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水源热泵技术在油田注水系统应用

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水源 技术 油田 注水 系统 应用
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中外能源 011年第16卷 水源热泵技术在油田注水系统应用 谭智 (大庆油田有限责任公司第七采油厂,黑龙江大庆163517) 摘 要葡有700水泵2台,冷却泵2台,主要承担葡北地区油田注水任 务。站内注水泵冷却原来采用的是空气冷却器,由于躁声大、投资高,近年来对老化的注水泵进行了更新。目前都已 经改为水冷却。但是采用污水作为冷却水不能满足冷却需要.实际生产中需要每天从其他联合站调运1200清水,致使一方面浪费大量的清水资源,另一方面由于冷却后清水无其他利用途径,只能用于注入水.实际注入 水量大于需求注水量,造成葡一联地区局部产注失衡。为减少清水资源消耗,避免油田处理后污水外排.采取封闭 式循环水冷却方式,应用水源热泵系统冷却葡解葡一联地区污水产注不平衡的问题,同时 冷却余热可以满足葡筑的冬季采暖需要,取得良好的节能、节水效果。 关键词水源热泵油田注水节能节水 1问题的提出 大庆油田葡 有700m 水罐2座,注水泵2台,冷却泵2台,主要 承担葡北地区油田注水任务。注水泵冷却原采用空 气冷却器,由于其噪声大、投资高,随着设施老化更 新,目前均已改为水冷却。但在冷却水方面,采用污 水作为冷却水不能满足冷却需要,实际生产中需要 葡二联每天供给1270m 清水,致使一方面浪费了 大量清水资源,另一方面由于冷却后清水无其他利 用途径,只能用于注入水,使部分地区产注失衡。为 减少清水资源的消耗,避免油田处理后污水外排, 计划采取封闭式循环水冷却方式.利用地埋换热技 术,冷却注水泵电机。 2技术原理 水源热泵技术是利用地球表面浅层水源。如地 下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成 的低温低位热能源。采用热泵原理,通过少量的高 位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种 技术…。地球表面浅层水源,如深度在1000地下水,以及地表的河流、湖泊和海洋,因吸收太 阳的辐射能量。其水源温度一般十分稳定。水源热 泵机组的工作原理,就是将注水电机中的热量转移 到水源中,由于水源温度低,可以高效带走热量;在 冬季,则从水源中提取能量。水源热泵通过水作为 载冷剂提升温度后送到建筑物中[21。水源热泵根据 水来源不同热水、地下水、地表水柯川水、海 水等),可分为地热水水源热泵,地下水水源热泵, 地表水水源热泵,河川水水源热泵.海水水源热泵 等 1。热泵作为提供热量的主要设备之一,以其对环 境友好及节约能源等特点,在许多领域应用广泛I 4】。 3冷却工艺流程分析及相关参数确定参数确定 注水泵机组的冷却循环由一个闭式循环和两 个开式流程组成,如图1所示。 图1注水泵机组冷却循环的压一焓 一 )图 3.1注水电机冷却器的冷却循环(闭式循环) 冷却介质m(kg/h)由状态1 ,、 )进入冷却循 环加压泵,被水泵等焓加压至状态2 作者简介:谭智,助理工程师,2006年毕业于大庆石油学院油气 储运工程专业.目前主要从事节能管理工作。 8期 谭智.水源热泵技术在油田注水系统应用 ·101· (),。进入注水电机冷却器的工质为m.,在其中吸收 热量,温度升高,焓值增加。由于冷却器的阻力,其 压力下降。当到达冷却器出口时为状态3()。此 时,m,分成两股,一股m 去水一水热泵器,在其中放出热量,降温降压后成为状态3 (、 );另一股m。”的工质通过流量调节阀等焓 降压为状态3 ,后与状态3 的m 的工质在管道中 等压混合成状态4(P4、h4、m ),进入地埋换热器,与 地下物质换热并降压后成为状态5,(、m。)。该 状态的工质.在冷却循环泵的进口管路中与原系统 清水罐及压差流量调节阀管线中的补水1 、h 、 m2+为状态1(P 、进入 冷却循环泵等焓加压成为状态2,m 的工质又进入注水电机冷却器……如此循环往复, 实现对注水电机冷却器的冷却。 3.2对循环油和水泵轴瓦冷却器的冷却流程 状态2()的m2(kg/h)的工质进入注水电机 循环油冷却器,m 的工质进入水泵轴瓦冷却器吸 热升温后,再进入排水阀Ⅱ的人口管道中等压混 合,成为状态6(P6、+ ,),通过排水阀Ⅱ进入 污水注水泵进口。被注水泵与回注污水一起注入地 下。实现对注水泵循环油冷却器和注水泵轴瓦的冷 却。经实测,m2+x lO kg/h=6m /h。 3.3对注水泵轴瓦的开式冷却流程 状态2()的m4(kg/h)的工质从安装在注水 泵轴瓦上端的淋水管中流出(有阀门控制流量),直 接浇在轴瓦上。吸收热量升温为状态7后,被直接 排入下水道,实现对注水泵轴瓦的冷却。经检测, ×103kg/h=h。 3.4循环冷却工质流量m 的确定 循环冷却工质流量仇 由下式确定: 一 /At~c. (1) 式中:m。为循环冷却工质的流量,kg/h; 一 为注 水电机换热器出口与进口工质的焓差,本工程中取 117.6h;△ 为冷却器出 工程为降低工质循环泵的耗电量.采用大温差传 热,△ 取10℃; 为工质的定压比热容,本工程工 质为水,取4.212)。 将相关数据代人式 m,=4.2x 104110=4.2mS/h 3.5循环泵出口冷却水温度的确定 循环冷却泵出口冷却水的温度也就是注水泵 轴瓦、循环油、水泵轴瓦的冷却器进口温度,其上限 受到各冷却对象耐温级别的限制.具体确定时,应 遵守大庆油田企业标准《注水泵机组安装、使用、维 护保养规))Q/之规定:即“……进口水温不超过3”,即 ≤ 30℃。其下限标准未做规定.但应受到电机定子腔 内空气露点温度的限制。由《注水泵机组安装、使 用、维护保养规程}Q/第1条“电机内部应清洗……”可知.注水电机为 可拆分式,因此,电机定子腔内一定存在着与装配 环境下具有相同温度、相对湿度和洁净度的空气。 通常,腔内空气的温度和相对湿度决定了其露 点温度。当电机装配环境空气的相对湿度为50% 空气温度从20~35℃变化时,电机定子 腔内空气的露点温度从9~23℃变化。即当电机在 相对湿度为50%、温度为35℃空气中装配时,当定 子腔内的温度低于23℃时.其内部空气将在冷却表 面析出液态水(结露),特别是按通常的水冷电机启 动操作规范,在电机未通电之前,应先将冷却器的 冷却水打开。这就使得电机定子腔内的空气温度迅 速下降,当冷却水温度过低时,空气的温度有下降 到其露点温度之下的可能,凝结下来的水珠,落到 定子线圈上,就有可能造成线圈绝缘强度的下降, 严重时将导致电机线圈电气绝缘的破坏。 3.6地埋换热器换热量的确定 地埋换热器应能将注水电机的发热量全部传 递给地下的物质。其换热量由下式确定【5】: (2) 式中: 一 与式(1)相同;为安全系数,取 1.1。 则: =1.1×117.629.36h=359地埋换热器的换热量为3594应用效果及经济效益评价 投入资金32.67万元,对葡泵电机进行冷却工艺改造。2009年10月29日, 改造后的注水电机冷却工艺系统投入运行.统计至 2010年底,电机定子温度在68—74℃范围内在48—54~C),轴瓦温度在42—52℃范围内.满足了 注水泵冷却需求。每天减少外排清水1270油 ·102· 中外能源 011年 第16卷 田用水价格4元/除冬季运行成本60 元/d,夏季运行成本8元/d,平均每天节约5046元, 一年可以节约生产成本181.66万元.投入运行65d 后即可收回全部投资,节能效果显著。同时余热可 满足站内1600m 建筑的冬季采暖问题,每天增加 污水注入量右,缓解了葡一联地区污水 产注不平衡的问题。 5结论 ①注水机组冷却工艺从原来的开式系统改造 为闭式循环系统,具有显著的节能减排效果和良好 的经济效益,整套系统操作简便、运行稳定,且机组 运行过程中不产生任何污染。没有废弃物。不需要 远距离热量输送,具有一定的推广价值。 ②水源热泵机组利用注水机组排放的低位热 量,实现建筑的高效节能供暖,是注水站节能减排 的有效途径,在注水站供暖方案中应优先选用。 ③通过注水机组冷却工艺改造方案的设计和 实施.认识到注水机组的冷却工艺还存在着节能减 排的潜力。如冷却循环泵的输入功率可进一步降 低,将冷却水的室外管路改为土壤冻层下铺设后, 可将注水电机和水泵轴瓦冷却器由开式冷却改为 闭式冷却。每天可减少清水消耗147m 。 参考文献: 【1】王伟.浅谈水源热泵技术的应用….科技情报开发与经济, 2008,18(31):227—228. [2晶,阮力丁,等.大型冷水机组在地源,污水源热 泵系统中的应用『J].制冷与空调,2008,6:8—11. 【3】王芳,范晓伟,周光辉,等.我国水源热泵研究现状【体 机械,2003,31(4):57~59. 【4】王瑞祥,赵彬彬,黄新伟,等.热泵应用及热泵技术分析【J]. 家电科技.2003。6:67—70. 【5】王宇.水源热泵空调系统设计中若干技术问题的探讨【J】.四 川建筑,2003,23(2):69—70. (编辑刘燕1 ( o.,63517) 【u 997,00m ts is to in he to in as by as is to an 200m of is in a of a of n as no as of is to a in o u a a to to in n be 600m in u in of 【
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