胜利油田金色河口实业集团有限公司

油田自动一体化多功能热泵加热装置

一． 产品开发的条件和意义

    现今国际油田价格处于低谷，胜利油田的稠油开采处于亏损状态。许多稠油井产量不高，油品质量比较差 ，达不到管输的条件。只能采用单井拉油的方式。而如今许多油井没有天然气，国家越来越严格的环保要求，煤以及固体的生物颗粒都不能继续使用。只能采用普通电阻加热棒的形式加热，如今许多采油厂对电量的考核相当严格，（有些采油厂已经考核到个人）。另外大部分采油厂的变压器都是50kw，而每口井的抽油机的电量为30kw，其剩余的功率满足不了电阻加热的要求。在此严峻的条件下，急其需要一款节能，环保，安全，高效的新产品来取代老一代的产品。我们的加热装置采用当下最先进的高温空气源热泵来代替老旧的电阻加热棒来提供热源。

    复叠式热泵介绍：

    复叠式热泵是由空气源热泵和高温水源热泵组合而成的一体机，具有空气源热泵和高温水源的优点，主要为解决没有污水余热资源区域的高温热水需求而研发设计的新产品。

空气源热泵作为热泵技术的一种，有大自然能量的搬运工的美誉，具有使用成本低，易操作、制热效果好、安全、干净等多重优势。以无处不在的空气中的能量作为主要动力，通过少量电能驱动压缩机运转，实现能量由空气到水的转移。空气源热泵工作原理是通过压缩机对冷媒工质的压缩，产生高温高压的冷媒蒸气，冷媒蒸气在冷凝器中将水加热，自身被冷却为低温低压的气态冷媒，经过膨胀阀的节流降压，低温低压的气态冷媒变成低温低压的液态冷媒，液态冷媒在蒸发器中吸收空气中的能量，变成冷媒气体被压缩机吸收。如此往复循环，不断完成能量的传递转移。空气源热泵工作原理见图1。高温水源热泵的工作原理与空气源热泵基本相同，也是通过压缩机对冷媒工质的压缩驱动，实现冷媒在蒸发器和冷凝器间的循环，在蒸发器中吸收低温水的热量，然后在冷凝器中将低温水加热，达到生产高温水的目的。

空气源热泵因其自身结构特点和目前压缩机技术的限制，冬季出水温度普遍在60℃以下，能够满足采暖及洗浴热水的需求，但由于工业应用领域需求热水温度偏高，空气源热泵的使用受到一定限制。在有源水余热（35℃左右的源水）的地区可利用高温水源热泵来加热，水源热泵出水温度可超过90℃，但水源热泵受制于源水的限制也未能大规模推广。因此，我们提出了将空气源热泵与水热泵相结合的复叠式热泵方案。空气源热泵吸收空气中的能量将水加热到40℃左右，水源热泵在该40℃的水中吸热，将待加热的水加热到80℃左右（根据用户需求该温度可调）。

冬季环境温度较低时，空气源热泵制取40℃的低温热水进入蒸发水箱，在热水泵A的作用下往回空气源热泵，形成空气源热泵的加热循环。水源热泵在该热水中吸热，将用户端需要的高温水加热到80℃（根据用户需求温度可调），然后通过热水泵B泵入用户，用户出水返回水源热泵，形成水源热泵的加热循环。此时的电动三通阀A和B的通路处于图示的垂直方向。夏季环境温度较高时，空气源热泵可以直接制取80℃的热水供用户使用，此时水源热泵停止运行，空气源热泵出水经蒸发水箱后通过电动三通阀A，由热水泵B泵入用户，用户出水经电动三通阀B返回空气源热泵，此时热水泵A不工作，电动三通阀A和B的通路处于图示的平行方向。

二． 产品优势

    运行费用分析

    以东营市为例。东营市地处中纬度，背陆面海，受欧亚大陆和太平洋的共同影响，属暖温带季风型大陆性气候。基本气候特征为冬寒夏热，四季分明。气温：东营市常年平均气温12.8℃。1月最冷，月平均气温-3.0℃；7月最热，月平均气温26.6℃。年内温差为29.6℃。

    空气源热泵在环境温度12.8℃，出水温度40℃的条件下，性能系数（COP）约为4.2。高温水源热泵在源水温度40℃，出水80℃的条件下，性能系数约为5.0，所以复叠热泵在环境温度12.8℃，出水温度80℃的条件下，性能系数约为5.0/2=2.5。

    以每天将40m3水由30℃加热到60℃为例，需要的热量为4.2*103*40*103*（60-30）/3.6*106=1400kW，连续加热时需要的加热功率为1400/24=58.3kWh。电费按0.85元/kWh计算，则电加热（效率95%）每天将40m3水由30℃加热到60℃需要的费用为1400*0.85/95%=1252.6元，复叠式热泵每天将40m3水由30℃加热到60℃需要的费用为1400*0.85/2.5=476元，每天节省的运行费用为1252.6-476=776.6元。

    我们的设备全部实现自动化管理，有效降低了工人的劳动强度，其基本原理与家用空调类似，安全性大大提高。

   现在边缘井野营房冬天的取暖主要还是靠电热板和电热棒，既浪费电安全性又低。我们的产品可同时满足职工冬天的取暖问题，安全高效。