Sustainable Energy 可持续能源, 2024, 9(2), 27-32
Published Online April 2024 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/se https://doi.org/10.12677/se.2024.92004
Contrastive Study on Wastewater Waste Heat Utilization System in Oilfield
Xinfeng Guo1,2, Jiaguo Hu1,2
12
ththth
Received: Jun. 6, 2024; accepted: Jun. 20, 2024; published: Jun. 28, 2024
SINOPEC Star Petroleum Co., Ltd., Beijing
China National Research and Technology Center of Geothermal Energy, Beijing
Abstract
As the oilfield production can produce a large number of available waste heat resources, most of the resources are wasted. In this paper, the energy storage heat pump system is introduced and compared with heat pump system, absorption heat pump system and gas boiler system. The result shows that the energy storage heat pump system can greatly reduce the existing heating system operating costs, and has high energy-saving and emission reduction benefits.
Keywords
Oilfield, Waste Heat, Energy Storage, Heat Pump
油田采油污水余热利用系统对比研究
郭新锋1,2，胡甲国1,2
12
收稿日期：2024年6月6日；录用日期：2024年6月20日；发布日期：2024年6月28日
中国石化集团新星石油有限责任公司，北京
国家地热能源开发利用研究及应用技术推广中心，北京
摘 要
伴随油田生产会产生大量可以利用的余热资源，但是该部分资源大部分被白白浪费。本文引入了蓄能式热泵系统，并与热泵系统、吸收式热泵系统、燃气锅炉系统的经济效益和节能减排效益做了对比分析，得出蓄能式热泵系统可有效利用污水余热，大幅降低现有加热系统的运行费用，并具有很高的节能减排效益。
文章引用: 郭新锋, 胡甲国. 油田采油污水余热利用系统对比研究[J]. 可持续能源, 2024, 9(2): 27-32. DOI: 10.12677/se.2024.92004
郭新锋，胡甲国
关键词
油田，余热，蓄能，热泵
Copyright ? 2024 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
据统计，中国油田采出水总量在几亿立方米以上，常规油田采出水温度为38℃~43℃，稠油油田采出水温度为60℃~65℃，蕴藏着大量的热能资源[1]。油田生产过程消耗大量煤炭、石油、天然气化石能源，是高产能、高耗能的大型企业，随着节能减排工作的持续推进，人们开始注意到油田采油污水中储存着巨大的余热能源。赵达等人研究了地源热泵技术在油田中的应用，采用地源热泵替代原油加热锅炉，通过试验系统运行，节约的能源费用可在4.82年收回地源热泵系统投资，具有较好的经济效益和环保效益[2]。耿建安等人利用蒸汽作为驱动热源，采用吸收式热泵系统提取采油污水中的余热，制取80℃的热水为居民供暖，系统性能系数可达到1.77，年可降低消耗一次能源54% [3]。
本文主要引入了蓄能式热泵系统，通过与热泵系统、吸收式热泵系统及锅炉系统的对比分析，认为蓄能式热泵系统比其他三个系统运行成本更低，节能效果更加明显。
2. 余热利用技术介绍
2.1. 常规热泵加热系统介绍
目前，油田的加热系统主要是采用燃油、燃气、燃煤锅炉，用于加热原油、脱水、伴热及居民供暖，许多研究人员也尝试使用常规热泵系统或吸收式热泵系统替代锅炉系统，流程图如图1所示。污水经过板式换热器为热泵机组提供热源，在热泵机组中通过循环工质的相变换热，将污水中的热量提取出来，制造高温热水，加热需要被加热的介质。
Figure 1. Flow chart of conventional heat pump heating system 图1. 常规热泵加热系统流程图
DOI: 10.12677/se.2024.92004
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可持续能源
郭新锋，胡甲国
压缩式热泵主要由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀组成，通过制冷剂的压缩、冷凝、节流、膨胀四个过程，将污水中的热量源源不断的向高温侧转移。压缩式热泵靠电能驱动，制冷工质一般为有机工质，其经济性指标为性能系数COP [4]。
COP=Qh (1) WQh——热泵机组供出的热量，kW；W——输入的能量，kW。
吸收式热泵机组主要由蒸发器、冷凝器、发生器、吸收器、溶液循环泵等组成，该机组的制冷剂为二元溶液，常用的是溴化锂和氨水溶液，沸点低的为制冷剂，沸点高的为吸收剂。它的驱动热源主要有高温热水、蒸汽、化石能源等，其经济性指标为热力系数ξ [5]。
ζ=φk (2) φg?k——机组提供的热量，kW；?g——机组消耗的热量，kW。
2.2. 蓄能式热泵系统介绍
蓄能式热泵系统主要是基于峰谷电价政策，利用压缩式热泵提取采油污水中的热能，在电价谷电时段热泵全开，边供热边蓄能，在电价峰值阶段，热泵主机关闭，利用所储蓄的能量向用热单位持续供热。系统流程如图2所示。
Figure 2. Flow chart of heat storage heat pump heating system 图2. 蓄能式热泵加热系统流程图
注水经低温热源循环泵1加压，经钛板板式换热器换热后重新回到注水管线，做到只取热不取水，另一侧得到热量的软化水经热泵冷冻泵3进入热泵机组4，热泵机组通过制冷剂的蒸发、压缩、冷凝、节流等环节，将热量传递到冷凝器侧的软化水，制取高温热水。夜间谷电时段内，热泵机组开启，一级泵6、供热二级泵8同时开启，一方面通过换热器9向被加热介质供热，另一方面向蓄能罐5内充水蓄能。白天峰电和尖峰电价时段，低温热源循环泵、热泵机组、热泵冷冻泵、一级泵停止运行，供热二级泵继续运行，利用蓄能罐的水继续提供热量。
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可持续能源
油田采油污水余热利用系统对比研究
