技术创新ｉ ３５ 空气源热泵加热原油技术及应用 ◇中石化江苏石油工程设计有限公司刘淑亭 空气源热泵在原油生产中的应用已经逐步成熟。空气源 热泵利用空气能，属于绿色环保资源，热泵供热系统运行稳 定，节能效果显著，应用前景广泛。 １前言 油田进入了高含水开采阶段，按照常规的生产模式进行生 产，地面集输系统所需供热负荷逐渐增多，节能降耗成为油田 生产效益的重要体现，目前，在采油三厂边远区块，油井电加热 罐９０座，其中利用太阳能、电加热复合供热的有１５座，其余全 为电加热供热，原油加热消耗的电力费用每年约４００万元。太阳 集热系统节能降耗效益显著，但是受天气的影响较大，在晚 问、阴雨天太阳辐射不强时，仍依赖于电加热器供热。近年 来，空气源热泵系统运行稳定性较高，降低了电加热器的使用 率，节能降耗优于传统热水炉，空气源热泵利用空气能，属于 绿色环保资源，满足油田清洁能源的要求。 空气源热泵技术在原油供热系统中应用越来越广泛，目前 应用的单级式空气源热泵在环境温度较低时适应性差、制热效 果较差。为解决这个问题，提出一种适合寒冷地区特点的单／双 级混合复叠式空气源热泵系统，该系统可在单级制热、双级复 叠制热两种模式下切换运行，机组能在冬季较低的温度下节能 运行，目前该技术已在安徽采油厂多个单井拉油点实验成功， 运行稳定，节能效果显著。 ２空气源热泵技术及成效 根据油田特殊的使用条件，空气源热泵为单井储油罐内原 油加热，满足环境温度在一ｌ０℃一４Ｏ℃范围内，储油箱内原油 温度需达Ｎ５ｏ℃左右。单／双级复叠式空气源热泵可根据环境温 度、工艺对油温需求控制单级制热与双级复叠制热两种工况的 切换，弥补了单级式空气源热泵在温度低时适应性差，制热效 果不好的问题。 一 图１单／双级混合复叠空气源热泵样机系统图 如图ｌ所示，当气温高于１０℃时，仅ｌ｝｝压缩机单级运行，制 冷剂循环过程是：由压缩机排出的高压过热蒸气进入储油罐换 热器放热，被冷凝成高压过冷液体后，经热力膨胀阀的节流膨 胀作用成为低压的气液两相混合物，进入翅片式蒸发器，蒸发 吸收空气中的热量成为低压过热蒸气，经气液分离器回ＮＩ＃压 缩机的吸气侧，由压缩机做功后再成为高压过热蒸气。如此循 环，储油罐换热器不断换热加热原油，直至原油温度达到工艺 要求。 当室外温度低于ｌ０℃时，ｌ挣压缩机和２ 缩机复叠压缩运 行，制冷剂循环过程是：１＃压缩机排出的高温过热蒸气进入中 间换热器，被冷凝为高压过冷液体后，经热力膨胀阀的节流膨 胀作用成为低压的气液两相混合物，进入翅片式蒸发器，蒸发 吸收空气中的热量成为低压过热蒸气，经气液分离器回￣ｔＪｌ＃压 缩机的吸气侧，由压缩机做功成为高压过热蒸气，如此周而复 始；２＃压缩机排出的高压过热蒸气进入储油罐换热器放热，被 冷凝为高压过冷液体，经由热力膨胀阀的节流膨胀作用成为低 压的气液两相混合物，进入中间换热器，蒸发吸收热量成低压 过热蒸气，后回到２＃压缩机的吸气侧，通过压缩机做功成为高 压过热蒸气。如此循环，储油罐换热器换热不断加热原油，直 至原油温度达到工艺要求。 单／双级复叠式空气源热泵已在天３３—４井场得以应用，在 ２０１４年２月至２０１５年１月期间共计录取了１４次数据，如表１所示， 从表中数据计算得知，平均ＣＯＰ值为３．６６，节能效果显著。 日期 油箱温 环境温 含水（％） 电袁读数 Ｃ０Ｐ 度（℃Ｊ 度（℃） ３０ ２ ４９０９ ２Ｏ１４ ２ ２ ｌ ００ ２ ５９ ５Ｏ８８ ２ ２８ １ ００ ３ ３８ ２ ９ １ ５４２ ３ ２ ３ ９ ３０４ ３９ ４ ７ ５ １ ３１４２ ４０ ５ １９ １ ３２ ２３ ９ １１ ２０ ９ ３９ ４ ３１ １４１６４ ２ ３ １ ５８０４ ４ ５ ９ １ ２ ｌ６ ４ ８ ４０ ２．９ ３ ２０ｄ ７ ７ ２０１ ５ １ ９ ２ ２ ２ ０ ３９ ２１８ ３６ ２ ７ ５ 表１ 根据数据可测算出空气源热泵的全年性能系数即ｃ０Ｐ值为 ３．６６，依照天３３—４井年产液量２１００ ｔ，平均电价０．８￣ＪｋＷｈ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。 ３推广应用 单／双级复叠式空气源热泵适合全天候运行，克服了单级式 空气源热泵在冬季气温较低时制热效率不高的问题，其制热系 数ＣＯＰ值为２．５ ５，节能效果显著，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。单／双级复叠式空气源热 泵技术也可与地源热泵技术、太阳能加热技术联合使用，应用 于油田集输系统供热，如拉油点、站库等的原油加热，应用前 景非常广泛。
