志伟，刘爱洁
（北京工业大学环境与能源工程学院，北京 100124）
摘 要：由于油田存在大量的污水余热，利用热泵技术回收余热以提供采暖和原油加热需要，
用热泵回收余热既节能又符合环保要求，同时具有巨大的经济效益。本文进行了油田污水余热资 源热泵利用方式的探讨，并且论述了余热资源回收的经济价值和环境效益。
热泵技术是发挥高质能量电能、机械能或高温热能 )在质量上的优势 ,用较少的高质能将大量可再生 的环境能量（地下、空气及水中蕴藏的能量）或工业生产排放的低温余热（烟气、废水、废气等携带的能 量）回收升温后进行利用的一种高效节能技术。
1 油田余热资源[1]
1.1 油田余热资源情况 在我国，各主要油田的开采已进入高含水期，大庆、胜利、辽河等油田的采出液的含油量仅有 10%左
化后的部分含油污水（温度为 35～40 ℃）经升压泵升压，先进入板式换热器与循环清水换热，释放热能
后（约 25 ℃），再回到注水罐，回注地下；在板式换热器内吸收热能的循环清水（15～20 ℃），被送至热
泵机组蒸发器，释放低温热能后，流回开式水箱。采暖和伴热水在热泵机组冷凝器内吸收高品位热能（温
升至 60～65 ℃），送至采暖伴热系统释放热量后，回采暖循环泵升压，循环使用。 3.2 用于原油加热[3]