高溫水源熱泵在大港油田中的應用

　　摘要：本文對高溫水源熱泵應用于大港油田的案例進行了應用分析，在經濟性等多方面比替代方案具有巨大的優勢。

　　一、項目概況

　　大港油田集團鉆井工程公司第一鉆井公司位于天津大港，現有地熱井一口，地熱水出水水溫為55℃，水量為25t/h，2003~2004年采暖季采用北京清源世紀科技公司生產的高溫水源熱泵一臺，總供熱面積為8500㎡，其中5500㎡為平房面積，辦公樓面積為3000㎡。在2003年之前，采用地熱水直接供熱的方式，供熱效果不佳;采用高溫水源熱泵后，經過一個采暖季的實際運行，供熱效果良好，超過了原定設計要求。

　　二、負荷計算

　　經查有關規范，該地區冬季采暖室外計算溫度為-9℃，室內計算溫度為18℃。負荷指標辦公樓按照60W/㎡來計算;平房按照100W/㎡來計算。

　　辦公樓總供暖面積：F=3000㎡

　　辦公樓總熱負荷：Q=q×F=60×3000=180kW

　　平房總供暖面積：F=5500㎡

　　平房總熱負荷：Q=q×F=100×5500=550kW

　　三、現狀分析

　　大港油田集團鉆井工程公司第一鉆井公司總供熱面積為8500㎡，2003年采暖季以前采用地熱水直接供暖，地熱水直接供暖地熱水的可用溫降是有限的，按天津地區地熱供暖的經驗，末端為散熱器片的供暖系統地熱水的最低排放溫度不宜低于35℃，按此計算地熱水供暖時可放出的熱量為：Q=25×(55-35)×1.163=582kw，與系統最大熱負荷730kw相比差了20%;實際供暖中因供暖用戶較分散，供暖的供、回水主管道均為室外架空敷設，熱損較大，同時系統多年來未做大的改動，存在漏水及較為嚴重的結垢現象，散熱效果不好，供熱系統不是按此低供、回水溫度運行工況設計的，散熱器的散熱面積不足，這些原因導致供熱不足達40%，供暖時室內溫度多在12℃以下，嚴重影響了正常工作。

　　四、供暖方案

　　55℃地熱水首先通過原系統供給平房，盡可能釋放熱量后進入熱泵，經板式換熱器與循環水進行熱量交換，進行完熱量交換的循環水進高溫水源熱泵機組經熱量提升后，輸出75℃高溫熱水供給末端為散熱器片的3000㎡辦公樓供暖。地熱水供應平房溫度降低后，進入、板換之前溫度降低至不足36℃。

　　辦公樓里共有118個房間，該公司的大多數職工在該樓內辦公，對環境要求較高，平房部分夜間大多無人居住因而相對對供熱效果要求較低，所以，本項目的關鍵在于：在徹底解決辦公樓供暖問題的同時很好的改善平房系統的供熱效果。

　　改造方案的實施主要包括下列內容：

　　1.將原供熱系統分成兩套系統，分別為辦公樓系統與平房供熱系統，原平房供熱系統沿用地熱水直接供暖的方式不變，重新敷設供、回水主管道，作好管道的外保溫，通過計算后增加平房供熱系統末端散熱器片的面積，全部地熱水首先為平房系統供熱，地熱水可放熱582kw，考慮管網熱損，基本能滿足550kw平房系統最大熱負荷的需求。

　　2.為防止地熱尾水對熱泵機組的蒸發器造成腐蝕，辦公室供熱系統設鈦合金板式換熱器，為平房系統供熱后的地熱尾水進入板換與熱泵蒸發器側的循環水進行熱量交換，經熱泵機組的壓縮機作功在冷凝器放熱同時輸出75℃的高溫熱水為辦公室供暖，熱泵蒸發器側的循環水及辦公室供暖系統循環水均采用軟化水，避免了地熱水的腐蝕及熱泵機組、系統管網的結垢。

　　3.在辦公樓供暖系統中增設補水定壓系統、循環系統;

　　主要設備的電功率：

　　QYHP-220H高溫水源熱泵：66kW

　　循環水泵(一用一備)：1.5kW

　　熱源水循環泵(一用一備)：1.5kW

　　補水泵(一用一備)：1.1kW

　　實際工況驗算：

　　25t/h，55℃的地熱水經過平房后，溫度降低至36℃后，釋放的能量為：

　　Q=582kW，考慮管網熱損，基本能滿足550kw平房系統最大熱負荷的需求。

　　QYHP-220H高溫水源熱泵機組在此設計工況下，實際制熱量為193kW，完全能夠滿足辦公樓在最冷天氣下的供暖需求。

　　五、經濟性分析

　　根據一個采暖季的運行情況分析，高溫水源熱泵機組的工作情況良好，由于熱泵本身具有完備的自動控制功能，運行管理人員根據天氣情況，自行設定熱泵的出水溫度，使熱泵的平均COP得到了很大的提高，例如在天氣不太冷的情況下，將熱泵的出口溫度設定為55℃，此時熱泵的COP達到了5以上，節能性非常好。

　　在下面的計算中，我們考慮熱泵系統(已經考慮水泵的耗電情況)的采暖季平均COP為3.8;電價：該項目電價采用大工業電價：0.45元/kW.h;供暖時間為120天/年

　　平均熱指標：考慮按照24小時不間斷供熱的平均熱指標為32w/㎡。

　　該項目的全年運行費用為(不考慮地熱水費)：32740

　　每平方米平均為：10.91元/㎡

　　如果不采用高溫水源熱泵，該地區將采用燃油鍋爐(取效率為90%)，則全年運行費用為：108336元，折合為單位供暖面積為：36.11元/㎡,運行費用是熱泵的330%。

　　采用高溫水源熱泵系統，在投資回報方面具有極佳的優勢。

　　六、項目特點

　　1.余熱利用、經濟節能

　　本項目充分利用了地熱尾水中的熱能，使一口井發揮了兩口井的用處，不僅滿足了供暖的需求，同時使地熱水的尾水溫度明顯降低，有利于油田對這些地熱水的進一步利用。

　　2.綠色環保、效益顯著

　　采用地熱水加高溫水源熱泵取代燃油鍋爐可取得很好的環保效應和經濟效應，避免了燃油鍋爐對環境的污染。同時沒有安全問題。

　　3.優化系統、節約泵耗

　　原方案是采用地熱水直供的方式，地熱水對系統存在這嚴重的腐蝕，據現場實際情況，大約只用了兩年，外網管道便全部蝕穿。現在供暖系統中最重要的辦公樓系統改為間供，大大降低了供熱系統的檢修費用。同時，直供改間供，也會帶來水泵電耗的極大降低，該項目中的循環水泵電耗只要1.5kW。

　　4.重點突出，兼顧其余

　　經改造后，不僅實現了辦公樓采暖的需要，原列為次要的平房部分的供暖問題也得到了很好的解決，優化了工作環境，得到上全部職工的好評。

　　5.一機多用，節約資金

　　在該項目中，利用高溫水源熱泵提供冬季供暖的同時，還可提供夏季制冷，尚有100KW的制冷能力，可約為1000㎡普通建筑物實施夏季供冷，一機多用,從而避免了中央空調系統的重復投資,提高了設備的利用率。

　　6.性能穩定、高度自控

　　高溫水源熱泵運行自動化程度高，便于操控,運行人員少，經現場人員反映，只需設定好出水溫度，熱泵的壓縮機就會根據回水溫度自動的實現上載和下載，節能程度非常好。