CN103075805A - 油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统 - Google Patents

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一种油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，包括热泵系统和水套炉加热系统，热泵系统包括设在水套炉壳体内上部的冷凝室、原油二级加热盘管、中部的稀溶液喷淋管、左下部的稀溶液换热管、下部的蒸汽发生室和浓溶液与稀溶液的换热室，油田污水换热器内下部的冷凝液蒸发室、上部的蒸汽吸收室，水套炉壳体和油田污水换热器之间的浓溶液循环泵、稀溶液循环泵、冷凝液循环泵，油田污水换热器内上部的原油一级加热盘管、油田污水换热器内下部的污水换热盘管、油田污水换热器内的蒸汽吸收室上部的稀溶液喷淋管、稀溶液喷淋管上部的浓溶液喷淋管、污水换热盘管上面的冷凝液喷淋管，水套炉系统包括火筒、烟囱和燃烧器。

Description

油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统
技术领域
本发明是一种油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，主要用于油田生产原油加热及与之相关的油田节能领域。
背景技术
大庆油田、胜利油田等大型油田经过多年开采已进入高含水期，产出的含油污水总量较大，其温度约为45℃～65℃，蕴含有丰富的余热资源。从目前油田的生产情况来看，这些低温污水大部分未能被充分利用，仅用于回注或者排放掉，污水中的热量白白散入大气中。同时，油田还需采用锅炉系统为原油输送及原油脱水提供大量热源。如何实现油田污水余热回收利用，并降低油田锅炉能源消耗成为节能减排的重要目标。
热泵是一种从低温源取出热量并传送到高温源的设备，它可将属于低温范围的环境热量及工业余热转变为有用的能量，并提供给室内供暖或某些工艺过程。目前国内外水源热泵在工业领域主要用于油田原油加热或工业废水和城市污水的余热回收。随着热泵的成熟和普及，热泵以其回收低温废热、节约能源等特点得到了广泛应用。利用油田污水余热给原油加热是一种既环保又节能的最好途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，解决油田污水余热回收加热原油及给其他生产生活环节提供热源的问题。
本发明包括热泵系统和水套炉加热系统，其特征在于热泵系统包括设在水套炉壳体内上部的冷凝室（3）下部的蒸汽发生室（8）和浓溶液与稀溶液的换热室（11），设在油田污水换热器（23）内下部的冷凝液蒸发室（22）、上部的蒸汽吸收室（16），设在水套炉壳体（1）和油田污水换热器（23）之间的浓溶液循环泵（14）、稀溶液循环泵（20）、冷凝液循环泵（21），设在油田污水换热器（23）内上部的原油一级加热盘管（15）设在水套炉（1）上部的原油二级加热盘管（2）、设在油田污水换热器（23）内下部的污水换热盘管（24）、设在水套炉壳体内左下部的与稀溶液循环泵（20）出口相连的稀溶液换热管（10）、设在水套炉壳体内中部的与稀溶液换热盘管（10）相连的稀溶液喷淋管（4）和设在油田污水换热器（23）内的蒸汽吸收室（16）上部且与稀溶液循环泵（20）出口相连的稀溶液喷淋管(18)、设在稀溶液喷淋管（18）上部的且与浓溶液循环泵（14）出口相连的浓溶液喷淋管（17）、设在污水换热盘管（25）上面的且与冷凝液循环泵（21）出口相连的冷凝液喷淋管（26）、设在冷凝液喷淋管（26）上面的且与冷凝室（3）底部相连的冷凝液喷淋管（27）；水套炉加热系统包括水套炉壳体（1）、设在水套炉壳体内底中左侧的溢流堰板（9）、水平设在溢流堰板右侧的且伸出水套炉壳体外的U型火筒（7）、设在火筒末端的烟囱（5）和设在火筒始端的燃烧器（6）；冷凝室（3）、浓溶液与稀溶液换热室（11）、蒸汽吸收室（16）各自一侧设有液位传感器（LT）。
浓溶液循环泵（14）进口通过连接管与浓溶液与稀溶液的换热室（11）底部相连，在连接管上设有流量调节阀，流量调节阀的信号线与浓溶液与稀溶液换热室（11）上的液位传感器相联。
稀溶液循环泵（20）进口与蒸汽吸收室（16）底部相连，在稀溶液循环泵出口与稀溶液换热盘管（10）的连接管上设有一个流量调节阀（19），流量调节阀的信号线与蒸汽吸收室（16）上的液位传感器（LT）相联。
冷凝液循环泵（21）的进口与污水换热室（22）底部相联。
在冷凝室（3）与冷凝液喷淋管（27）连接管路上设有流量调节阀（13）流量调节阀（13）的信号线与冷凝室（3）上的液位传感器相联。
水套炉和油田污水换热器设为具有相对真空度的卧式圆筒形容器。
冷凝室和蒸汽吸收室各设为长条形，上面开口，下面封底，左右两侧封板和封底的边沿各自焊在水套炉壳体和油田污水换热器上。
原油一级加热盘管水平设在蒸汽吸收室中下部，原油二级加热盘管水平设在冷凝室中下部。
本发明将水套炉加热系统与热泵系统有机结合一体，充分回收了油田污水的热能，为原油加热和其他生产生活环节提供足够的热源，从而节省了大量燃料，减少了对环境的污染，对节能减排，对推动低碳经济发展战略具有显著作用。
附图说明
图1-本发明的结构示意图；
图中1-水套炉壳体，2-二级原油加热盘管，3-冷凝室，4-稀溶液喷淋管，5-烟囱，6-燃烧器，7-火筒，8-蒸汽发生室，9-溢流堰板，10-稀溶液换热盘管，11-浓溶液与稀溶液换热室，12-流量调节阀，13-流量调节阀；14-浓溶液循环泵，15-原油一级加热盘管，16-蒸汽吸收室，17-浓溶液喷淋管，18-稀溶液喷淋管，19-流量调节阀，20-稀溶液循环泵，21-冷凝液循环泵，22-冷凝液蒸发室，23-油田污水换热器，24-污水盘管，25-污水盘管控制阀，26、27-冷凝液喷淋管，28-原油一级加热盘管控制阀，LT-液位传感器。
具体实施方式
为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过具体实施例作详细说明：
本发明包括热泵系统和水套炉加热系统，其特征在于热泵系统包括设在水套炉壳体内上部的冷凝室（3）下部的蒸汽发生室（8）和浓溶液与稀溶液的换热室（11），设在油田污水换热器（23）内下部的冷凝液蒸发室（22）、上部的蒸汽吸收室（16），设在水套炉壳体（1）和油田污水换热器（23）之间的浓溶液循环泵（14）、稀溶液循环泵（20）、冷凝液循环泵（21），设在油田污水换热器（23）内上部的原油一级加热盘管（15）设在水套炉（1）上部的原油二级加热盘管（2）、设在油田污水换热器（23）内下部的污水换热盘管（24）、设在水套炉壳体内左下部的与稀溶液循环泵（20）出口相连的稀溶液换热管（10）、设在水套炉壳体内中部的与稀溶液换热盘管（10）相连的稀溶液喷淋管（4）和设在油田污水换热器（23）内的蒸汽吸收室（16）上部且与稀溶液循环泵（20）出口相连的稀溶液喷淋管(18)、设在稀溶液喷淋管（18）上部的且与浓溶液循环泵（14）出口相连的浓溶液喷淋管（17）、设在污水换热盘管（25）上面的且与冷凝液循环泵（21）出口相连的冷凝液喷淋管（26）、设在冷凝液喷淋管（26）上面的且与冷凝室（3）底部相连的冷凝液喷淋管（27）；水套炉加热系统包括水套炉壳体（1）、设在水套炉壳体内底中左侧的溢流堰板（9）、水平设在溢流堰板右侧的且伸出水套炉壳体外的U型火筒（7）、设在火筒末端的烟囱（5）和设在火筒始端的燃烧器（6）；冷凝室（3）、浓溶液与稀溶液换热室（11）、蒸汽吸收室（16）各自一侧设有液位传感器（LT）。
本发明的工作过程：
热泵系统采用清洁水为冷凝剂，LiBr溶液为吸收剂，进行了水及LiBr溶液的分别循环。
水循环：水套炉1中，通过火筒对蒸汽发生室8内的LiBr稀溶液进行加热，使其温度升高汽化，水蒸汽上升至冷凝室3，被温度较低的原油二级加热盘管吸热冷凝，产生冷凝水后经冷凝水喷淋管27喷淋至油田污水换热器23下部的冷凝液蒸发室22内。在此，冷凝水被污水盘管24内相对温度较高的油田污水加热，由于该室内有一定真空度，冷凝水受热后变为水蒸汽。水蒸汽上升至油田污水换热器23上部的蒸汽吸收室16中，被LiBr浓溶液吸收，同时被稀溶液循环泵20和稀溶液喷淋管18送至水套炉1中蒸汽发生室8，完成水循环。
LiBr溶液循环：蒸汽吸收室16中的LiBr浓溶液吸收水蒸汽后，浓度降低，变为稀溶液。LiBr稀溶液通过稀溶液循环泵20被送至蒸汽发生室8。在该室加热炉火筒的作用下，溶液中的水汽化，溶液浓度升高。由于LiBr溶液对水分的吸收能力随着温度的降低而升高，且此时浓溶液温度较高，且经溢流堰板9进入与稀溶液换热室11中与来自蒸汽吸收室16的低温稀溶液通过溶液换热盘管10进行换热，一方面有利于降低浓溶液温度，提升其吸收能力，另一方面可以对即将稀溶液喷淋管4喷淋至蒸汽发生室8的稀溶液进行预加热。降低了温度的LiBr浓溶液经过浓溶液循环泵14和浓溶液喷淋管17被送入蒸汽吸收室16中，对来自冷凝液蒸发室22的水蒸汽进行吸收放热给一级原油加热盘管15内的原油加热，完成溶液循环。
本发明的工作原理：
油田污水的温度一般为45～65℃。通过污水盘管24进入油田污水换热器23内的冷凝液蒸发室22中，利用油田污水对冷凝室的冷凝水进行加热，使之变为水蒸汽。
冷凝水蒸发室23中产生的水蒸汽上升至蒸汽吸收室16。蒸发吸收室中采用极易吸收水、化学性质稳定的LiBr浓溶液对水蒸汽进行吸收。LiBr浓溶液吸收水蒸汽之后浓度降低，变为稀溶液。吸收过程放出的吸收热对原油一级加热盘管15内的原油进行加热，实现原油的第一次升温。冷凝液蒸发室22内的液态水通过冷凝液循环泵21和冷凝液喷淋管26实现水在冷凝水蒸发室内循环。
蒸汽吸收室16中的LiBr稀溶液由稀溶液循环泵送至水套炉壳体1内的蒸汽发生室8，通过水平伸入发生室的喷淋管4喷嘴喷出。稀溶液被火筒7加热，稀溶液中水受热汽化后从液相中脱除。此时，溶液浓度升高，成为高温浓溶液。浓溶液被浓溶液循环泵14送至蒸汽吸收室16之前与来自蒸汽吸收室的稀溶液在浓溶液与稀溶液换热室11进行逆流热交换，实现浓溶液温度的降低。浓稀溶液的热交换有利于提升浓溶液的吸收能力，并可对即将喷淋至蒸汽发生室8的稀溶液进行预加热。随后，浓溶液通过浓溶液循环泵14被送至油田污水换热器23内的蒸汽吸收室16，继续对水蒸汽进行吸收。蒸汽吸收室（16）内的稀溶液通过稀溶液循环泵20和稀溶液喷淋管18实现室16内循环和向蒸汽发生室8的输送。
蒸汽发生室中生成的水蒸汽上升至冷凝室，与原油二级加热盘管中的原油进行热交换，水蒸汽温度降低，变为冷凝水。冷凝过程放出的热量对盘管内原油进行加热，实现原油的第二次升温。冷凝室中的冷凝水随后进入冷凝水蒸发室，完成水循环。
本发明中设置的液位传感器LT、流量调节阀12、13、19和冷凝液循环泵21、稀溶液循环泵20和浓溶液循环泵14都由智能控制柜控制，使本发明的工作稳定。

Claims (8)

1.一种油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，包括热泵系统和水套炉加热系统，其特征在于热泵系统包括设在水套炉壳体内上部的冷凝室（3）下部的蒸汽发生室（8）和浓溶液与稀溶液的换热室（11），设在油田污水换热器（23）内下部的冷凝液蒸发室（22）、上部的蒸汽吸收室（16），设在水套炉壳体（1）和油田污水换热器（23）之间的浓溶液循环泵（14）、稀溶液循环泵（20）、冷凝液循环泵（21），设在油田污水换热器（23）内上部的原油一级加热盘管（15），设在水套炉（1）上部的原油二级加热盘管（2）、设在油田污水换热器（23）内下部的污水换热盘管（24）、设在水套炉壳体内左下部的与稀溶液循环泵（20）出口相连的稀溶液换热管（10）、设在水套炉壳体内中部的与稀溶液换热盘管（10）相连的稀溶液喷淋管（4）和设在油田污水换热器（23）内的蒸汽吸收室（16）上部且与稀溶液循环泵（20）出口相连的稀溶液喷淋管(18)、设在稀溶液喷淋管（18）上部的且与浓溶液循环泵（14）出口相连的浓溶液喷淋管（17）、设在污水换热盘管（25）上面的且与冷凝液循环泵（21）出口相连的冷凝液喷淋管（26）、设在冷凝液喷淋管（26）上面的且与冷凝室（3）底部相连的冷凝液喷淋管（27）；水套炉加热系统包括水套炉壳体（1）、设在水套炉壳体内底中左侧的溢流堰板（9）、水平设在溢流堰板右侧的且伸出水套炉壳体外的U型火筒（7）、设在火筒末端的烟囱（5）和设在火筒始端的燃烧器（6）；冷凝室（3）、浓溶液与稀溶液换热室（11）、蒸汽吸收室（16）各自一侧设有液位传感器（LT）。
2.根据权利要求1所述的油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，其特征在于：浓溶液循环泵（14）进口通过连接管与浓溶液与稀溶液的换热室（11）底部相连，在连接管上设有流量调节阀，流量调节阀的信号线与浓溶液与稀溶液换热室（11）上的液位传感器相联。
3.根据权利要求1所述的油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，其特征在于：稀溶液循环泵（20）进口与蒸汽吸收室（16）底部相连，在稀溶液循环泵出口与稀溶液换热盘管（10）的连接管上设有一个流量调节阀（19），流量调节阀的信号线与蒸汽吸收室（16）上的液位传感器（LT）相联。
4.根据权利要求1所述的油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，其特征在于：冷凝液循环泵（21）的进口与冷凝液蒸发室底部相联。
5.根据权利要求1所述的油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，其特征在于：在冷凝室（3）与冷凝液喷淋管（27）连接管路上设有流量调节阀（13）流量调节阀（13）的信号线与冷凝室（3）上的液位传感器相联。
6.根据权利要求1所述的油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，其特征在于：水套炉和油田污水换热器设为具有相对真空度的卧式圆筒形容器。
7.根据权利要求1所述的油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，其特征在于：冷凝室和蒸汽吸收室各设为长条形，上面开口，下面封底，左右两侧封板和封底的边沿各自焊在水套炉壳体和油田污水换热器上。
8.根据权利要求1所述的油田污水余热回收的热泵与水套炉联合给原油加热系统，其特征在于：原油一级加热盘管水平设在蒸汽吸收室中下部，原油二级加热盘管水平设在冷凝室中下部。
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