吸收式热泵在辽河油田地区的应用研究

摘 要：本文分析吸收式热泵机组的类型及其特点，与压缩式热泵机组作比较，根据辽河油田生产特点，分析其在油田生产、生活中的应用趋势。

关键词：吸收式热泵；油田；比较；应用前景

中图分类号：TH33 文献标识码：A

1 热泵的分类及特点

热泵技术已经较为成熟，常用的热泵，根据驱动方式的不同分为机械压缩式热泵和吸收式热泵两种。

目前广泛应用的压缩式热泵装置，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取热源（低品位热能）中的热量）压缩冷凝（放出热量）节流再蒸发的热力循环过程，从而实现了能量的转移。

吸收式热泵可以分为第一类吸收式热泵和第二类吸收式热泵，常用的是第一类吸收式热泵。

（1）第一类吸收式热泵

第一类吸收式热泵是一种以高温热源（蒸汽、高温热水、燃油、燃气）为驱动热源，溴化锂溶液或氨水等为吸收剂，回收利用低温热源（如废热水）的热能，制取所需要的工艺或采暖用高温热水，实现从低温向高温输送热能的设备。装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和热交换器等主要部件及抽气装置，屏蔽泵等辅助部分组成。第一类吸收式热泵利用高温热能驱动，把低温热源的热能提高到中温，从而提高了热能的利用效率。性能系数大于1，一般为1.5～2.5。

（2）第二类吸收式热泵

第二类吸收式热泵也称升温型热泵，是利用大量的中温热源产生少量的高温有用热能。即利用中低温热能驱动，用大量中温热源和低温热源的热势差，制取热量少于但温度高于中温热源的热量，将部分中低热能转移到更高品位，从而提高了热源的利用品位。第二类吸收式热泵性能系数总是小于1，一般为0.4～0.5。目前该类热泵使用较少。

2 热泵机组在辽河油田的应用情况

辽河油田稠油和高凝油的产量约占总产量的70%以上，稠油和高凝油的开采都是采用热采的方式，因此生产过程中产生大量的含油污水，这些含油污水的温度往往比较高，蕴含大量的能量。而且稠油和高凝油在开采、储运过程中要求生产操作温度高，自用燃料油、气消耗大。

目前热泵机组在辽河油田主要应用于联合站原油工艺加热和站内采暖等任务，联合站主要承担各采油区块开采的进站液（油水混合物）的加热、分离和外输任务，需要加热的部分主要包括进站液加热、脱水、外输、采暖等加热过程，需要用热的设施主要有：进站一段加热、脱水二段加热、稠油外输加热、站内冬季采暖伴热等，所有加热过程一般采用燃天然气加热炉加热，天然气消耗量很大。

辽河油田目前已经采用的热泵形式为电驱动压缩式热泵，这种热泵在辽河油田曙五联合站、欢二联合站、海南联合站等联合站内用于原油加热和冬季采暖等方面的应用，通过电驱动压缩机做功，从生产过程中产生大量的含油污水中提取热量，用于站内生产加热和采暖，经过监测中心检测，节能效果明显。吸收式热泵机组在大港油田也有应用，经了解一直运行良好。

3 压缩式热泵应用中存在的问题

采用电驱动的压缩式热泵运行简便，安全稳定，规模小，应用广泛，但经过在辽河油田的应用以来，也存在一定的问题。

（1）需要二次换热，降低性能系数

油田各联合站采用的热泵，从含油污水中提取热量，用于站内原油加热，因为含油污水和原油这两种介质都不能够满足直接进热泵换热的要求，需要二次换热，导致加热温差大，性能系数降低，一般性能系数只能达到3.5～4.5，如果热源和加热介质能够直接进入热泵，性能系数将达到4～5以上。

（2）运行稳定性差

用于稠油加热的热泵都是高温、超高温热泵，对压缩机的性能要求高，经过一段时间运行后，发现连续的生产对热泵机组的压缩机负荷过大，容易发生超温停运和压缩机故障的情况。

（3）耗电量大，供电系统不满足要求

辽河油田各联合站基本上都是运行20年以上的老联合站，附近的主变压器富裕量都不是特别大，由此限制了热泵系统总规模不能够过大，若因此改建主变电所，投资又不允许，从而导致建设的热泵系统只能够满足站内少部分加热需求，两套加热系统同时运行，增加了运行人员数量。

（4）经济性不明显

联合站热泵系统收益主要体现在节省的天然气和节能补贴上面，消耗主要包括投资折损、电费、变压器容量费和人员费等，因为节能补贴很难落实，节省的天然气价格低，收益不高。电费和变压器容量费都按照工业用电取费标准高，压缩机没有高压驱动，需要建设低压变压器，种种原因导致项目的投资回收期长。项目整体看，虽然有一定的效益，但不明显。

4 吸收式热泵机组的优点

经过在辽河油田一典型联合站进行的可行性设计比较，我们发现天然气驱动的吸收式热泵相对采用压缩式热泵，具有如下优点：

（1）耗电量小，只有燃烧器和系统附属设备用电，一般的用电场所都能够满足用电需求，从而减少电费，不需要缴纳电容量费，减少了运行成本。

（2）制热温度高，因为没有压缩机，所以稳定性好，能够满足油田生产连续高温加热要求。

（3）油田各站场都有稳定的天然气管线，气源充足，减少工程投资。

（4）建设规模可大可小，从不足1MW到几十MW的热泵机组都有，非常适合油田各联合站改造使用。

5 研究结果和应用前景

经过在辽河油田各油区技术、经济、安全等方面比较，我们研究发现不论是采用压缩式热泵还是采用吸收式热泵，技术方面都已经较为成熟，安全方面也都能够比原有加热方式更加安全，节能效果都比较明显，经过经济比较，得出如下结论：

（1）对于站场内供电系统不需要增容，且冷凝器出水温度低于80℃，制热量在4MW以下的项目，采用压缩式热泵和吸收式热泵经济性差别不大，根据现场情况都有一定的经济性。

（2）对于站场内有天然气系统或蒸汽系统可以直接利用，且制热量大于4MW的项目，采用吸收式热泵的经济效益高于采用压缩式热泵，收益较高。

（3）对于要求制热温度高于85℃的热泵系统，为保证运行的稳定性，宜采用吸收式热泵系统加热。

中国是人口众多、资源相对不足的发展中国家，要实现经济社会的可持续发展，必须走节约资源的道路。随着辽河油田地区采油区块的开发和老旧联合站改造工程的增多，节能减排标准的不断提高，节能减排政策的落实，吸收式热泵在辽河油田各采油区块将会得以广泛的采用。

参考文献

[1]冯久鸿.吸收式热泵用于稠油污水余热回收的仿真和优化[J].油气田地面工程， 2003 （09）：33.