一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺及设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺及设备。该工艺首先将油田采出水由污水罐送入采出水低压换热蒸发器管程，采出水低压换热蒸发器的壳程中有低压清水，吸热汽化后进入低压吸收器壳程，被浓溴化锂溶液吸收后成为稀溴化锂溶液并放出热量，稀溴化锂溶液经防腐水泵升压后送至直燃式发生器被加热至沸腾，汽化后的常压水蒸汽经管道送至常压冷凝器壳程；本发明从油田采出水中提取部分热能，在直燃热泵驱动升温后用于生产或生活，不仅能使油田采出水低品位热能得到高效利用，而且系统热效率约为1.85，约为普通加热炉的2.3倍，相比现有技术，三次提高了制热系数，省去了两个流程及水泵，解决了油田采出水的腐蚀和结垢问题。
【专利说明】一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低品位热能利用的工艺及设备，特别涉及一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺及设备。
【背景技术】
[0002]我国能源消费以煤和石油为主，环境问题日益突出，是世界第二大能源消费国。造成的烟尘和二氧化硫排放量，分别占全国总排放量的70%和90%，二氧化硫排放形成的酸雨面积已占国土面积的三分之一。
[0003]发改委要求加强陆上石油天然气工业在勘探、开发、生产、建设中的节能科技和节能理论、方法的研究。降低油气处理过程中的能耗，简化油气处理的工艺流程，尽量采用多功能合一的高效节能处理设备，建设油田联合处理站。研究采用高效污水处理方法，回收污水中的含水原油，回注合格的净化水；推广热泵技术回收油田采出水的低温热量。
[0004]我国有大量的分离含水原油后的采出水回注，出站前温度为4(T60°C，仅胜利油田就3亿吨/年；由此可见，我国油田采出水的低位热回收潜力巨大。人们一直在关注着如何回收利用这部分热能来为油田的生产和生活服务，同时解决因燃烧原油或天然气造成的污染问题(同时因为原油和天然气对我国来说属于稀缺资源，因此有必要节约使用)。这部分热能的特点是品位比较低，利用热泵来提高其温度，可以节约大量的天然气和原油。相当多的采出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，随着油田的开发进入中后期，油井的含油污水水量越来越大；另一方面，输油管线伴热、含水原油脱水工艺、含水原油外输加热、冬季联合站、采油队大量的建筑物需要供暖。目前上述供热主要形式是采用燃气燃油锅炉，少量采用燃煤锅炉，这种形式的能量利用方式实际是采用燃烧高品位燃料能源获得低品位热能，能源效率较低，这种加热炉的能源利用热效率在80%左右，夕^效率仅在30%左右。基于上述考虑，采用压缩式热泵或吸收式热泵用于输油伴热、原油脱水、原油加热及生活供暖是一个必须解决的课题。油田采出水压缩式热泵已在油田生产和生活中成功的得到了应用，取得了显著地节能和环保效果，但压缩式热泵采用电驱动，电价较高，而天然气内部价格较低使得设备回收期较长(2— 3年)，制约了生产单位推广的积极性，而直燃吸收式热泵可以实现燃料燃烧直接驱动，不需要用电动机驱动压缩机，可实现综合制热系数1.6— 2，比目前炉子80%左右的效率提高一倍以上。
[0005]几年来的实践证明，采用直燃吸收式热泵，被加热含水原油或水温度可以达到80°C以上，同时还具有比较高的能效比(1.8左右)。
[0006] 前几年，胜利、中原等油田都进行了油田采出水直燃式热泵供暖或含水原油脱水及外输加热的试验及应用，虽然取得了较高的能效比，但由于大多数油田采出水对金属腐蚀性强，结垢严重，因此在应用中为了设备的安全，在低压蒸发器前加了清水循环换热系统，因而也使得增加了一级温差和循环泵功；对于含水原油的脱水加热，也采用了先用直燃式热泵加热清水，再用清水加热含水原油的工艺，因此存在以下问题:1、采出水换热器腐蚀严重、穿孔，后采用度钛金换热管，但造价太高；2、采出水换热器结垢严重，一至两年后堵塞无法使用；3、采出水一清水换热器使得进入直燃式热泵油田采出水低压换热蒸发器的温度仅有35— 40°C，比采出水温度降低了 8 — 10°C ;4、采出水一清水换热流程需要水泵长期运行；5、含水原油一高温清水换热器使得含水原油最终达到的温度比采出水直燃式热泵中高温清水出口降低了 20— 80°C，熵增较大，降低了制热系数；6、含水原油一高温清水换热器流程需要水泵长期运行；7、低压吸收器、常压冷凝器中温差没有梯次利用，增加了系统的熵增。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺及设备，相比现有技术，三次提高了制热系数，省去了两个流程及水泵，解决了油田采出水的腐蚀和结垢问题。
[0008]本发明提到的一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺，该工艺是通过以下各流程实施的:
首先，首先，将油田采出水由污水罐送入采出水低压换热蒸发器管程，所述污水罐的出罐表压为0.06MPa,油田采出水放热降温后进入采出水外排泵站管线:采出水低压换热蒸发器的壳程中有低压清水，吸热汽化后进入低压吸收器壳程，被浓度为60%的浓溴化锂溶液吸收后成为浓度为52%的稀溴化锂溶液并放出热量，稀溴化锂溶液经防腐水泵升压后送至直燃式发生器；浓度为52%的稀溴化锂溶液在直燃式发生器中被加热至140至180°C沸腾，汽化后的常压水蒸汽经管道送至常压冷凝器壳程，放热凝结成水后经第一节流阀降压后送至采出水低压换热蒸发器壳程吸热汽化；
其中，浓度为52%的稀溴化锂溶液在直燃式发生器中被加热沸腾浓缩至浓度为60%，浓溴化锂溶液经第二节流阀降压后送至低压吸收器壳程；
另外，含水原油首先进入低压吸收器壳程，吸收油田采出水低压换热蒸发器送来的低压水蒸汽凝结放出的热量，再送至常压冷凝器吸收直燃式发生器送来的常压水蒸汽凝结放出的热量，达到脱水工艺或外输工艺所需温度后送至联合站沉降罐或外输。
[0009]上述的油田采出水低压换热蒸发器采用防腐防垢的石墨管或石墨块孔为换热元件。
[0010]本发明提到的一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵设备，包括直燃式发生器、常压冷凝器、第一节流阀、采出水低压换热蒸发器、低压吸收器、防腐水泵、第二节流阀，所述的采出水低压换热蒸发器的输出端通过管线连接到低压吸收器，输入端连接油田采出水管道，通过采出水低压换热蒸发器吸收油田采出水的低品位热量；采出水低压换热蒸发器内腔的低压清水，吸热汽化后进入低压吸收器壳程；所述的低压吸收器的输出端通过防腐水泵连接到直燃式发生器，直燃式发生器的底部通过第二节流阀连接到低压吸收器，直燃式发生器的顶部通过管线连接到常压冷凝器，常压冷凝器的底部通过第一节流阀连接到采出水低压换热蒸发器；含水原油管线首先经过低压吸收器的换热盘管，然后经过常压冷凝器的换热盘管，实现多次加热提温。
[0011]上述的油田采出水低压换热蒸发器采用防腐防垢的石墨管或石墨块孔为换热元件。
[0012]本发明与现有技术相比，其有益效果如下: 1、采用石墨管壳式或块孔式油田采出水换热器防止采出水对换热器的腐蚀，该石墨管内表面结垢很少并能在水流冲击下自动脱落；
2、简化工艺流程，去掉采出水一清水换热流程，低压蒸发器的温度可达40—50°C，减少了换热温差，第一次提高了制热系数；
3、含水原油直接进入采出水直燃式热泵，以减少中间设备和传热温差，第二次提高了制热系数，省去了含水原油一高温清水换热器流程需要的水泵，节能的同时使含水原油加热系统大大简化；
4、含水原油与低压吸收器、常压冷凝器梯次换热，减小了系统的熵增，第三次提高了制热系数；
本发明所述工艺及设备能效比高、环保、运行压力低，系统相对简单、可靠、含水原油出口温度高，运行费用低、耐腐蚀、不结垢、可稳定提供输油管线伴热、含水原油脱水、外输原油加热或生活供暖热源的工艺和设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]附图1是本发明的结构示意图；
上图中:直燃式发生器1、常压冷凝器2、第一节流阀3、采出水低压换热蒸发器4、低压吸收器5、防腐水泵6、第二节流阀7，油田采出水a，含水原油b。
【具体实施方式】
[0014]结合附图1，对本发明作进一步的描述:
本发明提到的一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺，该工艺是通过以下各流程实施的:
首先，将油田采出水a由污水罐送入采出水低压换热蒸发器4管程，所述污水罐的出罐表压为0.06MPa,油田采出水放热降温后进入采出水外排泵站管线:采出水低压换热蒸发器4的壳程中有低压清水，吸热汽化后进入低压吸收器5壳程，被浓度为60%的浓溴化锂溶液吸收后成为浓度为52%的稀溴化锂溶液并放出热量，稀溴化锂溶液经防腐水泵6升压后送至直燃式发生器I ;浓度为52%的稀溴化锂溶液在直燃式发生器I中被加热至140至180°C沸腾，汽化后的常压水蒸汽经管道送至常压冷凝器2壳程，放热凝结成水后经第一节流阀3降压后送至采出水低压换热蒸发器4壳程吸热汽化；
其中，浓度为52%的稀溴化锂溶液在直燃式发生器I中被加热沸腾浓缩至浓度为60%，浓溴化锂溶液经第二节流阀7降压后送至低压吸收器5壳程；
另外，含水原油b首先进入低压吸收器5壳程，吸收油田采出水低压换热蒸发器4送来的低压水蒸汽凝结放出的热量，再送至常压冷凝器2吸收直燃式发生器送来的常压水蒸汽凝结放出的热量，达到脱水工艺或外输工艺所需温度后送至联合站沉降罐或外输。
[0015]上述的油田采出水低压换热蒸发器采用防腐防垢的石墨管或石墨块孔为换热元件。
[0016]本发明提到的一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵设备，包括直燃式发生器1、常压冷凝器2、第一节流阀3、采出水低压换热蒸发器4、低压吸收器5、防腐水泵6、第二节流阀7，所述的采出水低压换热蒸发器4的输出端通过管线连接到低压吸收器5，输入端连接油田采出水管道，通过采出水低压换热蒸发器4吸收油田采出水的低品位热量；采出水低压换热蒸发器4内腔的低压清水，吸热汽化后进入低压吸收器5壳程；所述的低压吸收器5的输出端通过防腐水泵6连接到直燃式发生器I，直燃式发生器I的底部通过第二节流阀7连接到低压吸收器5，直燃式发生器I的顶部通过管线连接到常压冷凝器2，常压冷凝器2的底部通过第一节流阀3连接到采出水低压换热蒸发器4 ;含水原油管线首先经过低压吸收器5的换热盘管加热到65°C，然后经过常压冷凝器2的换热盘管加热到78°C，实现多次加热提温。
[0017]本发明采用上述工艺流程后，利用油田联合站油水分离后产生的油田采出水低品位热能和部分燃料热能，能实现将含水原油由50°C左右加热到80°C以上。油田采出水直燃式热泵工艺及设备的低温热源是油田采出水，温度、流量稳定，是一种理想的低温热源。与现有强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺相比三次提高了制热系数，省去了两个流程及水泵，解决了油田采出水的腐蚀和结垢问题。
【权利要求】
1.一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺，其特征是:该工艺是通过以下各流程实施的: 首先，将油田采出水(a)由污水罐送入采出水低压换热蒸发器(4)管程，所述污水罐的出罐表压为0.06MPa，油田采出水放热降温后进入采出水外排泵站管线:采出水低压换热蒸发器(4)的壳程中有低压清水，吸热汽化后进入低压吸收器(5)壳程，被浓度为60%的浓溴化锂溶液吸收后成为浓度为52%的稀溴化锂溶液并放出热量，稀溴化锂溶液经防腐水泵(6)升压后送至直燃式发生器(I);浓度为52%的稀溴化锂溶液在直燃式发生器(I)中被加热至140至180°C沸腾，汽化后的常压水蒸汽经管道送至常压冷凝器(2)壳程，放热凝结成水后经第一节流阀(3)降压后送至采出水低压换热蒸发器(4)壳程吸热汽化； 其中，浓度为52%的稀溴化锂溶液在直燃式发生器(I)中被加热沸腾浓缩至浓度为60%，浓溴化锂溶液经第二节流阀(7)降压后送至低压吸收器(5)壳程； 另外，含水原油(b)首先进入低压吸收器(5)壳程，吸收油田采出水低压换热蒸发器(4)送来的低压水蒸汽凝结放出的热量，再送至常压冷凝器(2)吸收直燃式发生器送来的常压水蒸汽凝结放出的热量，达到脱水工艺或外输工艺所需温度后送至联合站沉降罐或外输。
2.根据权利要求1所述的一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵工艺,其特征是:所述的油田采出水低压换热蒸发器(4)采用防腐防垢的石墨管或石墨块孔为换热元件。
3.一种强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵设备，其特征是:包括直燃式发生器(I)、常压冷凝器(2)、第一节流阀(3)、采出水低压换热蒸发器(4)、低压吸收器(5)、防腐水泵(6)、第二节流阀(7)，所述的采出水低压换热蒸发器(4)的输出端通过管线连接到低压吸收器(5)，输入端连接油田采出水管道，通过采出水低压换热蒸发器(4)吸收油田采出水的低品位热量；采出水低压换热蒸发器(4)内腔的低压清水，吸热汽化后进入低压吸收器(5)壳程；所述的低压吸收器(5)的输出端通过防腐水泵(6)连接到直燃式发生器(1)，直燃式发生器(I)的底部通过第二节流阀(7)连接到低压吸收器(5)，直燃式发生器(I)的顶部通过管线连接到常压冷凝器(2)，常压冷凝器(2)的底部通过第一节流阀(3)连接到采出水低压换热蒸发器(4);含水原油管线首先经过低压吸收器(5)的换热盘管加热到65°C，然后经过常压冷凝器(2)的换热盘管加热到78°C，实现多次加热提温。
4.根据权利要求3所述的强腐蚀高矿化度油田采出水直燃式热泵设备，其特征是:所述的油田采出水低压换热蒸发器(4)采用防腐防垢的石墨管或石墨块孔为换热元件。
【文档编号】F25B15/06GK104075481SQ201410296117
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】周立超, 陈泽华, 孟鑫, 周迎梅 申请人:周立超, 陈泽华, 孟鑫, 周迎梅