本期分享优秀案例冰轮环境技术股份有限公司《东北某油田高温水源热泵改造项目》，该项目获得2024“节能杯”第九届热泵系统应用设计大赛“热泵工业最佳应用奖”。

低温原油输送难

东北某油田企业，有800余吨/h的24℃净化污水可供余热回收利用，由于地处东北，冬季环境温度低，开采的原油粘度大，输送较困难，通常采用伴热的方式来提高原油温度，便于输送。

针对上述情况，此项目采用高温水源热泵机组，提取净化污水热量，使其降温至18℃排放，制取的70℃高温热水用于原油伴热，多余的热量供给冬季采暖使用。

现场照片如下：

甲方要求

该项目油田开采过程产生的含油污水（已净化处理），流量约为800吨/h，水温常年稳定在24℃左右；用热侧的需求温度则是70℃左右，主要用热工艺是原油伴热、脱水加热、采暖等。目前主要是通过蒸汽换热器间接加热，来实现上述用热需求，热量供给的成本较高。用户希望回收低温热源水（净化污水）的热量，通过热泵制取高温热水，替代蒸汽加热。

配置高温热泵机组

该项目采用的设备是冰轮环境设计和生产的高温热泵机组两套，并配套隔离板换、原油换热器、采暖换热器、水处理装置、水泵等设备，实现制取高温热水的需求。制取的高温热水通过多个换热器，分别实现原油伴热、脱水加热、反冲洗、供暖等多种功能。

由于设备种类数量较多，为降低现场施工难度，前期进行集成化系统设计，将所有设备按照功能划分成为多个撬块，每个撬块是一个整体，内部连接在出厂前已经完成，以撬块为单位整体运输至项目现场，然后只需要进行撬块和撬块之间的连接即可。

设计方案

该项目采用R134a作为高温热泵的制冷剂，这是一种广泛应用于空调领域且属环保型的冷媒，通常在热泵中应用于85℃以下的温区。根据项目需求，配备了两台离心式高温热泵机组，工作流程为：热源水经由污水板换向内循环侧循环水传递热量，使进入热泵机组蒸发器的内循环水温度降低5℃，其间热量被R134a制冷剂吸收并蒸发为气态，随后在压缩机中被压缩成高温高压气体，进入冷凝器释放高热量，从而加热用热侧的循环水至70℃。

这些70℃热水有三个主要用途：一是通过原油加热器提升原油温度以促进输送；二是通过采暖换热器加热采暖末端循环水；三是通过脱水加热器、反冲洗换热器等设备向其他用热末端供应热量。

单台离心式高温热泵机组具备2.7MW的制热量，两台合计达到5.4MW，设计工况下的制热COP超过3.3。机组借助变频技术和旁路回流机制，能够依据末端热负荷的变化，灵活调节30%至100%的载荷范围。除核心的热泵机组与换热器外，系统还集成了全自动水处理系统以及一体化地沟水回收装置等辅助设施。

实际使用效果

节能降本

项目改造前，采用高品位蒸汽进行加热，而实际所需的用热温度仅为70℃左右，因此使用蒸汽加热显得相对浪费。改造方案聚焦于采用离心式热泵机组，通过回收低品位水源中的热量来制取70℃热水，精准匹配了实际的用热温度需求，从而直接替代了蒸汽加热方式，显著提高了能源利用效率。

此外，考虑到热泵作为用电设备，在年运行时间达到8000小时的情况下，其运行费用约为916万元。相比之下，若同等热量由锅炉蒸汽提供，则年能耗费用将高达1728万元。因此，经过改造后，年运行费用能够节省约812万元，不仅实现了节能目标，同时也为用户企业大幅削减了能源成本。

环保减排

改造前，该油田的用热均由锅炉蒸汽提供，制取蒸汽的过程产生了环境污染和二氧化碳等温室气体排放。改造后，热泵机组制取热水替代了蒸汽加热，热泵仅消耗电能，以年运行8000小时计算，一年可减少二氧化碳排放达1.7万吨。

热源水净化污水热量过去直接随污水排放而浪费，现在通过该系统回收这部分低品位热源，减少了能源浪费，并通过能源回用，提升了能源利用效率，间接产生了可观的环保效益。

用户评价

该项目已连续运行3年多时间，运行期间，总计实现减排二氧化碳5万余吨，总计节省能耗费用2000余万元。用户对该项目运行效果很满意，并且有意愿在其他同类油田场景复制推广。