可替代联合站内加热炉的节能供热系统.pdf

本实用新型提供了可替代联合站内加热炉的节能供热系统，属于节能、环保技术领域。利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，用污水换热器来提取污水余热并向热泵机组提供余热，热泵系统在驱动能源的驱动下，提升余热的温度，余热和驱动能一起构成用户的用热需求，在原油换热器中对原油进行加热。在采用热泵技术不能完全提供用户热需求的情况下，可利用直燃型热泵系统的排烟尾气完成供热介质温度的再提升，给用户提供具有更高温度、更大的热负荷。本实用新型应用于联合站内原油加热等用热过程。

1.  可替代联合站内加热炉的节能供热系统，包括污水换热分系统、污水换热器在线清洗分系统、热泵装置分系统、原油加热分系统和供热介质再加热分系统五个分系统，其特征是：污水换热分系统为具有防腐功能的换热器组，换热器的两端分别连接污水管线和清水管线；污水换热器在线清洗分系统由循环泵、加药装置、污水回收设施、清洗管线组成，在污水换热器的污水端管线上分别连接有清洗管线，清洗管线连接循环泵、加药装置和回收设施；热泵装置分系统为吸收式热泵或压缩式热泵或压缩-吸收复合式热泵；原油加热分系统为原油换热器；供热介质再加热分系统为直燃型热泵部分的排烟对供热介质在换热器中进行再加热，或者内置于直燃型热泵中。

2.  根据权利要求1所述的节能供热系统，其特征是所说的压缩-吸收复合式热泵为由压缩式热泵部分和吸收式热泵部分组成的一体式或分体式联合供热装置或系统。

可替代联合站内加热炉的节能供热系统
技术领域：
本实用新型属于热能工程中余热利用、节能环保技术领域。
背景技术：
油田是产能大户同时也是耗能大户，在原油的开采、处理和集输系统中，需要很多的加热过程。现行的加热设备主要以水套炉、热媒炉、相变式加热炉等为主，主要以高品质的天然气、原油或渣油为燃料，效率较低，能耗成本很高；油田生产过程中的用热温度要求并不高，高品位燃烧热最终用于低品位的需求，违背了能量合理利用的基本原则；同时污染较为严重，亟需采用节能、环保型的供热系统加以替代。与此同时，在原油生产过程中，产液中含水量越来越多，油水分离过程产出大量的污水，具有比环境高的温度，污水中含有相当一部分热能。由于污水成分的复杂性和技术的限制，使得污水余热未能得到利用，现行的原油生产过程中的用热全部采用燃料燃烧直接加热的方式。
发明内容：
本实用新型的目的就在于结合油田的用热情况和污水参数特点，提供可替代联合站内各种加热炉、满足原油生产用热需求的节能供热系统。
本实用新型的目的是这样实现的：①采用污水换热分系统来提取油田污水余热，由该分系统向热泵机组提供余热；②用热泵分系统在驱动能源的驱动下，提升余热的温度，余热和驱动能一起构成用户的用热需求；③由原油加热分系统完成热泵产热向原油的加热，满足生产需求；④针对污水含杂质多、换热管壁易结污垢的情况而设置污水换热器在线清洗分系统，能够保证供热系统有效、不间断地运行；⑤在采用热泵技术不能完全提供用户热需求的情况下增设供热介质再加热分系统，此时可利用直燃型热泵分系统的排烟尾气完成供热介质温度的再提升，给用户提供具有更高温度、更大的热负荷。系统结构为：污水换热器两端分别连接污水管线和清水管线，污水端还连接在线清洗系统，清水管线连接到压缩式热泵，压缩式热泵连接到吸收式热泵，吸收式热泵连接蒸汽锅炉或给水再加热器，吸收式热泵还连接到热用户换热器。根据污水余热资源和热用户需求情况，可以采用压缩—吸收复合式热泵，以及利用热泵尾气(或高温凝水)进行介质再加热、或者采用直燃型吸收式热泵、或者采用蒸汽型吸收式热泵、或者采用压缩—吸收复合式热泵进行原油加热的节能供热。
如图1所示的作为实现本实用新型基本构思的第一种技术方案，是利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用压缩—吸收复合式热泵，以及利用热泵尾气(或高温凝水)进行介质再加热，从而完成原油加热的节能供热系统，在结构上由压缩—吸收复合式热泵、污水换热分系统、在线清洗装置、供热介质再加热分系统和原油加热分系统组成，压缩式部分的热水输出端和输入端分别与吸收式部分的余热水输入端和输出端相连接，吸收式热泵的燃气完成作用后直接进入供热介质再加热分系统，可实现对热泵输出热源的再加热。
如图2所示的作为实现本实用新型基本构思的第二种技术方案，是利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用直燃型吸收式热泵，进行原油加热的节能供热系统，在结构上由直燃型吸收式热泵分系统、污水换热分系统、在线清洗分系统和原油加热分系统构成。热泵系统提供热水实现对原油的加热。
如图3所示的作为实现本实用新型基本构思的第三种技术方案，是利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用蒸汽型吸收式热泵，进行原油加热的节能供热系统，在结构上由蒸汽型吸收式热泵分系统、蒸汽源分系统、污水换热分系统、在线清洗分系统和原油加热分系统构成。热泵系统提供热水实现对原油的加热。
如图4所示的作为实现本实用新型基本构思的第四种技术方案，是利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用压缩—吸收复合式热泵，进行原油加热的节能供热系统，在结构上由压缩式热泵、蒸汽型吸收式热泵、污水换热分系统、在线清洗装置分系统和原油加热分系统组成，压缩式热泵的热水输出端和输入端分别与吸收式热泵的余热水输入端和输出端相连接，蒸汽型吸收式热泵输出热源实现对原油的加热。
上述四种具体技术方案，以利用油田生产伴生热污水为余热资源，以热/电为热泵装置的驱动动力，比较常规采用的加热炉，新技术能耗降低，从而使原油加热过程的能耗成本降低，也减少了温室气体的排放，降低了对环境的污染；同时热泵系统较原油加热炉具有更高的控制系统，可降低降低职工劳动强度，也有利于设备的安全运行。
附图说明：
图1是依据本实用新型所提供的利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用压缩—吸收复合式热泵，以及利用热泵尾气(或高温凝水)进行介质再加热，从而完成原油加热的节能供热系统结构示意图。
图2是依据本实用新型所提供的利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用直燃型吸收式热泵，进行原油加热的节能供热系统结构示意图。
图3是依据本实用新型所提供的利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用蒸汽型吸收式热泵，进行原油加热的节能供热系统结构示意图。
图4是依据本实用新型所提供的利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用压缩—吸收复合式热泵，进行原油加热的节能供热系统结构示意图。
图中，I为污水换热分系统；II为热泵分系统；III为原油加热分系统；IV为污水换热器在线清洗分系统；V为供热介质再加热分系统；VI为采用蒸汽型吸收式热泵时的蒸汽源分系统；F1～F22为控制阀门。
1-污水换热器、2-清水循环泵、3-压缩式热泵、4-吸收式热泵、5-给水再加热器、6-在线清洗系统、7-电动机、8-热用户换热器、9-给水循环泵、10-蒸汽锅炉。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例来具体描述本实用新型。需要指出的是，图1～图4所示节能供热系统，是根据本实用新型进行设计的具有代表性的四种节能供热系统实施例，根据具体的余热资源和用户用热情况，可以实现更多具体的节能供热系统方案。
对各分系统作说明：
①污水换热分系统——考虑污水的腐蚀性、杂质多、含油、含泥等特点而设置，污水一般不直接进入热泵，而是将污水中的热量传递到清水中再提供给热泵。为配合在线清洗分系统的在线清洗，污水换热器应留有适当的余量或增设备用组。
②热泵分系统——在驱动能作用下能够将低温余热温度提高的装置，在原油加热系统主要采用吸收式(直燃型、蒸汽型)和压缩—吸收复合式热泵，对循环在热泵和原油加热分系统之间的清水进行加热。其中，直燃型吸收式热泵应用范围较大，节能效益最高；压缩——吸收复合式热泵主要针对污水温度低、采用吸收式热泵不能满足供热需求，或者为了降低吸收式热泵内发生器中溶液的温度、降低溶液对设备的腐蚀、使设备安全运行的场合。在实际运用该技术时，在一般情况下，应首先考虑采用直燃型吸收式热泵，其次考虑蒸汽型吸收式热泵，第三考虑压缩—吸收复合式热泵。是否将再加热手段加入到方案中需要考虑节能、环保和投资回报等综合因素。
③原油加热分系统——由于新的节能供热系统提供热介质的温度比原加热炉系统的低，因此需要重新配置原油换热系统，这样做可避免因被加热原油直接进入热泵而导致主设备过于庞大、价格过高情况的出现。
④供热介质再加热分系统——供热介质再加热有两种方式，利用排烟尾气(蒸汽或高温凝水)再加热的外部加热方式和在热泵内部实现再加热的内置式。本分系统属于可选项，再加热阶段不属于节能手段，所以从节能最大化的角度看，应该在热泵供热不能满足加热需求的情况下采用；有时为了减小原油加热分系统、降低其造价，也可选用该分系统。
⑤污水换热器在线清洗分系统——污水很脏，成分复杂，污水换热器运行一定时间后，油腻、油泥等会附着在换热管壁上，影响换热效果，需要清洗；而生产过程需要连续进行，换热器拆卸清洗不方便；在线清洗分系统可以实现保证系统正常运行的前提下方便地对污水换热器进行清洗。
图1所示，是依据本实用新型所提供的利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用压缩—吸收复合式热泵，以及利用热泵尾气(或高温凝水)进行介质再加热，从而完成原油加热的节能供热系统。污水换热器1的两端分别连接污水管线和清水管线，污水端还连接在线清洗系统6，清水管线连接到压缩式热泵3，压缩式热泵3与吸收式热泵4相连，吸收式热泵连接蒸汽锅炉和给水再加热器5，吸收式热泵4还连接到原油换热器8。压缩式热泵3由电机7驱动，它的余热水通过循环泵2再送入污水换热器1。在余热资源温度低，用户供热参数要求高，完全采用热泵节能手段不能解决供热要求的场合，可采用该节能供热系统。
图2所示是依据本实用新型所提供的利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用直燃型吸收式热泵，进行原油加热的节能供热系统。污水换热器1的两端分别连接污水管线和清水管线，污水端还连接在线清洗系统6，清水管线连接到直燃型吸收式热泵4，吸收式热泵连接烟气，吸收式热泵4还连接到原油换热器8。吸收式热泵4提取污水的余热，再将低温水通过循环泵2再送入污水换热器1。该技术方案的节能、经济性最具有优势。
图3所示是依据本实用新型所提供的利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用蒸汽型吸收式热泵，进行原油加热的节能供热系统。污水换热器1的两端分别连接污水管线和清水管线，污水端还连接在线清洗系统6，清水管线连接到蒸汽型吸收式热泵4，吸收式热泵4连接蒸汽锅炉10，吸收式热泵4还连接到原油换热器8。吸收式热泵4提取污水的余热，再将低温水通过循环泵2再送入污水换热器1。该技术方案需要配置蒸汽锅炉，其优点在于可以采用替代燃料，比如用煤替代天然气、油。
图4所示是依据本实用新型所提供的利用联合站的原油处理过程中产生的污水为余热资源，采用压缩—吸收复合式热泵，进行原油加热的节能供热系统。污水换热器1的两端分别连接污水管线和清水管线，污水端还连接在线清洗系统6，清水管线连接到压缩式热泵3，压缩式热泵3与蒸汽型吸收式热泵4相连，吸收式热泵连接蒸汽锅炉和原油换热器8。压缩式热泵3由电机7驱动，它提取污水的余热后的余热水通过循环泵2再送入污水换热器1。在余热资源温度低，用户供热参数要求高，完全采用热泵节能手段不能解决供热要求的场合，以及考虑进行燃料替代的场合，可采用该节能供热系统。
上述图1～图4所示供热系统中均安装有在线清洗系统，当关闭控制阀F1～F6、打开控制阀F7～F12，启动在线清洗系统6，就可对污水换热器1进行在线清洗。
本实用新型可以实现的效果：替代油田联合站现在所用的全部供热均来自于燃料燃烧的加热系统，节省高品质燃料(如天然气、原油、渣油等)，实现节能、降耗。环保效益明显，降低职工劳动强度，也有利于设备的安全运行。