污水產(chǎn)出水溫度一般50℃左右，余熱資源豐富，產(chǎn)出污水一般處理后直接回注地層，其中大量的熱能沒(méi)有充分利用而被浪費(fèi)，同時(shí)為保證油田聯(lián)合站生產(chǎn)運(yùn)行所需熱能，需要消耗大量燃料油、天然氣、煤。若將污水余熱回收利用，可降低燃料消耗，符合國(guó)家有關(guān)節(jié)能減排的政策要求。

目前，我國(guó)大部分油田已經(jīng)進(jìn)入中后開(kāi)采期，采出液含水率高，東部老油田多數(shù)含水率已達(dá)80%以上，油田產(chǎn)出污水量大，僅中石化各油田產(chǎn)水量就超過(guò)940000m3/d。污水產(chǎn)出水溫度一般50℃左右，余熱資源豐富，產(chǎn)出污水一般處理后直接回注地層，其中大量的熱能沒(méi)有充分利用而被浪費(fèi)，同時(shí)為保證油田聯(lián)合站生產(chǎn)運(yùn)行所需熱能，需要消耗大量燃料油、天然氣、煤。若將污水余熱回收利用，可降低燃料消耗，符合國(guó)家有關(guān)節(jié)能減排的政策要求。本文以中石化某聯(lián)合站污水余熱回收利用為例，研究污水余熱回收利用技術(shù)及效益。

1、聯(lián)合站概況

該聯(lián)合站設(shè)計(jì)液量處理能力30000m3/d，實(shí)際處理液量19300m3/d，原油外輸量700t/d，采用熱化學(xué)沉降、電脫水原油處理工藝。污水量為13000m3/d，采用“除油-氣浮-沉降-過(guò)濾”的處理工藝，處理后的污水用于油田注水。聯(lián)合站原油及污水處理工藝詳見(jiàn)圖1。

聯(lián)合站內(nèi)主要的加熱負(fù)荷為外輸原油加熱、摻水加熱、稠油加熱及建筑采暖。聯(lián)合站建有10臺(tái)加熱爐，其中2臺(tái)用于稠油進(jìn)站加熱及脫水加熱，2臺(tái)用于原油外輸加熱，3臺(tái)用于取暖，3臺(tái)用于摻水加熱，全部為燃?xì)鉄釥t。聯(lián)合站冬季負(fù)荷為8147.8kW，用氣量20000m3/d;非冬季負(fù)荷為4895.1kW，用氣量12000m3/d。加熱負(fù)荷具體見(jiàn)表1。

2、污水可供熱量

該聯(lián)合站污水量為13000m3/d，溫度為46℃，采用熱泵技術(shù)回收污水余熱，按照熱泵可產(chǎn)生熱源溫降為10℃的熱量計(jì)算，該聯(lián)合站污水余熱可回收熱負(fù)荷為6319kW，熱值為199300GJ/a，相當(dāng)于天然氣17500m3/d的熱量，可滿足原油外輸、摻水所需熱量(5478.5kW)。

3、污水余熱利用改造

3.1設(shè)計(jì)參數(shù)

⑴低溫?zé)嵩磽Q熱器一次側(cè)進(jìn)口溫度46℃、出口溫度36℃，二次側(cè)進(jìn)口溫度32℃、出口溫度42℃。⑵摻水換熱器一次側(cè)進(jìn)口溫度77℃、出口溫度67℃，二次側(cè)進(jìn)口溫度50.9℃、出口溫度70℃。⑶原油換熱器一次側(cè)進(jìn)口溫度77℃、出口溫度67℃，二次側(cè)進(jìn)口溫度49℃、出口溫度70℃。

3.2工藝流程

采用8500kW蓄能式高溫水源熱泵機(jī)組。由于峰谷電價(jià)相差較大，熱泵系統(tǒng)在電價(jià)平、谷電價(jià)期，熱泵機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，將產(chǎn)生的多余熱量?jī)?chǔ)存于蓄能水罐中，在電價(jià)尖峰電價(jià)期，停運(yùn)熱泵機(jī)組，采用蓄能水罐中的熱水用于摻水及原油加熱。

主要工藝流程為：污水通過(guò)低溫?zé)嵩幢迷鰤汉笈c低溫循環(huán)水換熱，溫度由46℃降低到36℃，然后回注。低溫循環(huán)水吸收污水中的余熱，溫度從32℃升高到42℃。高溫?zé)岜孟到y(tǒng)中通過(guò)蒸發(fā)器吸收低溫循環(huán)水中的熱能，輸出溫度為77℃的熱水，向蓄能水罐、摻水換熱器和原油加熱換熱器供熱，經(jīng)過(guò)換熱器后的熱水溫度降低至67℃。摻水溫度50.9℃提升至70℃，原油溫度從49℃提升至70℃。工藝流程見(jiàn)圖2。

3.3主要設(shè)備

3.3.1換熱器

板式換熱器同管式換熱器相比，傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，熱損失小，不易結(jié)垢。其缺點(diǎn)是，由于板片間通道窄，當(dāng)換熱介質(zhì)含有較大顆?；蚶w維物質(zhì)時(shí)，容易堵塞板間通道。

該聯(lián)合站處理后的污水含油、懸浮物較少，不易堵塞板式換熱器。故本工程采用板式換熱器。換熱器前安裝過(guò)濾器，解決水中雜質(zhì)堵塞問(wèn)題。采用Na3PO4、Na4P2O7、(NaPO3)6、Na5P3O10等防垢劑解決換熱器結(jié)垢的問(wèn)題。按照冬季的加熱負(fù)荷計(jì)算換熱器的換熱面積，低溫?zé)嵩磽Q熱器換熱面積為1580m2，選用換熱量2500kW換熱器4臺(tái)。摻水加熱換熱器換熱面積為464m2，選用換熱量3370kW換熱器3臺(tái)。原油加熱換熱器換熱面積為150m2，選用換熱量500kW換熱器2臺(tái)。

3.3.2高溫?zé)岜?/p>

冬季高溫?zé)岜霉β蕿?354.5kW，非冬季為4483.2kW，詳見(jiàn)表2。選擇制熱量8500kW高溫?zé)岜?臺(tái)，熱泵制熱額定功率為1884kW，備用制熱量1500kW高溫?zé)岜?臺(tái)。

3.3.3二級(jí)泵

二級(jí)泵冬季加熱負(fù)荷5478.5kW，流量為471m3/h，非冬季加熱負(fù)荷2561.8kW，流量為220m3/h，詳見(jiàn)表3。選用Q=200m3/h、H=24m、P=18.5kW電機(jī)4臺(tái)，冬季3用1備，非冬季2用2備。

3.3.4一級(jí)泵

一級(jí)泵選型同二級(jí)泵，選用Q=200m3/h、H=24m、P=18.5kW電機(jī)4臺(tái)。

3.3.5蓄能水罐

熱泵機(jī)組的運(yùn)行方式為在電價(jià)平、谷期時(shí)運(yùn)行，在電價(jià)峰、尖峰期停用。冬季峰值、尖峰值為8h，即全天運(yùn)行16h(電價(jià)平、谷期)，考慮5%熱損失，經(jīng)計(jì)算，蓄能水罐加熱功率為2876kW，容積為1972m3。非冬季時(shí)，熱泵機(jī)組的運(yùn)行方式為在電價(jià)平、谷期時(shí)運(yùn)行14h，其余10h停用，考慮5%熱損失，經(jīng)計(jì)算，蓄能水罐的加熱功率為1921.4kW，容積為1646.9m3。選取2000m3水罐2座，采用聚乙烯泡沫塑料保溫。詳見(jiàn)表4。

3.3.6低溫?zé)嵩幢?/p>

聯(lián)合站污水量為13000m3/h，流量為542m3/h，選用Q=200m3/h、H=24m、P=18.5kW電機(jī)4臺(tái)(3用1備)。

4、污水余熱利用效益分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益

該項(xiàng)目運(yùn)行成本包括電費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、人員工資、管理費(fèi)用等。冬季運(yùn)行時(shí)間為16h/d，非冬季運(yùn)行時(shí)間為14h/d，按需要系數(shù)0.8計(jì)算，則全年耗電量為9101000Wh。按平谷期平均電價(jià)0.449元/kWh計(jì)算，全年電費(fèi)408.6萬(wàn)元。設(shè)備折舊年限取10a，按直線折舊，設(shè)備殘值取3%，每年折舊費(fèi)335.4萬(wàn)元。蓄能式高溫水源熱泵的設(shè)備年維護(hù)費(fèi)用按投資的5%計(jì)取，為172.9萬(wàn)元/a。

該項(xiàng)目定員7人，人員工資按照5萬(wàn)元/人/a取，共計(jì)35萬(wàn)元/a。管理費(fèi)按工資的150%計(jì)取，為52.5萬(wàn)元/a。項(xiàng)目總運(yùn)行成本1004.4萬(wàn)元/a，不含折舊費(fèi)用的運(yùn)行費(fèi)用為669.0萬(wàn)元/a?，F(xiàn)有燃?xì)饧訜釥t系統(tǒng)總運(yùn)行成本為1410.0萬(wàn)元/a，不含折舊費(fèi)用的運(yùn)行費(fèi)用為1291.6萬(wàn)元/a。兩種系統(tǒng)的運(yùn)行成本對(duì)比見(jiàn)表5。項(xiàng)目收益為原系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用與新系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用差值(不含折舊費(fèi)用)，共計(jì)622.6萬(wàn)元/a。該項(xiàng)目總投資3458.1萬(wàn)元，其中工程費(fèi)2831.50萬(wàn)元。項(xiàng)目的靜態(tài)投資回收期為5.6a。

4.2節(jié)能效果

項(xiàng)目實(shí)施后，充分利用污水余熱，有效降低聯(lián)合站生產(chǎn)能耗，每年節(jié)能量折合標(biāo)準(zhǔn)煤2246.4tce，見(jiàn)表6。

4.3環(huán)境效益

加熱爐主要空氣排放指標(biāo)主要包括氮NOx、SO2、煙塵等，按照《環(huán)境保護(hù)實(shí)用數(shù)據(jù)手冊(cè)》(1994版)規(guī)定的計(jì)算系數(shù)，項(xiàng)目實(shí)施后，減少NOx排放1165.5kg/a，減少SO2排放185.0kg/a，減少煙塵排放444.0kg/a。按照天然氣CO2排放量55.662tCO2/TJ計(jì)算，根據(jù)電力等價(jià)值將耗電量折算成天然氣消耗量后，原燃?xì)饧訜釥t系統(tǒng)每年排放CO210570.2t，蓄能式高溫水源熱泵系統(tǒng)每年排放CO26563.1t，減排量4007.1t/a。

5、結(jié)論

中石化某聯(lián)合站污水礦化度較低，經(jīng)處理后水質(zhì)較好，適用于污水余熱回收利用;污水對(duì)鈦質(zhì)掛片的腐蝕、結(jié)垢速率較低，污水余熱利用換熱器宜采用鈦材質(zhì)換熱器。采用8500kW蓄能式高溫水源熱泵機(jī)組回收油田污水余熱，熱泵系統(tǒng)在電價(jià)平、谷電價(jià)期滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，將產(chǎn)生的多余熱量?jī)?chǔ)存于蓄能水罐中，在電價(jià)尖峰電價(jià)期停運(yùn)，采用蓄能水罐中的熱水用于摻水及原油加熱。主要設(shè)備包括制熱量8500kW高溫?zé)岜?臺(tái)、制熱量1500kW高溫?zé)岜?臺(tái)、換熱量2500kW換熱器4臺(tái)、換熱量3370kW換熱器3臺(tái)、換熱量500kW換熱器2臺(tái)等。

項(xiàng)目總投資3458.1萬(wàn)元，運(yùn)行效益622.6萬(wàn)元/a，靜態(tài)投資回收期為5.6年。每年節(jié)能量折合標(biāo)煤2246.4tce，減排NOx1165.5kg，減排SO2185.0kg，減排煙塵444.0kg，減排CO24007.1t，經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益顯著。