1、生產(chǎn)污水余熱資源分析
近年來，由于污水處理系統(tǒng)運(yùn)行的需要，原水一般在聯(lián)合站和注水站之間調(diào)配，考慮生產(chǎn)污水處理和調(diào)運(yùn)過程中的溫降，一般到達(dá)含油污水處理站溫度在 40℃左右。含油污水原水經(jīng)過普通處理站處理后，溫降不超過 2℃，經(jīng)過深度處理站處理后溫降亦不超過 2℃，處理后的水輸送至注水站儲(chǔ)罐時(shí)一般溫降在 2℃～ 4℃，因此達(dá)到注水站后的溫度在 35℃左右。從目前油田生產(chǎn)看，這些低溫污水大部分未能充分利用，僅用于注水井回注，如能將石油生產(chǎn)中的污水余熱資源充分利用，不僅可以降
低原油生產(chǎn)能耗，而且可減少熱污染。生產(chǎn)污水的余熱 按下式計(jì)算
（1）式中，
 
按照設(shè)計(jì)提取污水溫差 10℃計(jì)算，假設(shè)一個(gè)油氣處理站的日處理污水量為 5000t，油田含油污水可用熱能為 2.1×105MJ（理論熱負(fù)荷為 2.43MW），最高日可替代 7.1652 tce，相當(dāng)于5833.33m3 天然氣的熱量，考慮到熱源與用戶的系統(tǒng)關(guān)系，低溫含油污水水源的利用率最高按 60% 考慮，年節(jié)約天然氣約213×104m3，可替代約 1569.18 tce。

2 、生產(chǎn)污水余熱回收方案
隨著油田進(jìn)入開發(fā)后期，采出液中含水體積分?jǐn)?shù)不斷攀升，較多油田已高達(dá) 90% 以上，經(jīng)集中處理站脫水處理后的含油污水產(chǎn)量日益加大，而污水中又含有大量低品位余熱。這些生產(chǎn)污水沒有進(jìn)行充分利用就進(jìn)行大罐存儲(chǔ)、回注或外排，造成余熱浪費(fèi)。同時(shí)，在采出液處理過程中又需要大量熱能以滿足生產(chǎn)需要，油田用熱能溫度一般較低，如采暖及原油加熱、摻水等原油集輸處理要求的工藝溫度一般在 70~90℃左右。由此可見，在石油生產(chǎn)過程中，有良好的污水熱源，同時(shí)也有合適的用熱要求，可以通過余熱回收方式節(jié)約大量能源消耗。同時(shí)把油田低溫水溫度進(jìn)一步降低，可以避開細(xì)菌繁殖最佳溫度，抑制細(xì)菌的滋生對(duì)提高油田注水水質(zhì)起到一定作用。常用污水余熱回收方案是在外排污水中通過應(yīng)用水源熱泵技術(shù)，提取現(xiàn)有污水中外排的余熱，制取中溫?zé)崴�，用于原油換熱器和油管道伴熱，或者作業(yè)區(qū)的生活供暖。
熱泵驅(qū)動(dòng)源可用油田采油伴生氣，在伴生氣供應(yīng)不足的情況下，可補(bǔ)充使用自產(chǎn)原油。熱泵系統(tǒng)通常由熱源污水換熱器、污水以及被加熱介質(zhì)與熱泵之間采用換熱器進(jìn)行能量交換。油氣處理站采出污水處理系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的水源熱泵系統(tǒng)分為壓縮式熱泵和吸收式熱泵兩大類，由于油田環(huán)境不同，設(shè)計(jì)形式也不盡相同。壓縮式熱泵機(jī)組要利用電能等高品位能量壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)工質(zhì)，運(yùn)行成本較高，同時(shí)需要考慮電力增容等，受上述原因的影響，即使節(jié)能效果很好的情況下，其經(jīng)濟(jì)性也會(huì)因?yàn)槭褂脳l件的不同而有很大的不同。
熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇的主要內(nèi)容包括熱源污水用換熱器、循環(huán)水泵、熱泵、加熱介質(zhì)用換熱器的選擇等，關(guān)鍵問題是加熱介質(zhì)用換熱器的形式選擇和原油對(duì)應(yīng)換熱參數(shù)的確定。
（1）加熱介質(zhì)用換熱器的具體結(jié)構(gòu)
加熱介質(zhì)通常為油井產(chǎn)出液，在換熱器中通過軟化水與之換熱。原油成分復(fù)雜，除了含有一定比例的烷類、烴類外，還含有一定比例的水、淤泥，甚至還有細(xì)小粒度的砂石。在換熱器結(jié)構(gòu)上，不能選用板式或者螺旋板式換熱方式，否則易產(chǎn)生原油流通截面堵塞。當(dāng)選用對(duì)流排管式換熱器時(shí)，還需考慮管徑的大小。若管徑太小，會(huì)導(dǎo)致高黏度原油的輸送摩阻過大，需消耗動(dòng)力過多問題；同時(shí)原油流通截面也容易產(chǎn)生堵塞。若管徑過大，由于原油導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)大于水，想要實(shí)現(xiàn)同等換熱負(fù)荷，其換熱面積也會(huì)大很多，從而影響整體項(xiàng)目的總體投資額度及投資回收周期。
（2）原油側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和污垢熱阻的確定
由于原油組成的不確定性，造成表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和污垢熱阻的不確定性。當(dāng)換熱器剛投入運(yùn)行，如果沒有腐蝕，則管內(nèi)原油側(cè)、管外軟化水側(cè)污垢熱阻可暫時(shí)略去不計(jì)。根據(jù)換熱器傳熱系數(shù)公式：
 
在設(shè)備應(yīng)用初期 、 的情況下，可計(jì)算得到原油側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。當(dāng)這組換熱器投入運(yùn)行一段時(shí)間之后，利用式 (1)計(jì)算時(shí)，式中原油軟水換熱器換熱管軟化水側(cè)的污垢熱阻 和換熱管原油側(cè)的污垢熱阻 需要根據(jù)水質(zhì)、腐蝕和結(jié)垢情況調(diào)整。式中 為加熱介質(zhì)換熱器總傳熱系數(shù)，W／ (m2.℃ ) ； 別為管內(nèi)被加熱介質(zhì)側(cè)、管外軟化水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W／(m2.℃ ) ；分別為管內(nèi)被加熱側(cè)、管外軟化水側(cè)污垢熱阻，W／(m2.℃)；分別為管內(nèi)被加熱側(cè)、管外軟化水側(cè)傳熱面積，m2。
（3）被加熱介質(zhì)換熱器換熱面積的確定
假設(shè)被加熱介質(zhì)的質(zhì)量流量為  ，軟化水進(jìn)出口溫度為  ，進(jìn)出口溫度分別為 ，則對(duì)數(shù)平均溫度和被加熱介質(zhì)的有效熱負(fù)荷Q計(jì)算式為：
 
加熱介質(zhì)換熱器換熱面積 的計(jì)算式為：

生產(chǎn)污水換熱器的換熱量和換熱面積可參考被加熱介質(zhì)用換熱器。根據(jù)兩種換熱器的熱力計(jì)算結(jié)果，即可確定熱泵機(jī)組的制熱量和機(jī)組數(shù)量，以及循環(huán)水泵的流量、揚(yáng)程、配備功率等。

3、適用性分析
由于油田區(qū)域內(nèi)的許多用熱點(diǎn)位與含油污水水源點(diǎn)位各自相對(duì)獨(dú)立布局，其間的距離不同，同時(shí)各用熱點(diǎn)分散，熱負(fù)荷較小。根據(jù)各用熱點(diǎn)位的負(fù)荷、污水管線的投資、含油污水增壓泵的電耗等幾個(gè)方面來確定含油污水水源點(diǎn)位與用熱點(diǎn)位之間的合理距離，不同規(guī)模的熱泵機(jī)組泵體和含油污水回收應(yīng)用配管的投資初步預(yù)算。
生產(chǎn)污水回收應(yīng)用中，應(yīng)控制污水管道的投資，原則上不應(yīng)高于熱泵機(jī)組泵體的投資，污水增壓泵的電耗不應(yīng)高于熱泵機(jī)組電耗的 10%，為此確定不同規(guī)模的熱泵機(jī)組與含油污水熱源之間合理距離。
此外，油田生產(chǎn)污水機(jī)械雜質(zhì)含量和礦化度較高，對(duì)管道腐蝕嚴(yán)重。為避免油田采出污水對(duì)熱泵系統(tǒng)的腐蝕，通常在采出污水和熱泵機(jī)組之間需要應(yīng)用特制的耐腐蝕換熱器，采用清水作為中間介質(zhì)進(jìn)行換熱。熱泵系統(tǒng)具體應(yīng)用于油田生產(chǎn)污水余熱回收和加熱原油時(shí)，還需考慮熱泵的工作范圍應(yīng)兼顧到含油污水溫度和加熱原油出口溫度約束，且在此工作范圍內(nèi)具有較高效率，與傳統(tǒng)燃?xì)馊加图訜釥t相比具有較好的經(jīng)濟(jì)性，以及驅(qū)動(dòng)源來源方便，能很好地適應(yīng)復(fù)雜多變的原油加熱工作環(huán)境，同時(shí)解決含油污水、原油在換熱過程中對(duì)設(shè)備的腐蝕、堵塞和結(jié)垢等問題。

4、小結(jié)
本文開展的油田生產(chǎn)污水低品位熱能的回收方案探討，可利用熱泵技術(shù)合理利用生產(chǎn)污水中的低溫?zé)崮埽�能夠滿足油田公寓取暖、管道伴熱和原油換熱等方面需要。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)過不斷創(chuàng)新、突破、完善，可推進(jìn)污水余熱資源回收再利用的發(fā)展，提高余熱利用的綜合經(jīng)濟(jì)效益，為油田污水處理提供了一條新途徑，為探索可再生能源拓展了新的空間，其發(fā)展?jié)摿�巨大�?BR>
作者：張景山，鄧雄，建敏， 藏薇， 隋志成