复叠式空气源热泵技术在加热原油上的应用

赵小玲　张冬莹　游　立（江苏油田分公司采油三厂）



复叠式空气源热泵技术在加热原油上的应用

赵小玲张冬莹游立（江苏油田分公司采油三厂）

目前应用于原油加热系统中的空气源热泵技术均为单级式热泵，该热泵技术在环境温度较低的情况下，存在热泵机组适应性差、制热性能低及节能效果差等问题，而单-双级混合复叠式空气源热泵制热系统，可在单级、双级复叠两种制热模式下运行，解决了单级式热泵在运行中的不足，在较低的室外温度下良好的运行，实现节约能源的目的。

复叠式空气源热泵单/双级耐热模式耐热性能系数

单/双级混合复叠式空气源热泵，可根据室外环境温度，在单级、双级复叠两种制热模式之间切换运行。在环境温度较高时，单级运行；在环境温度较低时，双级复叠运行。双级复叠运行时，由中间换热器将2套单级热泵系统有机耦合，低温级从空气中吸收热量，为高温级提供10～20℃的低温热源，高温级制备的热量，供加热原油［1］。单/双级混合复叠式空气源热泵增强了机组对环境温度宽幅变化的适应能力，提高了在较低温度下的运行性能及适应性。

1　工作流程

复叠式空气源热泵机组主要由压缩机、中间蒸发冷凝器（中间换热器）、热力膨胀阀、蒸发器、冷凝器等组成［2］。

图1为单/双级混合复叠式空气源热泵系统流程图。通过电磁阀的启闭实现单级、双级复叠两种制热模式的切换。当室外环境温度较高时，电磁阀6、9开启，电磁阀7、8关闭，机组按单级制热模式运行，仅低温级压缩机1运行；当室外温度较低时，电磁阀7、8开启，电磁阀6、9关闭，机组按双级复叠制热模式运行，低温级压缩机、高温级压缩机同时运行。

2　现场应用

单/双级混合复叠式空气源热泵在江苏油田天33-4井的单井罐集输系统进行了应用。该井位于夏热冬冷气候区域，全年温度范围-5～40℃，冬季气温较低，夏季温度较高，适合采用单/双级混合复叠式空气源热泵。经过调试和试运行，使其工况达到最佳状态，并对该空气源热泵运行情况进行了现场制热性能测试。

图1　单/双级混合复叠空气源热泵系统

罐内原油含水37%，环境温度为3℃左右，量取储罐空高为142 cm，并计算罐内原油液量。2014年2月28日运行空气源热泵，并录取了热泵运行过程中有关参数、数据，现场记录数据见表1，基于当前环境温度，机组为双级复叠式制热运行模式。

空气源热泵的制热性能系数COP值反应了其制热能力，一般为2～5，它等于热泵系统的制热量与输入能耗的比值，在相同工况下，COP值越大，说明空气源热泵的制热效果越好、越节能，计算公式为：

表1　现场测试数据

式中：

COP——制热性能系数，无量纲；

Q——制热量（被加热介质所获得的热量），kWh；

E——输入能耗（消耗的电能），kWh。

根据表1取第二组与第三组数据计算空气源热泵的COP值，罐内原油14.23 t，原油温度由22.7℃，升至27.6℃，消耗电能18 kWh，取原油比热容0.5 kcal/（kg·℃），水的比热容1.0 kcal/（kg ·℃）。由于环境温度较低，考虑储油罐的散热损失，表面积为70.85 m2，热损失传热系数取1.1 W/（m2·℃），测试取散热时间为2 h，取罐内外温差为24.5℃。经过计算，测试出空气源热泵的COP值为3.38，能满足原油加热的需要。

2014年2月至2015年1月共计录取了14次数据，如表2所示，从表中数据计算得知，平均COP值为3.66，节能效果显著。且随着环境温度的升高，空气源热泵的COP值也增大，即制热能力受环境温度影响较明显。

表2　天33-4井空气源热泵应用数据

3　效益分析

根据表2数据可测算出空气源热泵的全年性能系数即COP值为3.66，根据天33-4井年产液量2100 t，平均电价按0.8元/kWh计算，采用空气源热泵比采用电加热棒加热能够节约电费约2.74万元。项目投资10.5万元，投资回收期约为3.8年。

空气能为绿色能源可再生能源，将空气源热泵技术应用于原油加热系统，没有废弃物排放，达到环保要求，热泵性能系数均在2.5以上。

4　结论

1）空气热源泵技术在环境温度-5～40℃的范围内时，热泵的制热系数COP值为2.5～5。

2）该技术可在单井储罐加热系统及其他类似的供热系统中推广应用。

3）该技术可与地源热泵技术、太阳能加热等技术联合使用，应用于拉油点、站库等原油加热集输系统供热。

［1］柴沁虎，马国远.空气源热泵低温适应性研究的现状及进展［J］.能源工程，2002（5）：25-31.

［2］吴业正，朱瑞琪，李新忠，等.制冷与低温技术原理［M］.北京：高等教育出版社，2004：114-115.

严查严防杜绝事故隐患

为切实加强加油站安全管理工作，北京石油将各条地铁上方及沿线加油站列为环保一级重点站，对重点部位增加检测频次，每日对油气回收系统检查不少于三次，检查重点以“一闻、二看、三听、四查”为主，如在卸油、加油过程中，发现油气味重，将及时停止相关作业进行隐患排查，严禁设备带病运行。

胡庆明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.008

2015-07-22）

赵小玲，工程师，2002年毕业于重庆石油高等专科学校，从事油气储运工作，E-mail：zhaoxl1.jsyt@sinopec.com，地址：安徽省天长市同心路采油三厂，239300。