油田地面建筑采暖方式对节能降耗的影响及认识

曹晓毛 马海燕

（1.大庆头台油田开发有限责任公司工程管理中心；2.大庆油田工程有限公司油气集输室）

油田地面建筑采暖方式对节能降耗的影响及认识

曹晓毛1马海燕2

（1.大庆头台油田开发有限责任公司工程管理中心；2.大庆油田工程有限公司油气集输室）

随着油田产能建设规模的不断扩大，地面建筑数量及其采暖所消耗能源的数量也在增加。在地面方案编制及设计过程中，合理选择建筑采暖方式，是后期降低生产运行费用及节能降耗的关键所在。通过对国内几种相对成熟的采暖方式的比较与分析，同时兼顾各种燃料价格及节能减排任务指标，得出结论：在采暖规模较大、天然气比较丰富而且煤炭销售地点距离采暖地点较远的情况下，应优先采用燃气锅炉采暖方式；在采暖规模较小、天然气比较缺乏而且煤炭销售地点距离采暖地点较近的情况下，应优先采用燃煤锅炉采暖方式；热泵采暖方式一次性投资较高，而且在运行期间需要消耗部分电能，与燃煤和燃气锅炉采暖比较，运行成本较高；地源热泵及太阳能采暖方式虽然是21世纪最有效的绿色环保技术，但是这种采暖方式局限性太强，应根据本地区特点并结合其他采暖方式小范围采纳。

地面建筑 采暖方式 节能降耗 分析及认识

随着油田的不断开发以及生活水平的不断提高，地面厂房以及生活建筑面积也在不断增加。作为油田职工生产与生活的基本场所，室内采暖需要消耗大量的能源和资源，所占油田总能耗比例相对较高。因此，应积极挖掘油田地面建筑室内采暖节能降耗潜力，即在地面方案编制及设计过程中，应根据建筑功能要求和当地气候参数，科学合理选择建筑采暖方式，尽量减少建筑采暖的能源消耗，降低运行成本，提高油田开发综合经济效益。

1 不同建筑采暖方式比较与分析

目前，国内油田几种相对成熟的建筑采暖方式有：以燃料为热源的采暖方式（燃煤、燃油、燃气锅炉采暖）、电热采暖方式、地源热泵采暖方式以及太阳能采暖方式等。

1.1 运行成本比较

假设建筑面积为xm2，燃煤锅炉热效率按照国家标准最低76%计算，燃油和燃气锅炉热效率按照国家标准最低84%计算，采暖期为180 d，煤炭价格按照560元/t，原油价格按照4000元/t，天然气价格按照1.2元/m3，电价按照0.55元/kWh计算，不考虑人员成本，则不同建筑采暖方式运行成本如下：

1）燃煤锅炉采暖方式。

锅炉耗煤量计算公式：

式中：

G——采暖期锅炉实际耗煤量，t；

Q——建筑采暖热负荷，可取120 W/m2，MW；

J——标准煤热值，可取29270 MJ/t；

η——锅炉热效率（燃煤锅炉取76%，燃油和燃气锅炉取84%）；

D——采暖期，可取180 d。

经计算，在一个采暖期内，燃煤锅炉耗煤量为0.1175xt，运行成本为65.8x元。

2）燃油锅炉采暖方式。

在同样条件下，按照1 t原油相当于1.43 t标准煤计算，在一个采暖期内，燃油锅炉耗油量为：0.0531xt，运行成本为：212.4x元。

3）燃气锅炉采暖方式。

在同样条件下，按照1000 m3天然气相当于1.33 t标准煤计算，在一个采暖期内，燃气锅炉耗气量为：57.07xm3，运行成本为：68.48x元。

4）电热采暖方式。

在同样条件下，按照250W/m2计算，在一个采暖期内耗电量为1080xkWh，运行成本为594x元。

（5）地源热泵及太阳能采暖方式。

在同样条件下，这两种方式生产运行成本基本上为零。

不同建筑采暧方式运行费用函数关系见图1。

从图1可以看出，在建筑面积相同及目前燃料价格的情况下，太阳能及地源热泵采暖运行费用最低，燃煤锅炉采暖次之，采用电采暖方式运行费用最高，即：电采暖＞燃油锅炉采暖＞热泵采暖＞燃气锅炉采暖＞燃煤锅炉采暖＞太阳能及地源热泵采暖。

运行费用跟燃料价格息息相关。根据图1可知，燃煤锅炉采暖与燃气锅炉采暖运行费用比较接近。当煤炭价格继续上涨而天然气价格变化不大，而且煤炭销售地点距离油田建筑较远时，综合燃料价格及运费，燃气锅炉采暖运行费用可能比燃煤锅炉采暖的费用要低。

1.2 综合比较与分析

1）采用燃煤锅炉采暖方式从运行费用角度看，费用适中采暖最优。但是，从环境保护、节能减排等社会效益分析，相对天然气及燃料油而言，由于煤炭本身尤其是煤化程度较高的无烟煤碳氢比较高，燃烧后CO2排放量会增加，从而影响地区乃至全国节能减排任务的完成。

从宏观角度分析，由于我国的能源储量和消费结构在相当长一段时间内都仍以煤炭为主，特别是北方地区每年的采暖煤耗一直是有增无减，因此，为了不影响大局，不影响人民的正常生活，这就要求在制定相关的能源政策时必须根据实际国情出发。

2）采用电采暖方式，虽然运行费用较高，但是它具有节地节水和方便管理的优点。由于电采暖方式属于将高品位的电能转化成低品位的热能，因此将间接地造成一次能源的浪费。在我国，油田也是如此，建筑采暖都在北方普遍应用，而我国北方大部分还是以火力发电为主。由于火力发电热效率相对较低，因此，尽管采用电采暖将电能转换为热能时效率比较高，但是总的一次能源利用率相对较低，从而间接导致一次能源的浪费。

为了节约一次性能源，油田地面建筑除依托性较差的外，其余不宜采用电采暖方式。从宏观角度看，在火力发电的地区应尽量避免采用电采暖方式，在水力、风能以及太阳能等发电的地区适宜采用电采暖方式。

3）地源热泵及太阳能采暖方式虽然运行费用最低，但是他们都受时间和区间的限制。尤其是太阳能采暖方式，在我国北方地区，特别是在冬季，由于太阳光射强度不高，采用该方式往往很难达到理想的温度效果。

采用地源热泵的采暖方式会受到当地地热资源丰度的影响，地热资源不足也很难达到理想的温度效果。

从以上比较可知，每一种采暖方式都有优点和缺点。因此，油田地面建筑应根据自身的特点和条件，在考虑经济效益时兼顾社会效益，综合比较与分析后再进行选择与设计。

2 案例分析及效果

头台油田无名岛区块已建厂房有注配间4座，水质站1座，生活点1座，锅炉房1座，总建筑面积为1218.144 m2。目前除生活点及水质站（含1号注配间）采用热水采暖外，其余均采用电采暖。已建锅炉房内有锅炉2台，其中1.5 t燃煤蒸汽锅炉1台，2.5 t燃煤蒸汽锅炉1台。

2.1 存在的主要问题

1）锅炉负载率低。按照目前锅炉房的实际供热面积计算，考虑系统热水管网散热损失，锅炉房最小锅炉负载率仅为12.57%。已建锅炉房负载率相对较低，冬季运行锅炉散热量较大，从而导致耗煤量较大。

2）锅炉结垢严重。已建锅炉房内没有全自动软化水处理设备，仅依靠酸洗维持生产。随着运行时间的增加锅炉内部结垢较为严重，锅炉热效率较低，而且每年酸洗费用也相对较高。

2.2 改造设计方案

2.2.1 方案一

考虑到已建锅炉房锅炉负载率较低，方案设计将已建锅炉房内2台燃煤蒸汽锅炉更换成1台常压燃煤热水锅炉，并且在现有供热面积的基础上增加锅炉的供热面积，将已建2号、3号以及4号注配间由原来的电采暖改为热水采暖，总供热面积为1218.144 m2。经计算，采暖热负荷为146.18 kW，更换后的常压燃煤热水锅炉蒸发量设计为0.35 MW。该方案主要基建工程量见表1。

表1 改造设计方案一主要基建工程量

经计算，该方案估算投资为136.52×104元。

2.2.2 方案二

考虑到无名岛区块已建厂房建筑面积相对较小，该方案设计已建2号、3号以及4号注配间保持原来的电采暖方式，将已建生活点及水质站（含1号注配间）由原来热水采暖改为电采暖方式。

根据已建生活点及水质站（含1号注配间）建筑面积651.244 m2计算，需要安装功率2.5 kW电压220 V 7264-5FJER型电暖器共52台。该方案主要基建工程量见表2。

经计算，该方案估算投资为46.01×104元。

2.2.3 方案三

该方案设计已建2号注配间、3号注配间以及4号注配间保持原来的电采暖方式，将已建生活点及水质站（含1号注配间）由原来热水采暖方式改为热泵采暖方式。

该方案充分利用已建生活点及水质站（含1号注配间）站外热水管网及室内散热器，将已建锅炉房内2台燃煤蒸汽锅炉及除尘间鼓风设备拆除，重新在除尘间内安装热泵机组2台（运一备一），锅炉间作为无名岛职工活动室。

表2 改造设计方案二主要基建工程量

根据已建生活点、水质站（含1号注配间）及锅炉房合计建筑面积900 m2计算，需要安装LSBLGRG-150 kW热泵机组2台（在线备用1台），单台尺寸为长×宽×高=2910 mm×1100 mm×1420 mm，输入电机功率34.7 kW，热泵机组输出功率150 kW；输入低品位热源（地下水）温度7～15℃，输出高品位热源温度最高60～65℃。热泵机组中间介质采用氟里昂R134a。该方案主要基建工程量见表3。

表3 改造设计方案三主要基建工程量

经计算，该方案估算投资为101.02×104元。

2.2.4 方案四

该方案设计已建2号注配间、3号注配间以及4号注配间保持原来的电采暖方式，将已建生活点及水质站（含1号注配间）由原来热水采暖方式改为电磁热泵采暖方式。

该方案充分利用已建生活点及水质站（含1号注配间）站外热水管网及室内散热器，将已建锅炉房内2台燃煤蒸汽锅炉及除尘间鼓风设备拆除，重新在除尘间内安装电磁热泵2台（运一备一），锅炉间作为无名岛职工活动室。

根据已建生活点、水质站（含1号注配间）及锅炉房合计建筑面积900 m2计算，需要安装DCGN-NX-100 kW电磁热泵2台（在线备用一台），单台尺寸为长×宽×高=800 mm×700 mm×1520 mm，输入电机功率100 kW，电压等级380 V。该方案主要基建工程量见表4。经计算，该方案估算投资为83.6×104元。

表4 改造设计方案四主要基建工程量

2.2.5 方案五

该方案设计已建2号注配间、3号注配间以及4号注配间保持原来的电采暖方式，将已建生活点及水质站（含1号注配间）由原来热水采暖方式改为电磁采暖方式。

该方案设计建筑采暖由方案四的集中采暖方式改为分散采暖方式，在生活点、水质站（含1号注配间）以及锅炉房分别安装电磁热泵，实现对采暖循环水的加热目的。

根据已建生活点、水质站（含1号注配间）及锅炉房建筑面积计算，生活点需要安装DCGN-Y-30 kW型电磁热泵2台（运一备一）；水质站（含1号注配间）需要安装DCGN-Y-40 kW型电磁热泵2台（运一备一）；锅炉房需要安装DCGN-Y-30 kW型电磁热泵2台（运一备一）。

将已建锅炉房内两台燃煤蒸汽锅炉及除尘间鼓风设备拆除，重新在除尘间内安装DCGN-Y-30 kW型电磁热泵2台（运一备一），锅炉间作为无名岛职工活动室。该方案主要基建工程量见表5。

经计算，该方案估算投资为86.77×104元。

表5 改造设计方案五主要基建工程量

2.3 改造设计方案分析与比较

2.3.1 运行费用比较

无名岛区块厂房采暖改造工程各方案概算投资与年运行成本的计算：采暖期按照180 d，煤炭价格按照560元/t，电价按照0.55元/kWh计算，不考虑人员成本。各方案概算投资及运行费用比较见表6。

2.3.2 方案综合比较

只考虑生活点、水质站及锅炉房采暖时，方案三一次性投资最高，方案五分散电磁热泵采暖次之，方案一更换小型锅炉及安装全自动软化水装置一次性投资最低。从运行成本上分析，方案一运行成本最低，方案三热泵采暖次之，方案四及方案五较高，方案二采用电采暖方式电力运行费最高。

2.3.3 效果

该项工程改造投产后，从根本上解决了原先采用2台较大燃煤蒸汽锅炉采暖存在的问题，而且该方案与电采暖方式比较，年可节约生产运行成本24.46×104元，节能降耗效果比较明显。

3 结论及认识

通过以上比较与分析，按照目前各种燃料价格及国家节能减排任务指标，可以得出以下结论：

表6 各方案概算投资及运行费用比较

1）油田建筑采暖方式应从实际情况出发，不能采用一刀切的方式，应根据采暖规模、可依托条件等，在考虑经济效益的同时兼顾社会效益，即生产运行成本、安全环保以及节能减排应进行综合分析与评价，合理选择建筑采暖方式。

2）针对油田自身的特点，在采暖规模较大、天然气比较丰富而且煤炭销售地点距离采暖地点较远的情况下，应优先采用燃气锅炉采暖方式。

3）在采暖规模较小、天然气比较缺乏而且煤炭销售地点距离采暖地点较近的情况下，应优先采用燃煤锅炉采暖方式。

4）在可依托条件较差的情况下，新建产能区块中的注配间、配水间等可以采用电采暖方式。

5）热泵采暖方式一次性投资较高，而且在运行期间需要消耗部分电能，与燃煤和燃气锅炉采暖比较，运行成本较高，目前应该谨慎采用，该项技术还需要进行深入研究。

6）地源热泵及太阳能采暖方式虽然是21世纪最有效的绿色环保技术，但是这种采暖方式局限性太强。为了不影响正常生产和生活，应根据本地区特点并结合其他采暖方式小范围采纳。

总之，目前我国建筑采暖方式还是以传统的锅炉采暖方式为主，其余采暖方式为辅。虽然我国能源储量特别是煤炭资源相对较为丰富，但是人均可分配资源较少，而且一次性能源具有不可再生性。因此在21世纪我们应继续加大科技攻关力度，节约能源，降低燃料消耗，突破新的绿色环保采暖方式瓶颈技术，为我国单位GDP能耗指标下降做出贡献。

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2]敬仕超.物理学导论[M].成都:成都科技大学出版社,1999.

[3]林肇信.环境保护概论[M].北京:高等教育出版社,1999.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.01.015

曹晓毛，2002年毕业于西安科技学院采矿工程专业，工程师，从事地面建设工程规划设计，E-mail：abccxm2001@sina.com，地址：黑龙江省大庆头台油田开发有限责任公司工程管理中心，166512。

2011-11-15）