计量间新型采暖技术试验及效果

宋凯旋（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

近年来随着我国创建节约型社会的要求，大庆油田降温集油节能工作逐渐深入，我厂降温集油节能工作也在近年的不断摸索和大力推广基础上，快速发展起来。冬季实施降温集油的井站也逐年增多，我厂在28座站库、507个集油环、2748口油井实施了降温集油。PB地区集油掺水温度已由75℃降至50℃左右。由于掺水温度的降低，计量间已不能满足供热需求，而采用普通电加热板采暖，不但能耗比较高，而且还存在安全隐患。

1 新型采暖技术主要工作原理

1.1 计量间小户型水源热泵

我厂在成功利用Ⅰ联、Ⅲ联污水剩余热量提供采暖的基础上，就如何利用小户型热泵提取油田污水中的热量，加热室内空气，来解决计量间供热负荷不足问题展开了试验探索。开展了利用热泵提取油田污水或井水中的热量2种试验，其工作原理见图1。

图1 小户型水源热泵工作原理图

1.2 小型电热锅炉

小型电热锅炉是采取集中电加热，通过热量差形成对流循环，计量间利用散热器散热的采暖的工艺技术，见图2。

图2 小型电热锅炉工作流程示意图

1.3 液流热能发生器

利用的液流热能发生技术，对计量间的采暖进行改造，使其满足供热要求。液流热能发生器是利用水泵推动水流，水流进入核心组件后，在压力的作用下产生高速旋转运动，随后进入减压区形成断流，并生产蒸汽—气体混合的微小气泡，携带微小气泡的高速运动的水流进入高压区，在压力作用下，微气泡消失，蒸汽凝结，气体压缩，原微气泡中心的温度急剧上升。液体在液流热能发生器中经过速度与压力变化，在旋转运动中被加热，不使用电加热元件，即依靠点击带动水泵使高速运动的液体经过热能发生器形成空穴效应，通过产生的微颗粒汽泡破碎裂释能机理，实现热能转换。

2 现场试验及效果

2.1 计量间小户型水源热泵

2011年3月15日在PB204计量间实施利用油田污水的水源热泵供暖方案，将油田污水管道与热泵主机热源侧进水管连接，热泵主机功率为1.1kW。

2011年3月17日，油田42℃污水进入空调机换热器，空调机运行正常，制冷、制热转换自如，并分别以29℃、25℃、23℃、22℃和20℃的设定室温，供暖运行11d，效果良好，见表1。

表1 小户型水源热泵调试运行正常后耗电

即该设备3月份在运行74.33h内耗电47.4kWh，实际运行功率为0.638kW。

2011年3月30日，由于空调机热源水中断，导致板式换热器冻裂，油田污水进入压缩机内，造成压缩机因短路烧毁。直接利用油田污水的水源热泵供暖方案试验结束。

试验结论水源热泵在采取变量温度的油田污水做为供热源时，需通过采取控制污水流量的方式来维持供需温度的平衡。

考虑要解决控制污水流量来维持热泵供需温度的平衡及油田污水中硫化物对热泵换热器具有强腐蚀性的问题，采取了在污水和空调机之间，加装换热器的方式解决腐蚀问题；在污水管道和换热器之间加装电磁阀门，用来控制污水流量，以达到自动为热泵提供恒定温度的热源水。4月9日，经过改进的间接利用油田污水的水源热泵供暖在204计量间安装试验。其工作流程如图3所示。

图3 污水侧间接利用油田污水的水源热泵供暖示意图

通过现场实际应用空调系统运行的稳定性，完全依赖于电磁阀的可靠性。为了降低系统对电磁阀的稳定依赖性，用0.6MPa小型电磁阀门取代2.0 MPa电磁阀门，由控制污水侧热源水流量，改变为控制换热后的热源水流量。5月13日，经过改进的污水侧利用油田污水的水源热泵供暖在204计量间安装试验。

设备10月份在运行92h内耗电32.8kWh，实际运行功率为0.537kW，见表2。

表2 小户型水源热泵调试运行正常后耗电

试验结论是：由于压力、水温、洁净度等指标，较油田污水容易控制，大大提高了空调系统运行的稳定性，可以作为独立的供暖设备使用。

探索热泵可利用热源的范围，4月22日在105计量间开展了利用原有地下水井单井提水回灌式的水源热泵供暖试验。试验安装完成1.1kW户式水——水热泵主机一台及断流保护器、温控器、无声循环水泵、柜式风机盘管等全部配套设备。

试验结论：由于原有水井井管直径与实际不相符，井下12m为DN32PE管，回水管无法插到井底，致使循环水温度不能满足热泵主机的需要，试验无法按预定计划完成。

为确保地下水能为热泵提供所需的热量，采取了以原有水井为提水井，另外钻口回水井的水源热泵供暖试验。4月26日在PB105计量间开展了水井提水回灌式的水源热泵供暖试验，见图4。

图4 水井提水回灌式的水源热泵供暖示意图

该试验运行3d后，回水井回水外溢，经查实认为是地质原因无法回水，致使潜水泵产生大量气泡，将回水顶出。试验结论是：由于地质条件不适合回水，在PB地区，采用提水回灌式的水源热泵供暖方案不可靠。

探索计量间热泵所需的稳定热源，经过计算论证采取了地埋换热器的水源热泵供暖试验，保留原有采暖系统见图5。

图5 地埋换热器的水源热泵供暖示意图

该项试验于2011年5月11日正式投运，从5月13日到5月15日记录的数据可以看出，在室内设定24℃条件下，设备运行的实际功率为1.05kW见表3。5月16日起，转换为地下换热器、风机盘管、循环水泵供冷循环模式，室内设定温度18℃，运行2h，每小时耗电0.15kWh。

表3 小户型水源热泵调试运行正常后供热运行耗电

试验结论是：地埋换热器作为水源热泵空调机的热源提供方式，克服了取水难、回不去水、换热部分腐蚀等问题，能够稳定可靠运行，可以不用压缩机作直接供冷运行。

2.2 小型电热锅炉

2011年4月5日在PB604计量间拆除原计量间采暖系统，安装完成小型自动电锅炉及配套工艺，设备额定功率为7kW，见表4。

表4 小型自动电锅炉运行正常后运行耗电

即该设备4月份在运行42h内耗电81.9kWh，实际运行功率为1.95kW；10月份在运行167h内耗电442kWh，实际运行功率为2.65kW。

2.3 液流热能发生器

2011年4月12日在PB104计量间应用一台5.5 kW的液流热能发生器，仍利用计量间值班室原采暖设施见表5。

即该设备在42.16h内耗电68kWh，实际运行功率为1.61kW。

表5 液流热能发生器运行正常后运行耗电

3 经济效果对比

对3种新型采暖技术进行了经济性比较，各方案均使室温达到22℃，使用年限均为10a，电费0.5142元/kWh，每年运行180d。进行寿命周期成本比较，成本最低者为优。寿命周期成本净现值=投资+（年维护费用+年运行费用），见表6。

表6 三种采暖技术按寿命周期成本对比

采用动态评价，考虑资金的时间价值，取折现率为10%，寿命周期成本净现值=投资+（年维护费用+年运行费用）（P/A，I，n）， （P/A，I，n）=[(1+10%)^10-1]/[10%(1+10%)^10]=6.145，见表7。

表7 三种采暖技术按动态评价对比

从表6、表7可以看出，无论从静态还是动态评价，热泵寿命周期成本都是最低的。

若按厂降温集油模式计算（站辖油井50口，计量间5座，单井掺水量0.5m3/h，掺水温度从65℃降为55℃），当年至少可节省费用5.3万元。

4 结论

若按我厂单管不加热集油模式计算（站辖油井50口，计量间5座，单井掺水量0.5m3/h），当年可节省天然气费用25.875万元，电费4.15万元。

1）3种新型采暖技术均能满足降温后计量间采暖温度需要，设备均有按设定温度自动起停，操作简单，控制方便等功能。对于缺气区块或停掺计量间均有一定的适用性。

2）仍保留原有采暖系统的地埋换热器型水源热泵具有适应现场条件能力强、占地小、运行能耗低及可制冷等优点，具有很好的推广价值。