CN107328104B - 水源热泵原油加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水源热泵原油加热系统，包括有三相分离器、沉降罐、水源热泵机组、换热器、缓冲罐、软化水泵、污水罐和污水外输泵，换热器包括有高温污水原油换热器、高温软化水原油换热器、超高温软化水原油换热器和软化水污水换热器，水源热泵机组包括有水源高温热泵机组和水源超高温热泵机组。本发明利用换热器和水源高温热泵系统充分回收油田各温度段污水余热用于加热原油，根据不同温度污水实现了分级利用，增加了系统经济性；利用两级热泵系统对原油进行梯级加热，将热泵系统的能效发挥到极致，提高了整个加热系统经济性；使用缓冲罐减少了热备设备启停次数，提高了设备可靠性；本发明替代加热炉，节能减排。

Description

水源热泵原油加热系统
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，具体是一种水源热泵原油加热系统。
背景技术
油田开采进入中后期，含水率增加，有的高达90%左右，油田污水产出量大大增加，同时原油在脱水及外输过需加热，油田污水温度较高，比如胜利油田污水温度在50℃左右，沉降罐脱水温度高达70℃左右，污水余热资源丰富，而目前油田加热基本上是燃油燃煤燃气加热炉加热，会有燃烧产生的环境污染问题，因此对油田污水余热进行合理回收，对油田降低生产成本、节能减排意义重大，对改善油田生产、生活环境、对京津冀和山东地区雾霾治理有积极贡献。
发明内容
本发明的目的是提供一种水源热泵原油加热系统，以替代现有原油加热过程中使用的加热炉，以减少排放、环境污染问题及降低生产成本。
本发明的技术方案如下：
一种水源热泵原油加热系统，其特征在于：包括有三相分离器、沉降罐、水源热泵机组、换热器、缓冲罐、软化水泵、污水罐和污水外输泵，所述的换热器包括有高温污水原油换热器、高温软化水原油换热器、超高温软化水原油换热器和第一、二软化水污水换热器，所述的水源热泵机组包括有水源高温热泵机组和水源超高温热泵机组；
所述三相分离器的原油出口与所述高温污水原油换热器的原油侧进口相连，所述沉降罐的高温污水出口与所述高温污水原油换热器的污水侧进口相连，所述高温污水原油换热器的污水侧出口与所述污水罐的进口相连，所述三相分离器的低温污水出口与所述污水罐的进口相连，组成第一级高温污水预热系统；
所述高温污水原油换热器的原油侧出口与所述高温软化水原油换热器的原油侧进口相连，所述水源高温热泵机组的冷凝器的出口依次通过所述的缓冲罐和软化水泵与所述高温软化水原油换热器的软化水侧进口相连，然后与所述水源高温热泵机组的冷凝器的进口相连，构成高温软化水循环回路；所述水源高温热泵机组的蒸发器的出口依次与所述第一软化水污水换热器的软化水侧进出口、软化水泵和水源高温热泵机组的蒸发器的进口相连，构成蒸发软化水循环回路；所述污水罐的出口通过所述的污水外输泵与所述第一软化水污水换热器的污水侧进口相连，组成第二级高温污水预热系统；
所述高温软化水原油换热器的原油侧出口与所述超高温软化水原油换热器的原油侧进口相连，所述超高温软化水原油换热器的原油侧出口与所述沉降罐的进口相连，所述水源超高温热泵机组的冷凝器的出口依次通过所述的缓冲罐和软化水泵与所述超高温软化水原油换热器的软化水侧进口相连，然后与所述水源超高温热泵机组的冷凝器的进口相连，构成高温软化水循环回路；所述水源超高温热泵机组的蒸发器的出口依次与所述第二软化水污水换热器的软化水侧进出口、软化水泵和水源超高温热泵机组的蒸发器的进口相连，构成蒸发软化水循环回路；所述污水罐的出口通过所述的污水外输泵与所述第二软化水污水换热器的污水侧进口相连，组成第三级高温污水预热系统。
所述的水源热泵原油加热系统，其特征在于：所述的换热器为可拆板式换热器或螺旋板式换热器。
所述的水源热泵原油加热系统，其特征在于：所述的缓冲罐设置于所述水源高温热泵机组的冷凝器的出口与所述软化水泵之间及所述水源超高温热泵机组的冷凝器的出口与所述软化水泵之间。
所述的水源热泵原油加热系统，其特征在于：所述的第一级高温污水预热系统、第二级高温污水预热系统和第三级高温污水预热系统组成水源热泵原油加热系统。
所述的水源热泵原油加热系统，其特征在于：原油通过所述第二级高温污水预热系统提温10℃～15℃，再通过所述第三级高温污水预热系统提温10℃～15℃。
所述的水源热泵原油加热系统，其特征在于：所述的水源高温热泵机组和水源超高温热泵机组为电动机驱动的采用蒸气压缩制冷循环热泵机组。
本发明的有益效果：
1、本发明对污水进行梯级余热回收，对沉降罐沉降出的高温污水对原油进行第一级加热，经过换热后污水排入污水罐中和低温污水混合再次为热泵蒸发器提供热源进一步回收余热，通过第一级的直接换热为原油提温，减少了后继能源消耗。
2、本发明在相同的蒸发温度下，热泵机组能效和冷凝温度息息相关，冷凝温度越低能效越高，因此将原油通过两级热泵加热系统，每一级只提高10℃～15℃温度，比只经过一级热泵提热10℃～30℃，能效提高20%左右，可进一步降低能源消耗，降低了生产成本。
3、油田联合站原油来液量不稳定，波动较大，因此通过在热泵系统中增加缓冲罐减少来液量不稳定造成的负荷变动，避免了热泵机组频繁起停对设备寿命的影响，同时减少了原油温度的波动。
4、本发明的热泵机组为电动机驱动，替代了加热炉，可减少燃油燃气燃烧造成的环境污染问题，同时站内无明火，增加了油田生产安全性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
参见图1，一种水源热泵原油加热系统，包括有三相分离器1、沉降罐5、水源热泵机组、换热器、缓冲罐9、软化水泵10、污水罐16和污水外输泵17，换热器包括有高温污水原油换热器2、高温软化水原油换热器3、超高温软化水原油换热器4和第一、二软化水污水换热器14、15，水源热泵机组包括有水源高温热泵机组6和水源超高温热泵机组11；
三相分离器1的原油出口与高温污水原油换热器2的原油侧进口相连，沉降罐5的高温污水出口与高温污水原油换热器2的污水侧进口相连，高温污水原油换热器2的污水侧出口与污水罐16的进口相连，三相分离器1的低温污水出口与污水罐16的进口相连，组成第一级高温污水预热系统；
高温污水原油换热器2的原油侧出口与高温软化水原油换热器3的原油侧进口相连，水源高温热泵机组6的冷凝器7的出口依次通过缓冲罐9和软化水泵10与高温软化水原油换热器3的软化水侧进口相连，然后与水源高温热泵机组6的冷凝器7的进口相连，构成高温软化水循环回路；水源高温热泵机组6的蒸发器8的出口依次与第一软化水污水换热器14的软化水侧进出口、软化水泵10和水源高温热泵机组6的蒸发器8的进口相连，构成蒸发软化水循环回路；污水罐16的出口通过污水外输泵17与第一软化水污水换热器14的污水侧进口相连，换热后排出下游管道，组成第二级高温污水预热系统；
高温软化水原油换热器3的原油侧出口与超高温软化水原油换热器4的原油侧进口相连，超高温软化水原油换热器4的原油侧出口与沉降罐5的进口相连，水源超高温热泵机组11的冷凝器12的出口依次通过缓冲罐9和软化水泵10与超高温软化水原油换热器4的软化水侧进口相连，然后与水源超高温热泵机组11的冷凝器12的进口相连，构成高温软化水循环回路；水源超高温热泵机组11的蒸发器13的出口依次与第二软化水污水换热器15的软化水侧进出口、软化水泵10和水源超高温热泵机组11的蒸发器13的进口相连，构成蒸发软化水循环回路；污水罐16的出口通过污水外输泵17与第二软化水污水换热器15的污水侧进口相连，换热后排出下游管道，组成第三级高温污水预热系统。
本发明中，换热器为可拆板式换热器或螺旋板式换热器。
缓冲罐9设置于水源高温热泵机组6的冷凝器7的出口与软化水泵10之间及水源超高温热泵机组11的冷凝器12的出口与软化水泵之间。
第一级高温污水预热系统、第二级高温污水预热系统和第三级高温污水预热系统组成水源热泵原油加热系统。
原油通过第二级高温污水预热系统提温10℃～15℃，再通过第三级高温污水预热系统提温10℃～15℃。
水源高温热泵机组6和水源超高温热泵机组11为电动机驱动的采用蒸气压缩制冷循环热泵机组。
以下结合附图对本发明作进一步的说明：
含水86%的50℃左右的原油进入三相分离器1分离一部分低温污水排入污水罐16中，剩余的含水60%的原油进入高温污水原油换热器2的原油侧，沉降罐5中沉降出的70℃左右的高温污水进入高温污水原油换热器2的污水侧，两者换热后，含水60%原油温度升到60℃左右，高温污水换热后排入污水罐16中，含水60%原油进入高温软化水原油换热器3的原油侧与水源高温热泵机组7产生的75℃软化水进行换热，提温到70℃，接着进入超高温软化水原油换热器4的原油侧与水源超高温热泵机组11产生的90℃软化水进行换热，提温到85℃后，进入沉降罐5中进行沉降脱水净化后外输；水源高温热泵机组6的冷凝器7产出的75℃软化水依次进入缓冲罐9、软化水泵10、高温软化水原油换热器3的软化水侧与原油换热后回到水源高温热泵机组6的冷凝器7中，同样水源超高温热泵机组11的冷凝器12产出的90℃软化水依次进入缓冲罐9、软化水泵10、超高温软化水原油换热器4的软化水侧与原油换热后回到水源超高温热泵机组11的冷凝器12中；污水罐16中50℃外排污水经过污水外输泵17送入第一、二软化水污水换热器14、15中的污水侧，与软化水换热后外输，软化水提温后经软化水泵10进入水源高温热泵机组6的蒸发器8及水源高温热泵机组11的蒸发器13中，为热泵提供热源。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明保护范围内。

Claims (1)

1. 一种水源热泵原油加热系统，其特征在于：包括有三相分离器、沉降罐、水源热泵机组、换热器、缓冲罐、软化水泵、污水罐和污水外输泵，所述的换热器包括有高温污水原油换热器、高温软化水原油换热器、超高温软化水原油换热器和第一、二软化水污水换热器，所述的水源热泵机组包括有水源高温热泵机组和水源超高温热泵机组；所述三相分离器的原油出口与所述高温污水原油换热器的原油侧进口相连，所述沉降罐的高温污水出口与所述高温污水原油换热器的污水侧进口相连，所述高温污水原油换热器的污水侧出口与所述污水罐的进口相连，所述三相分离器的低温污水出口与所述污水罐的进口相连，组成第一级高温污水预热系统；所述高温污水原油换热器的原油侧出口与所述高温软化水原油换热器的原油侧进口相连，所述水源高温热泵机组的冷凝器的出口依次通过所述的缓冲罐和软化水泵与所述高温软化水原油换热器的软化水侧进口相连，然后与所述水源高温热泵机组的冷凝器的进口相连，构成高温软化水循环回路；所述水源高温热泵机组的蒸发器的出口依次与所述第一软化水污水换热器的软化水侧进出口、软化水泵和水源高温热泵机组的蒸发器的进口相连，构成蒸发软化水循环回路；所述污水罐的出口通过所述的污水外输泵与所述第一软化水污水换热器的污水侧进口相连，组成第二级高温污水预热系统；所述高温软化水原油换热器的原油侧出口与所述超高温软化水原油换热器的原油侧进口相连，所述超高温软化水原油换热器的原油侧出口与所述沉降罐的进口相连，所述水源超高温热泵机组的冷凝器的出口依次通过所述的缓冲罐和软化水泵与所述超高温软化水原油换热器的软化水侧进口相连，然后与所述水源超高温热泵机组的冷凝器的进口相连，构成高温软化水循环回路；所述水源超高温热泵机组的蒸发器的出口依次与所述第二软化水污水换热器的软化水侧进出口、软化水泵和水源超高温热泵机组的蒸发器的进口相连，构成蒸发软化水循环回路；所述污水罐的出口通过所述的污水外输泵与所述第二软化水污水换热器的污水侧进口相连，组成第三级高温污水预热系统；
所述的换热器为可拆板式换热器或螺旋板式换热器；
所述的缓冲罐设置于所述水源高温热泵机组的冷凝器的出口与所述软化水泵之间及所述水源超高温热泵机组的冷凝器的出口与所述软化水泵之间；
所述的第一级高温污水预热系统、第二级高温污水预热系统和第三级高温污水预热系统组成水源热泵原油加热系统；
原油通过所述第二级高温污水预热系统提温10℃～15℃，再通过所述第三级高温污水预热系统提温10℃～15℃；
所述的水源高温热泵机组和水源超高温热泵机组为电动机驱动的采用蒸气压缩制冷循环热泵机组。
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