大庆油田某注水站污水源热泵空调及工艺冷却水系统设计

项目概况

本工程为大庆油田某注水站空调改造项目，建筑面积约为2000m2，冬季采暖面积约为1610m2，夏季空调面积约为870m2，原有采暖方式为电辐射采暖系统，制冷采用分体空调。

注水泵电机冷却用水量约为30m3/h，进出水温差4℃，并要求注水泵电机冷却水常年温度恒定在24℃～27℃。注水站内原有两个1000m3的污水罐，一个300m3的清水罐。原系统在采用蓄水罐(清水罐)储存相对温度较低的自来水对注水电机进行循环冷却，在夏季由于室外气温较高，蓄水罐容积限制，电机冷却水升温速度快，达到极限温度后，采用自来水置换蓄水罐内水的方式。冬季当地气温较低，并且蓄水罐罐体无保温，通过自然降温就可以满足工艺冷却要求。

现采用污水源热泵来替代原有采暖、空调方式，同时改进注水水泵电机冷却水降温的工艺。

空调负荷

空调负荷：热负荷为298kW，冷负荷为90 kW。冷却水最大负荷约为140 kW。

设备选型

由于地理位置及站内多单体单层建筑等原因，本工程热负荷远大于冷负荷，故选用3台制冷量为98.8 kW，制热量为135 kW的水源热泵机组。制热季3台机组按负荷大小及使用情况投入运行，满足房间供暖需求;制冷季1台机组即可满足空调负荷需求，另外2台与清水罐联合使用，为注水泵电机冷却。

系统运行原理

油田在生产过程中将分离出大量温度较高(本工程回注水量280m3/h，回注水温度：冬季31℃;夏季35℃。变化幅度：30℃～37℃。)的含油污水，而为了保证原油产量，这些污水必须通过注水站回注到地下。本工程正是利用蕴含在这些污水中的热量作为污水源热泵的热源。

根据业主提供的污水检测结果，本工程污水水质:含油：20mg/L，悬浮物：20mg/L，硫酸盐还原菌：600个/mL，铁细菌：600个/mL，腐生菌：250个/mL，CO32-：190mg/L，HCO3-：1936mg/L，Cl-：868 mg/L，SO42-：11 mg/L， Ca2+ ：43 mg/L，Mg2+：8 mg/L 。污水侧采用板式换热器将含油回注水和热泵热源测水隔离，以免长时间运行后含油回注水将热泵机组内换热器腐蚀。为保证热泵机组在较合理工况下运行，冬季将污水水泵温度设定为：23℃～27℃，一般设定在25℃。电动阀根据水温变化情况，自动调节阀门开度，以保持热源侧冷却水的温度，使热泵机组在能效比较高的工况下运行。在夏季污水水泵侧采用定流量的方式，电动阀不受温度控制(全开)，以维持制冷时热泵机组的高能效比。

注水水泵电机冷却水

注水水泵电机冷却水通过注水泵车间内的阀门切换至热泵机组管道，即利用原有冷却水水泵，在水泵出水总管上作“п”型接管，并安装相应的阀门。热泵机房内可根据具体使用情况，选择开启一台热泵机组或二台热泵机组为注水水泵电机冷却水降温，并在机组上设置合适的冷冻水温度与注水水泵电机冷却水要求的温度相当。

室内末端

室内采用风机盘管系统，风机盘管选用配套三速开关的卧式明装风机盘管和卧式暗装风机盘管，共61台。风机盘管的进风口和出风口采用铝合金单层百叶风口。

目前该项目已运行一年，经过回访采集数据显示：制冷季运行期间，各房间室内温度为24℃～26℃，注水水泵电机冷却水温度25℃～27℃;制热季运行期间各房间室内温度为18℃～22℃，完全达到了使用要求。

改造前后经济性对比

改造后采用热泵供暖与改造前电采暖相比节约电能78×104 kW·h/a，热泵系统初投资比电采暖系统初投资高，但运行费用降低，只需要1.9年即可收回投资。如按同样运行15年可节约运行费用1209万元，节能和经济效益明显。

结论

(1)由于热泵采暖用户端是通过热水进行散热，故采暖效果温暖、舒适、自然、空气清润，无电辐射采暖的烤灼感，空气不干燥。

(2)热泵机组的能效比在3.5以上，电辐射采暖的效率约为0.9左右，所以热泵系统运行费用远低于电采暖系统。

(3)热泵技术在油田地区的应用大有潜力，特别是在利用含油污水中的余热进行工业采暖或冷却，具有广泛的应用前景。同时还可以建设热泵供热站为附近居民区提供供暖。

(4)利用热泵技术方案，技术成熟，节能效益明显，安全性能显著。从经济效益和安全上是可完全行的。