CN205002378U - 一种油田污水余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油田污水余热回收系统，包括污水储罐、低温热源换热器、高温热源换热器、热用户、热泵机组以及补水水箱，低温热源换热器与污水储罐之间连接有低温污水循环管路，高温热源换热器与热用户之间连接有高温污水循环管路，热泵机组包括通过冷媒循环管路连接在一起的蒸发器和冷凝器，蒸发器和低温热源换热器之间连接有蒸发器循环管路，冷凝器和高温热源换热器之间连接有冷凝器循环管路。本实用新型利用油田污水余热向热泵机组提供低品位能源，通过热泵机组制取高温热水，向输油管路或其它生产生活环节提供持续不断的热能，解决了现有技术输油管路加热耗电量和制取热水温度低以及油井掺水等加热系统耗能量大和能效比低等技术问题。

Description

一种油田污水余热回收系统

技术领域

本实用新型涉及一种利用油田污水的余热向热用户提供热量的系统，具体的说是涉及一种油田污水余热回收系统，属于节能环保中的热回收技术领域。

背景技术

油田在生产过程中产生大量含油污水，这些含油污水的温度往往较高，温度通常在40℃到60℃之间，这些含油污水蕴含有丰富的余热资源。目前油田生产中，这些含油污水一般被排放到外界或直接回注回地下，油田污水的余热未被充分利用，造成了资源浪费。

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，油田污水直接排放会导致环境污染加剧；另一方面，原油的脱水和外输都需要加热，尤其是稠油，由于其粘度较高，必须加热降低粘度之后才可以外输。目前，稠油加热主要采用燃油燃气水套加热炉的方式，原油加热的温度范围为40℃到80℃，这种加热形式存在着耗能量大、维修难度大等突出问题。因此，如何实现油田污水余热回收利用，并降低稠油加温输送的能耗，降低生产成本，提高经济效益是石油生产行业中亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种油田污水余热回收系统，以解决石油生产行业中油田污水余热不能重复利用导致生产成本高、经济效益低的技术问题。

本实用新型采用如下技术方案：一种油田污水余热回收系统，其包括污水储罐、低温热源换热器、高温热源换热器、热用户、热泵机组以及补水水箱，所述低温热源换热器和高温热源换热器中的换热介质均为污水，所述低温热源换热器与污水储罐之间连接有低温污水循环管路，所述高温热源换热器与热用户之间连接有高温污水循环管路，所述热泵机组包括通过冷媒循环管路连接在一起的蒸发器和冷凝器，所述蒸发器和低温热源换热器之间连接有蒸发器循环管路，所述冷凝器和高温热源换热器之间连接有冷凝器循环管路，所述补水水箱和蒸发器循环管路、补水水箱和冷凝器循环管路之间分别连接有补水管路。

所述热泵机组包括串联在一起的一级热泵机组和二级热泵机组，一级热泵机组中的蒸发器和二级热泵机组的蒸发器串联在一起，一级热泵机组中的冷凝器和二级热泵机组的冷凝器串联在一起。

所述一级热泵机组和二级热泵机组中的冷凝器各有两个，一级热泵机组中的两个冷凝器并联在一起，二级热泵机组的两个冷凝器并联在一起，并联后的一级热泵机组中的两个冷凝器与并联后的二级热泵机组中的两个冷凝器串联在一起。

所述冷凝器循环管路上设有高温水缓冲储水箱，所述补水水箱和冷凝器循环管路之间的补水管路通入到所述高温水缓冲储水箱内。

所述低温污水循环管路上污水储罐至低温热源换热器的管路上依次安装有低温污水出口阀、低温污水泵和低温热源换热器污水进口阀，低温污水循环管路上位于低温热源换热器至污水储罐的管路与污水储罐至低温热源换热器的管路之间接有低温连通管，低温连通管上安装有低温污水旁通阀。

所述高温污水循环管路上热用户至高温热源换热器的管路上依次安装有热用户出口阀、高温污水泵和高温热源换热器进口阀，高温污水循环管路上热用户至高温热源换热器的管路与高温热源换热器至热用户的管路之间接有高温连通管，高温连通管上安装有高温污水旁通阀。

低温热源换热器和高温热源换热器均为板式换热器，各换热器中的换热管均为钛合金换热管。

所述冷媒循环管路上设有压缩机和节流阀。

所述补水管路上设有补水泵。

所述蒸发器循环管路上和冷凝器循环管路上分别设有蒸发器循环水泵和冷凝器循环水泵。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中，低温热源换热器用于油田污水和低温循环水之间进行换热，高温热源换热器用于热用户用循环水和高温循环水之间进行换热。低温热源换热器与热泵机组中的蒸发器形成一个低温循环水闭合回路，高温热源换热器与热泵机组中的冷凝器形成了一个高温循环水闭合回路，补水水箱为低温循环水闭合回路和高温循环水闭合回路补充循环水。系统运行时，油田污水通过低温热源循环泵进入低温热源换热器与低温循环水进行换热，换热后的油田污水温度下降、低温循环水温度升高。加热后的低温循环水进入热泵机组，热泵机组根据逆卡诺循环工作原理，输入少量的电能，从而获取大量的热能，具体过程为蒸发器内的制冷剂吸收低温循环水所携带的热能后蒸发变为气体，经压缩机压缩成高温高压气体输送至冷凝器，高温高压气体在冷凝器中冷凝释放出热能，高温循环水吸收冷凝器释放的热能温度升高，升温后的高温循环水再进入高温热源换热器与热用户循环水进行热交换。完成热交换的热用户循环水供给原油集输加热或散热器用户，完成系统热量循环传递。通过以上过程，实现污水余热的回收利用。本实用新型利用油田污水余热向热泵机组提供低品位能源，通过热泵机组制取高温热水，向输油管路或其它生产生活环节提供持续不断的热能，解决了现有技术输油管路加热耗电量和制取热水温度低以及油井掺水等加热系统耗能量大和能效比低等的技术问题。本实用新型由于采用油田污水作为热源，通过输入少量的电能做功进行能量的提升转换，对原油进行加热输送或掺热水时省去了燃油、燃煤或燃气锅炉加热系统，从而节省了一次能源的消耗，减少了对环境的污染，对节能减排，推动低碳经济发展战略具有显著作用。

进一步的，在设计热负荷条件或50%以上设计热负荷下，可同时启动一级热泵机组和二级热泵机组，低温污水在低温污水泵的驱动下，进入低温热源换热器；由低温热源换热器换热后的低温循环水，在蒸发器循环水泵的驱动下依次进入一级热泵机组、二次热泵机组的蒸发器，为热泵机组提供热量和温度的保证；高温循环水首先进入二级热泵机组的冷凝器，获取二级热泵机组提供的热量，再进入一级热泵机组的冷凝器，进一步获取一级热泵机组提供的热量，最后进入高温热源换热器，与来自热用户的循环水进行热交换，完成系统热量循环传递。

进一步的，低温热源换热器、高温热源换热器均采用板式换热器，具有传热系数高、流通截面宽、耐腐蚀等特点，且具有良好的流通性。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的系统流程图；

图2是本实用新型实施例2的系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1：

本实施例的系统流程图如图2所示，本实施例的油田污水余热回收系统包括污水储罐1、低温热源换热器3、高温热源换热器4、热用户5、热泵机组2以及补水水箱6，低温热源换热器3和高温热源换热器4均为板式换热器，各换热器中的换热管均为钛合金换热管。所述低温热源换热器3和高温热源换热器4中的换热介质均为污水，所述低温热源换热器3与污水储罐1之间连接有低温污水循环管路1-1，所述高温热源换热器4与热用户5之间连接有高温污水循环管路4-1，本实施例的热泵机组2包括串联在一起的一级热泵机组2-A和二级热泵机组2-B，每个热泵机组均包括通过冷媒循环管路2-1连接在一起的一个蒸发器201和两个冷凝器202，两个冷凝器202并联后通过冷媒循环管路2-1与蒸发器201连接，冷媒循环管路2-1上设有压缩机203和节流阀204。一级热泵机组2-A中的蒸发器201和二级热泵机组2-B的蒸发器201串联在一起，一级热泵机组2-A中的两个冷凝器202并联在一起，二级热泵机组2-B的两个冷凝器202并联在一起，并联后的一级热泵机组中的两个冷凝器202与并联后的二级热泵机组中的两个冷凝器202串联在一起。所述蒸发器201和低温热源换热器3之间连接有蒸发器循环管路3-1，所述冷凝器202和高温热源换热器4之间连接有冷凝器循环管路4-1，所述蒸发器循环管路3-1上和冷凝器循环管路4-1上分别设有蒸发器循环水泵301和冷凝器循环水泵401，所述补水水箱6和蒸发器循环管路3-1、补水水箱6和冷凝器循环管路4-1之间分别连接有补水管路6-1，补水管路6-1上设有补水泵601。所述冷凝器循环管路4-1上设有高温水缓冲储水箱7，所述补水水箱6和冷凝器循环管路4-1之间的补水管路6-1通入到所述高温水缓冲储水箱7内。

所述低温污水循环管路1-1上污水储罐1至低温热源换热器3的管路上依次安装有低温污水出口阀101、低温污水泵102和低温热源换热器污水进口阀103，低温污水循环管路1-1上位于低温热源换热器3至污水储罐1的管路与污水储罐1至低温热源换热器3的管路之间接有低温连通管，低温连通管上安装有低温污水旁通阀104。

所述高温污水循环管路5-1上热用户5至高温热源换热器4的管路上依次安装有热用户出口阀501、高温污水泵502和高温热源换热器进口阀503，高温污水循环管路5-1上热用户5至高温热源换热器4的管路与高温热源换热器4至热用户5的管路之间接有高温连通管，高温连通管上安装有高温污水旁通阀504。

本实施例的热回收系统在运行时，低温热源换热器3用于油田污水和低温循环水之间进行换热，高温热源换热器4用于热用户用循环水和高温循环水之间进行换热，上述两个换热器均采用板式换热器，具有传热系数高，流通截面宽，防腐蚀等特点。低温热源换热器3与热泵机组中的蒸发器201形成一个低温循环水闭合回路，高温热源换热器4与热泵机组中冷凝器202形成了一个高温循环水闭合回路，补水水箱6向低温循环水闭合回路和高温循环水闭合回路补充循环水。

系统运行时，具有一定温度的油田污水通过低温污水泵进入低温热源换热器，与低温循环水进行换热，换热后的油田污水温度降低。低温循环水经过油田污水的预热后进入热泵机组，热泵机组根据逆卡诺循环工作原理，输入少量的电能，从而获取大量的热能。具体过程为，蒸发器内的制冷剂吸收低温循环水所携带的热能后蒸发变为气体，经压缩机压缩成高温高压气体输送至冷凝器，高温高压气体在冷凝器中冷凝释放出热能；高温循环水首先通过二级热泵机组的冷凝器吸收热能，温度将升高，再进入一级热泵机组的冷凝器，进一步获取一级热泵机组提供的热量，温度进一步升高，最后进入高温热源换热器与热用户循环水进行热交换。完成热交换的热用户循环水在循环水泵的驱动下，供给原油集输加热或散热器用户，完成系统热量循环传递。通过以上过程，实现污水余热的回收利用，本实施例通过一级热泵机组和二级热泵机组的两级热量提取，获取大温差的循环水。

在使用时，可以根据热负荷的大小，单独启动一个热泵机组或者同时启动两个热泵机组。在设计热负荷条件或50%以上设计热负荷下，应同时启动一级热泵机组和二级热泵机组，低温污水在低温污水泵的驱动下，进入低温热源换热器；由低温热源换热器换热后的低温循环水，在蒸发器循环水泵的驱动下依次进入一级热泵机组、二次热泵机组的蒸发器，为热泵机组提供热量和温度的保证；高温循环水首先进入二级热泵机组的冷凝器，获取二级热泵机组提供的热量，再进入一级热泵机组的冷凝器，进一步获取一级热泵机组提供的热量，最后进入高温热源换热器，与来自热用户的循环水进行热交换，完成系统热量循环传递。

本实用新型运用两台热泵机组串联的运行方式，实现大温差供水运行，供回水温差可达20℃，满足了热用户对于循环水温差的需求。无论是常规水源热泵机组还是中高温热泵机组，供回水温差通常为10℃左右。本实用新型由于采用油田污水作为热源，通过输入少量的电能作为热源进行能量的提升转换，对原油进行加热输送或掺热水时省去了燃油、燃煤或燃气锅炉加热系统，从而节省了一次能源的消耗，减少了对环境的污染，对节能减排，推动低碳经济发展战略具有显著作用。热泵机组采用特殊的高温环保工质，它具有在高温下压力低且运转平稳可靠的特性，解决了传统工质高温工况下工作压力过高的技术瓶颈，保证了设备在高温区运行的安全可靠。低温热源换热器、高温热源换热器均采用板式换热器，具有传热系数高、流通截面宽、耐腐蚀等特点，且具有良好的流通性。采用软化水作为中间换热介质，有效的防止了含油污水和原油对热泵系统的腐蚀、堵塞和结垢问题，使得整个系统更加安全可靠。

实施例2：

本实施例的系统流程图如图2所示，本实施例的油田污水余热回收系统包括污水储罐1、低温热源换热器3、高温热源换热器4、热用户5、热泵机组2以及补水水箱6，所述低温热源换热器3和高温热源换热器4中的换热介质均为污水，所述低温热源换热器4与污水储罐1之间连接有低温污水循环管路1-1，所述高温热源换热器4与热用户5之间连接有高温污水循环管路5-1。本实施例采用一个热泵机组2，该热泵机组2包括通过冷媒循环管路2-1连接在一起的一个蒸发器201和两个冷凝器202，两个冷凝器202并联后通过冷媒循环管路2-1与蒸发器201连接，冷媒循环管路2-1上设有压缩机203和节流阀204；所述蒸发器201和低温热源换热器3之间连接有蒸发器循环管路3-1，所述冷凝器202和高温热源换热器4之间连接有冷凝器循环管路4-1，低温热源换热器3和高温热源换热器4均为板式换热器，蒸发器循环管路3-1上和冷凝器循环管路4-1上分别设有蒸发器循环水泵301和冷凝器循环水泵401；所述补水水箱6和蒸发器循环管路3-1之间、补水水箱6和冷凝器循环管路4-1之间分别连接有补水管路6-1，补水管路6-1上设有补水泵601。冷凝器循环管路401上设有高温水缓冲储水箱7，所述补水水箱6和冷凝器循环管路4-1之间的补水管路6-1通入到所述高温水缓冲储水箱7内。

所述低温污水循环管路1-1上污水储罐至低温热源换热器的管路上依次安装有低温污水出口阀101、低温污水泵102和低温热源换热器污水进口阀103，低温污水循环管路1-1上位于低温热源换热器至污水储罐的管路与污水储罐至低温热源换热器的管路之间接有低温连通管，低温连通管上安装有低温污水旁通阀104。

所述高温污水循环管路5-1上热用户至高温热源换热器的管路上依次安装有热用户出口阀501、高温污水泵502和高温热源换热器进口阀503，高温污水循环管路5-1上热用户至高温热源换热器的管路与高温热源换热器至热用户的管路之间接有高温连通管，高温连通管上安装有高温污水旁通阀504。

本实施例中，低温热源换热器用于油田污水和低温循环水之间进行换热，高温热源换热器用于热用户用循环水和高温循环水之间进行换热。低温热源换热器与热泵机组中的蒸发器形成一个低温循环水闭合回路，高温热源换热器与热泵机组中的冷凝器形成了一个高温循环水闭合回路，补水水箱为低温循环水闭合回路和高温循环水闭合回路补充循环水。

系统运行时，具有一定温度的油田污水通过低温热源循环泵进入低温热源换热器，与低温循环水进行换热，换热后的油田污水温度由降低。低温循环水经过油田污水的预热后进入热泵机组，热泵机组根据逆卡诺循环工作原理，输入少量的电能，从而获取大量的热能。具体过程为蒸发器内的制冷剂吸收低温循环水所携带的热能后蒸发变为气体，经压缩机压缩成高温高压气体输送至冷凝器，高温高压气体在冷凝器中冷凝释放出热能，高温循环水通过热泵机组的冷凝器吸收热能，温度升高，再进入高温热源换热器与热用户循环水进行热交换。完成热交换的热用户循环水在循环水泵的驱动下，供给原油集输加热或散热器用户，完成系统热量循环传递。通过以上过程，实现污水余热的回收利用。本实施例利用一个热泵机组向热用户提供热量，适用于小温差的循环水温差需求。

上述实施例为本实用新型优选的两种实施例，在本实用新型其它的实施例中，可以根据循环水温差和热负荷的大小，增加热泵机组的数量，热泵机组可以采用三级或三级以上等多级串联或并联的形式。各热泵机组种冷凝器和蒸发器的数量可以根据实际需要选用。

以上实施例显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种油田污水余热回收系统，其特征在于：其包括污水储罐（1）、低温热源换热器（3）、高温热源换热器（4）、热用户（5）、热泵机组（2）以及补水水箱（6），所述低温热源换热器（3）和高温热源换热器（4）中的换热介质均为污水，所述低温热源换热器（3）与污水储罐（1）之间连接有低温污水循环管路（1-1），所述高温热源换热器（4）与热用户（5）之间连接有高温污水循环管路（5-1），所述热泵机组（2）包括通过冷媒循环管路（2-1）连接在一起的蒸发器（201）和冷凝器（202），所述蒸发器（201）和低温热源换热器（3）之间连接有蒸发器循环管路（3-1），所述冷凝器（202）和高温热源换热器（4）之间连接有冷凝器循环管路（4-1），所述补水水箱（6）和蒸发器循环管路（3-1）、补水水箱（6）和冷凝器循环管路（4-1）之间分别连接有补水管路（6-1）。

2.根据权利要求1所述的油田污水余热回收系统，其特征在于：所述热泵机组（2）包括串联在一起的一级热泵机组（2-A）和二级热泵机组（2-B），一级热泵机组（2-A）中的蒸发器（201）和二级热泵机组（2-B）的蒸发器（201）串联在一起，一级热泵机组（2-A）中的冷凝器和二级热泵机组（2-B）的冷凝器（202）串联在一起。

3.根据权利要求2所述的油田污水余热回收系统，其特征在于：所述一级热泵机组（2-A）和二级热泵机组（2-B）中的冷凝器（202）各有两个，一级热泵机组（2-A）中的两个冷凝器（202）并联在一起，二级热泵机组（2-B）的两个冷凝器（202）并联在一起，并联后的一级热泵机组（2-A）中的两个冷凝器（202）与并联后的二级热泵机组（2-B）中的两个冷凝器（202）串联在一起。

4.根据权利要求1或2或3所述的油田污水余热回收系统，其特征在于：所述冷凝器循环管路（401）上设有高温水缓冲储水箱（7），所述补水水箱（6）和冷凝器循环管路（401）之间的补水管路（6-1）通入到所述高温水缓冲储水箱（7）内。

5.根据权利要求1或2或3所述的油田污水余热回收系统，其特征在于：所述低温污水循环管路（1-1）上污水储罐（1）至低温热源换热器（3）的管路上依次安装有低温污水出口阀（101）、低温污水泵（102）和低温热源换热器污水进口阀（103），低温污水循环管路（1-1）上位于低温热源换热器（3）至污水储罐（1）的管路与污水储罐（1）至低温热源换热器（3）的管路之间接有低温连通管，低温连通管上安装有低温污水旁通阀（104）。

6.根据权利要求1或2或3所述的油田污水余热回收系统，其特征在于：所述高温污水循环管路（5-1）上热用户（5）至高温热源换热器（4）的管路上依次安装有热用户出口阀（501）、高温污水泵（502）和高温热源换热器进口阀（503），高温污水循环管路（5-1）上热用户至高温热源换热器（4）的管路与高温热源换热器（4）至热用户（5）的管路之间接有高温连通管，高温连通管上安装有高温污水旁通阀（504）。

7.根据权利要求1或2或3所述的油田污水余热回收系统，其特征在于：所述低温热源换热器（3）和高温热源换热器（4）均为板式换热器，各换热器中的换热管均为钛合金换热管。

8.根据权利要求1或2或3所述的油田污水余热回收系统，其特征在于：所述冷媒循环管路（2-1）上设有压缩机（203）和节流阀（204）。

9.根据权利要求1或2或3所述的油田污水余热回收系统，其特征在于：所述补水管路（6-1）上设有补水泵（601）。

10.根据权利要求1或2或3所述的油田污水余热回收系统，其特征在于：所述蒸发器循环管路（3-1）上和冷凝器循环管路（4-1）上分别设有蒸发器循环水泵（301）和冷凝器循环水泵（401）。