一种热泵型原油脱水加热系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种热泵型原油脱水加热系统及方法，包含热泵系统、污水换热系统和油水换热系统三个部分；本发明专利技术将原油脱水加热过程中产生的含油污水作为低品位热源，通过热泵转化实现原油加热的目的；本发明专利技术梯级利用余热资源，对油水混合物进行二级加热，便于油水混合物的脱水加热；本发明专利技术中将热泵技术应用到污水余热回收利用中，对污水进行二级换热，提高能源利用率；本发明专利技术中燃气发动机直接利用油气水中分离出来的天然气，提高经济效益；本发明专利技术中利用软化水作为换热中间介质，避免了对设备的污染和腐蚀，提高了系统的经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热泵
，特别涉及一种热泵型原油脱水加热方法。
技术介绍
热泵技术是在高位能的拖动下将热量从低位热源流向高位热源的技术。它可以把不能直接利用的低品位热能(如空气、土壤、水所赋存的热能和太阳能、工业废热等)转化为可利用的高位能，从而达到节约部分高位能(煤、石油、天然气、电能等)的目的。上世纪70年代初期，人们逐渐意识到矿物燃料的储备是有限的。因此，在工农业发展迅速、对能源需求日益加剧的今天，如何高效利用能源、节约能源成为研究的重点。油田在生产过程中产生大量含油污水，这些含油污水的温度往往较高，例如中原油田的含油污水的温度一般在40℃左右，胜利油田的含油污水的温度一般在53℃-57℃左右，大庆油田的含油污水温度也维持在36℃-42℃，这都意味着我国油田含油污水余热的回收利用具有巨大的潜力。由此可见，如何回收利用这部分热能，同时解决由矿物燃料的燃烧而引起的环境污染问题，成为研究的重点。将回收的含油污水余热用于供暖，只解决了很小一部分含油污水的利用问题，仍然有相当多的含油污水的余热被排放到大气中，即造成热污染又浪费资源。一方面，目前我国各主要油田均已达到中、高含水期，油田污水产出量大大增加。虽然含油污水处理后，作为回注水(资源)使用，节约了清水。但是，含油污水蕴含着的大量热能没有得到回收和利用。另一方面，原油的脱水和外输都需要加热，尤其是稠油，由于其粘度较高，必须加热降粘之后才可以外输。用于原油加热的加热炉可分为稠油加热炉、稀油加热炉和热水炉三类，原油加热过程需要消耗大量的能量。目前采用的加热炉形式主要为燃油燃气水套加热炉，水套式加热炉是间接式加热设备，它虽然具有效率高、便于管理、安全可靠等特点，但是这种加热炉的一次能源利用效率一般为85％。显然这种利用燃烧高品位能源获得低品位热能的能量利用方式，它的有用能效率是非常低的。含油污水与原油在加热过程中，其含有的盐、硫、酸等成分会对设备造成严重的腐蚀。原油中的无机盐(主要是氯化钠、氯化镁、氯化钙)在一定温度下水解生成盐酸，盐含量高还会造成装置设备的结垢以及催化剂中毒等问题。腐蚀产物沉积在换热设备表面形成垢层，降低了热效率，增加能源消耗；同时腐蚀导致设备使用寿命降低，检维修费用和检修时间增加，增加了装置的运行成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种热泵型原油脱水加热系统及方法，以解决现有原油脱水加热过程中因使用加热炉而造成的原油能源损耗、含油污水余热利用率低以及原油、污水在换热过程中对设备的腐蚀问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种热泵型原油脱水加热系统，包括双螺杆油气混输泵、气液分离器、油水分离器、污水处理器、压缩机、冷凝器、蒸发器和换热器；所述换热器包含污水与油水换热器、油水与软化水换热器和污水与软化水换热器三个部分；双螺杆油气混输泵的入口连接油井，出口连接气液分离器的入口；所述一种热泵型原油脱水加热系统，包含热泵系统、污水换热系统和油水换热系统三个部分；热泵系统：气液分离器的气相出口与燃气发动机连接，燃气发动机与压缩机连接，压缩机出口连接冷凝器的第二换热管路进口，冷凝器的第二换热管路出口连接蒸发器的第一换热管路进口，蒸发器的第一换热管路出口连接压缩机进口；蒸发器的第二换热管路和污水与软化水换热器的第二换热管路组成回路，冷凝器的第一换热管路和油水与软化水换热器的第二换热管路组成回路，在冷凝器与蒸发器之间设置有膨胀阀；油水换热系统：气液分离器的液相出口连接至污水与油水换热器的第二换热管路进口，污水与油水换热器的第二换热管路出口连接至油水与软化水换热器的第一换热管路进口，油水与软化水换热器的第一换热管路出口连接至油水分离器；污水换热系统：油水分离器的水路出口连接至污水与油水换热器的第一换热管路进口，污水与油水换热器的第一换热管路出口连接至污水与软化水换热器的第一换热管路进口，污水与软化水换热器的第一换热管路出口连接至污水处理器。进一步的，压缩机采用开启式压缩机。进一步的，蒸发器的第二换热管路和污水与软化水换热器的第二换热管路之间经过发动机的水套，利用发动机的水套余热对软化水加热。进一步的，冷凝器的第一换热管路和油水与软化水换热器的第二换热管路组成回路中设置软化水泵。进一步的，蒸发器的第二换热管路和污水与软化水换热器的第二换热管路组成回路中设置软化水泵。进一步的，油水、污水和热泵换热之间采用软化水作为中间介质。一种热泵型原油脱水加热方法，包括：采用双螺杆油气混输泵将油气输送到气液分离器中；经气液分离器分离后，天然气经气液分离器的气相出口与燃气发动机连接；燃气发动机直接利用天然气做功带动压缩机工作；冷凝器的第一换热管路和油水与软化水换热器的第二换热管路组成回路，利用热泵系统对油水混合物进行第二次换热，将温度由50-60℃提升至70-80℃；蒸发器的第二换热管路和污水与软化水换热器的第二换热管路组成回路，使得污水作为热源提供给热泵蒸发器，并使其温度降低至10-20℃；同时软化水在进入蒸发器第二换热管路之前，利用回收的发动机水套余热对软化水加热处理；经气液分离器分离后，40-50℃的油水经气液分离器的液相出口连接至污水与油水换热器的第二换热管路进口；经过污水与油水的换热后，油水升温至50-60℃；油水经污水与油水换热器的第二换热管路出口连接至油水与软化水换热器的第一换热管路进口，利用冷凝器放出的热量，通过软化水作为中间介质，对油水进行第二次加热，此时油水温度达到70-80℃；油水经油水与软化水换热器的第一换热管路出口连接至油水分离器；经过油水分离器分离后，油经过油泵对油进行收集；经油水分离器分离后，60-70℃的污水经污水泵输送后连接至污水与油水换热器的第一换热管路进口，对油水混合物进行加热；换热降温后，经过污水与油水换热器的第一换热管路出口连接至污水与软化水换热器的第一换热管路进口，此时污水作为热源提供给热泵蒸发器，与软化水进行换热，然后经过污水与软化水换热器的第一换热管路出口连接至污水处理器，经污水处理器处理后进行污水排放。与现有的技术相比，本专利技术有以下有益效果：采用双螺杆油气混输泵，可以将油气从长距离油田输送到联合站，避免当时燃烧天然气，或采用两套输送系统降低投资，同时可以起到降低井口压力，提升产量的作用。进一步的，采用热泵回收污水余热对油水混合物进行加热，避免因采用原油加热炉燃烧重油、渣油或燃烧石油天然气等方式，对原油进行升温降粘而造成对原油的损耗，减小环境污染，节能效果明显。进一步的，热泵采用开启时压缩机，压缩机采用燃气发动机驱动，直接利用气液分离器分离的天然气，避免采用电动机耗电带来额外费用。进一步的，经油水分离器分离的污水，经二级换热，先加热油水混合物，而后再作为热源提供给热泵蒸发器，二级换热后水温可以降至10-20℃，避免了原来污水排放的热污染问题。进一步的，油水混合物先与污水进行一次换热，温度升到50-60℃，而后与热泵进行第二次换热，温度提高至70-80℃，这样便于油水分离，同时梯级利用余热资源。进一步的，油水，污水与热泵换热采用软化水作为中间介质，避免原油、污水对热泵换热器的污染和腐蚀，提高热效率、减小能源消耗；同时增加设备使用寿命，减少检修费用，降低设备的运行成本。进一步的，发动机水套余热可以进行回收利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热泵型原油脱水加热系统，其特征在于，包括双螺杆油气混输泵(1)、气液分离器(2)、油水分离器(5)、污水处理器(7)、压缩机(8)、冷凝器(9)、蒸发器(10)和换热器；所述换热器包含污水与油水换热器(3)、油水与软化水换热器(4)和污水与软化水换热器(6)三个部分；双螺杆油气混输泵(1)的入口连接油井，出口连接气液分离器(2)的入口；所述一种热泵型原油脱水加热系统，包含热泵系统、污水换热系统和油水换热系统三个部分；热泵系统：气液分离器(2)的气相出口与燃气发动机(11)连接，燃气发动机(11)与压缩机(8)连接，压缩机(8)出口连接冷凝器(9)的第二换热管路进口，冷凝器(9)的第二换热管路出口连接蒸发器(10)的第一换热管路进口，蒸发器(10)的第一换热管路出口连接压缩机(8)进口；蒸发器(10)的第二换热管路和污水与软化水换热器(6)的第二换热管路组成回路，冷凝器(9)的第一换热管路和油水与软化水换热器(4)的第二换热管路组成回路，在冷凝器(9)与蒸发器(10)之间设置有膨胀阀(12)；油水换热系统：气液分离器(2)的液相出口连接至污水与油水换热器(3)的第二换热管路进口，污水与油水换热器(3)的第二换热管路出口连接至油水与软化水换热器(4)的第一换热管路进口，油水与软化水换热器(4)的第一换热管路出口连接至油水分离器(5)；污水换热系统：油水分离器(5)的水路出口连接至污水与油水换热器(3)的第一换热管路进口，污水与油水换热器(3)的第一换热管路出口连接至污水与软化水换热器(6)的第一换热管路进口，污水与软化水换热器(6)的第一换热管路出口连接至污水处理器(7)。...

【技术特征摘要】
1.一种热泵型原油脱水加热系统，其特征在于，包括双螺杆油气混输泵(1)、气液分离器(2)、油水分离器(5)、污水处理器(7)、压缩机(8)、冷凝器(9)、蒸发器(10)和换热器；所述换热器包含污水与油水换热器(3)、油水与软化水换热器(4)和污水与软化水换热器(6)三个部分；双螺杆油气混输泵(1)的入口连接油井，出口连接气液分离器(2)的入口；所述一种热泵型原油脱水加热系统，包含热泵系统、污水换热系统和油水换热系统三个部分；热泵系统：气液分离器(2)的气相出口与燃气发动机(11)连接，燃气发动机(11)与压缩机(8)连接，压缩机(8)出口连接冷凝器(9)的第二换热管路进口，冷凝器(9)的第二换热管路出口连接蒸发器(10)的第一换热管路进口，蒸发器(10)的第一换热管路出口连接压缩机(8)进口；蒸发器(10)的第二换热管路和污水与软化水换热器(6)的第二换热管路组成回路，冷凝器(9)的第一换热管路和油水与软化水换热器(4)的第二换热管路组成回路，在冷凝器(9)与蒸发器(10)之间设置有膨胀阀(12)；油水换热系统：气液分离器(2)的液相出口连接至污水与油水换热器(3)的第二换热管路进口，污水与油水换热器(3)的第二换热管路出口连接至油水与软化水换热器(4)的第一换热管路进口，油水与软化水换热器(4)的第一换热管路出口连接至油水分离器(5)；污水换热系统：油水分离器(5)的水路出口连接至污水与油水换热器(3)的第一换热管路进口，污水与油水换热器(3)的第一换热管路出口连接至污水与软化水换热器(6)的第一换热管路进口，污水与软化水换热器(6)的第一换热管路出口连接至污水处理器(7)。2.根据权利要求1所述的一种热泵型原油脱水加热系统，其特征在于，压缩机(8)采用开启式压缩机。3.根据权利要求1所述的一种热泵型原油脱水加热系统，其特征在于，蒸发器(10)的第二换热管路和污水与软化水换热器(6)的第二换热管路之间经过发动机(11)的水套，利用发动机(11)的水套余热对软化水加热。4.根据权利要求1所述的一种热泵型原油脱水加热动态，其特征在于，冷凝器(9)的第一换热管路和油水与软化水换热器(4)的第二换热管路组成回路中设置软化水泵(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹锋，王驿凯，束鹏程，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61