CN100578118C

CN100578118C - 油田采出水热泵工艺

Info

Publication number: CN100578118C
Application number: CN200810139287A
Authority: CN
Inventors: 张洪山; 廉庆存; 周立超; 甄然; 王培军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2028-08-26
Also published as: CN101344348A

Abstract

本发明涉及一种油田采出水热泵用于加热外输原油、原油脱水、供暖的油田采出水热泵工艺。其技术方案是：将油田采出水由污水罐送入采出水沸腾换热器的管程，油田采出水放热降温后进入采出水外排泵站管线，吸热汽化后进入热泵工质蒸发器的壳程，放出热量凝结成液体后流回采出水沸腾换热器的壳程，将蒸汽送至压缩机增压升温后经管道送至工质冷凝器壳程放热凝结成为液体，至节流阀降压后送入热泵工质蒸发器管程；工质冷凝器管程走需要加热的原油或供暖循环水，吸收热泵工质冷凝器所放出的热量，达到所需温度后外输。有益效果是：减少了燃料的消耗，没有废气排放；解决了油田采出水热能应用中的防腐防垢和传热温差大的问题，提高了热泵的COP。

Description

油田采出水热泵工艺

一、技术领域：

本发明涉及一种低品位热能利用的工艺，特别涉及一种油田采出水热泵用于加热外输原油、原油脱水、供暖的油田采出水热泵工艺。

二、背景技术：

我国能源消费以煤和石油为主，环境问题日益突出，是世界第二大能源消费国。造成的烟尘和二氧化硫排放量，分别占全国总排放量的70％和90％，二氧化硫排放形成的酸雨面积已占国土面积的三分之一。

发改委要求加强陆上石油天然气工业在勘探、开发、生产、建设中的节能科技和节能理论、方法的研究。降低油气处理过程中的能耗，简化油气处理的工艺流程，尽量采用多功能合一的高效节能处理设备，建设油田联合处理站。研究采用高效污水处理方法，回收污水中的原油，回注合格的净化水；推广热泵技术回收油田采出水的低温热量。我国有大量的分离原油后的采出水回注，出站前温度50～60℃，仅胜利油田就3亿吨/年；由此可见，我国油田采出水的低位热回收潜力巨大。相当多的采出水的余热被排放到大气中，即造成热污染又浪费资源。人们一直在关注着如何回收利用这部分热能来为油田的生产和生活服务，同时解决因生产工艺或生活设施燃烧原油或天然气造成的污染问题(同时因为原油属于稀缺资源，因此有必要节约使用)。这部分热能的特点是品位比较低，利用热泵来提高其温度，可以节约大量的天燃气和原油。一方面，随着油田的开发进入中后期，油井的含油污水水量越来越大；另一方面，冬季联合站、采油队大量的建筑物需要供暖。目前联合站和采油队供热主要形式是采用燃气锅炉供暖，这种形式的能量利用方式实际是采用燃烧高品位能源获得低品位热能，能源效率较低，这种加热炉的能源利用热效率在80％左右火用效率仅在30％左右。基于上述考虑，采用压缩式热泵的形式应用于采出水废热回收利用和原油加热、原油脱水及供暖是一个必须解决的课题。

近几年来，大庆、胜利、中原等油田都进行了油田采出水热泵供暖或原油外输加热的试验及应用，两年来的实践证明，采用高温工质的热泵，被加热原油或水温度可以达到80℃，最高可以达到95℃，同时还具有比较高的能效比。但也暴露出一些问题：1、目前采用的中温热泵达不到原油脱水和原油外输工艺要求的温度80℃；2、为保护热泵蒸发器而使用的采出水——清水换热器结垢严重；3、采出水——清水换热器的使用，多了一级温差，使得进入热泵蒸发器的温度仅有35——42℃，比采出水温度降低了6——10℃；4、采出水——清水换热流程需要水泵长期运行，且需有相应的补水系；5、采用水源热泵的热水加热原油，使用油——高温清水换热器使得原油最终达到的温度比冷凝器中高温清水出口降低了6——10℃；6、冷凝器与油-高温清水换热器流程需要水泵长期运行。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种油田采出水热泵工艺，其环保、节能、运行压力低、系统相对简单、可靠、能效比高、原油出口(或供暖水)温度高，不需要补热炉、运行费用低、耐腐蚀、结垢少、可稳定提供原油外输加热或供暖热源。

其技术方案是：包括以下步骤：将油田采出水由污水罐(一般出罐表压为0.06MPa)送入采出水沸腾换热器的管程，油田采出水放热降温后进入采出水外排泵站管线：采出水沸腾换热器的壳程中充满低沸点工质，吸热汽化后进入热泵工质蒸发器的壳程，放出热量凝结成液体后流回采出水沸腾换热器的壳程：热泵工质蒸发器管内是热泵工质，吸热汽化后变为蒸汽，用管道将蒸汽送至压缩机增压升温后经管道送至工质冷凝器壳程放热凝结成为液体，经管道至节流阀降压后送入热泵工质蒸发器管程吸热汽化；工质冷凝器管程走需要加热的原油或供暖循环水，吸收热泵工质冷凝器所放出的热量，达到生产工艺所需温度后离开工质冷凝器外输。

上述的采出水沸腾换热器采用石墨管或塑料管作为基本换热部件，与热泵工质蒸发器组成了一个与热管相同机理的相变高效换热装置。

采用上述工艺流程后，利用油田联合站油水分离后产生的油田采出水低品位热能和压缩机(该压缩机可用天然气发动机或电机驱动)，能实现将外输原油(或脱水原油)由50℃加热到82℃。本发明的热源是油田采出水，其站内温度、流量稳定，是一种理想的热源。本发明所用设备除采出水沸腾换热器要求防腐、防垢外，其它换热器、阀门、均属通用设备。

本发明的有益效果是：该工艺利用油田采出水为热源制热为供暖或外输原油加热提供所需的热能，能使油田采出水低品位热能得到高效利用，具有明显的节能效果，与常规的原油加热炉相比，减少了燃料的消耗，没有废气排放；非金属换热器与金属换热器组合的相变高效换热装置，解决了油田采出水热能应用中的防腐防垢和传热温差大的问题，提高了热泵的COP。

四、附图说明：

附图1是本发明的流程示意图。

五、具体实施方式：

结合附图1，对本发明作进一步的描述，包括以下步骤：将油田采出水由污水罐(一般出罐表压为0.06MPa)，送入采出水沸腾换热器1的管程，油田采出水放热降温后进入采出水外排泵站管线：采出水沸腾换热器1的壳程中充满低沸点工质，吸热汽化后进入热泵工质蒸发器2的壳程，放出热量凝结成液体后流回采出水沸腾换热器1的壳程：热泵工质蒸发器2管内是热泵工质，吸热汽化后变为蒸汽，用管道将蒸汽送至压缩机3增压升温后；经管道送至工质冷凝器4壳程放热凝结成为液体，经管道至节流阀5降压后送入热泵工质蒸发器2管程吸热汽化；工质冷凝器4管程走需要加热的原油或供暖循环水，吸收热泵工质冷凝器所放出的热量，达到生产工艺所需温度后离开工质冷凝器4外输。

鉴于此，本发明的先进性在于：1、采用高温热泵(清华大学研制的HTR01”和“HTR02”的工质、上海交通大学研制的混合工质R22/R141b、天津大学研制的R22/R142b/R21和R290/R600a/R123等混合工质)使冷凝器凝结温度达到80——110℃以满足原油脱水和原油外输或供暖的工艺要求；2、采用石墨或塑料材质的采出水沸腾换热器，以达到少结垢甚至不结垢的效果；3、采用采出水沸腾换热器和热泵蒸发器组成的工质相变高效传热装置，使热泵蒸发器的温度达40——50℃；4、采出水沸腾换热器和热泵蒸发器组成的工质相变传热装置不需要水泵，靠工质汽、液密度差循环运行；5、原油直接进入特制的热泵冷凝器，以减少中间设备和传热温差；6、原油直接进入热泵冷凝器，省去了冷凝器与油——高温清水换热器流程需要的水泵。使原油加热热泵系统设备大大简化，运行功率和费用降低。

Claims

1、一种油田采出水热泵工艺，其特征是包括以下步骤：

将油田采出水由污水罐送入采出水沸腾换热器(1)的管程，油田采出水放热降温后进入采出水外排泵站管线：采出水沸腾换热器(1)的壳程中充满低沸点工质，吸热汽化后进入热泵工质蒸发器(2)的壳程，放出热量凝结成液体后流回采出水沸腾换热器(1)的壳程：热泵工质蒸发器(2)管内是热泵工质，吸热汽化后变为蒸汽，用管道将蒸汽送至压缩机(3)增压升温后经管道送至工质冷凝器(4)壳程放热凝结成为液体，经管道至节流阀(5)降压后送入热泵工质蒸发器(2)管程吸热汽化；工质冷凝器(4)管程走需要加热的原油或供暖循环水，吸收热泵工质冷凝器所放出的热量，达到生产工艺所需温度后离开工质冷凝器(4)外输。

2、根据权利要求1所述的油田采出水热泵工艺，其特征是：所述的采出水沸腾换热器(1)采用石墨管或塑料管作为基本换热部件，与热泵工质蒸发器(2)组成了一个与热管相同机理的相变高效换热装置。