Совершенствование схемы теплонасосной установки для системы теплоснабжения на месторождении Кенбай

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Западно-Казахстанский аграрно-технический университет

им. Жангир хана, г. Уральск

Совершенствование схемы теплонасосной установки для системы теплоснабжения на месторождении Кенбай

Рахимова Л.А.,ст.преп

Джусупкалиева Р.И., ст.преп.

Аткешев А.А., магистрант

Аннотация

В статье рассмотрен вопрос предварительного обезвоживания нефти в установке с применением тепловых насосов для систем теплоснабжения. По результатам анализа показаны преимущества и недостатки данных устройств.

Ключевые слова: cкважинная продукция, разделение суспензий, нефть, газ, вода, установка предварительного сброса воды, продукты разделения. теплоснабжение, насос тепловой, теплообменник, хладагент, испаритель.

Т?йін

Б?л ма?алада жылумен жабды?тау ж?йелеріне арнал?ан жылу сораптарын ?олдану технологиясына талдау жасалын?ан. Б?л талдау н?тижесінде атал?ан ??рыл?ыларды? арты?шылы?тары мен кемшіліктері к?рсетілген.

Rezume

In this article the analysis and the formulation of the technology of application of heat pumps for the systems of the heat supply. By results of the analysis shows the advantages and disadvantages of these devices.

Энергосбережение - одна из основных проблем, решаемых мировым сообществом в настоящее время. Преследуются две цели - сохранение невозобновляемых энергоресурсов и сокращение вредных выбросов в атмосферу продуктов сгорания, являющихся, в частности, основным фактором глобального потепления. Одним из важнейших направлений решения указанной проблемы является использование энергосберегающих технологий на основе применения тепловых насосов. Тепловые насосы, осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, утилизируют низкопотенциальную теплоту естественных, промышленных и бытовых источников, генерируют теплоту высокого потенциала, затрачивая при этом в 1,2 - 2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива.

На месторождении Кенбай существует обычная система сбора и внутрипромыслового транспорта нефти. Дополнением к ней был предусмотрен промежуточный подогрев нефти на групповой установке для обеспечения её транспортировки до головных сооружений. В зависимости от времени года подогрев нефти на ГУ осуществляется до температуры 50-65°С. Для работы печи, часть нефти из общего потока отводится на газосепаратор, где происходит частичная сепарация и отбор газа. Отбор газа и работа печи автоматические. Нефть из газосепаратора соединяется с общим потоком. На УСП продукция с нескольких ГУ поступает в сепарационную установку первой ступени, где происходит отделение жидкости от газа при давлении 0,6МПа. Отделившийся нефтяной газ поступает в аналогичную сепарационную установку для удаления из него взвешенной влаги и направляется в газосборный коллектор для транспортировки его по газопроводу. Вторая сепарациооная установка одновременно является и резервной на случай пропарки и ремонта рабочей. Нефть с обводненностью до 30% из сепарационпой установки за счет избыточного давления поступает в обезвоживающую установку типа УДО, где осуществляется термохимическое обезвоживание. Нагрев эмульсии производится до 80°С, время отстоя -- 2 часа. В установку вводится химический реагент диссольван с удельным расходом 50 грамм на тонну нефти. Обезвоженная нефть с остаточным содержанием воды 1-2% из УДО автоматически сбрасывается в буферную емкость и откачивается насосами на головные сооружения промысла - вторую ступень сепарации электрообезвоживания и обессоливания. Пластовая вода из обезвоживающей установки сбрасывается в напорный отстойник для улавливания взвешенной нефти, а затем за счет избыточного давления поступает на площадку подготовки..

Нефть со скважин поступает на «Спутник» уже остывший с низкой температурой (20-30°С), поэтому часто происходит забивание загустевшей нефтью и парафином переключателя скважин (ПСМ) и замерной емкости типа «импульс». Для нагрева переключателя скважин от линии горячей нефти, идущей в нефтесборный коллектор к «Спутник» были проложены байпасные линии, по которым постоянно циркулируется горячая нефть. В качестве буферной емкости на групповой установке, где происходит первая ступень сепарации нефти, используется емкость 50-80 м. Буферная емкость оборудуется линиями ввода и выхода нефти и газа, предохранительными клапанами и автоматом откачки. Для предупреждения застывания нефти в буферной емкости к последней подведена линия горячей нефти, после печи групповой установки применяются насосы 9МГР, однако центрабежные насосы обеспечивают нормальную откачку нефти только при непрерывной работе. Если же насос остановить на непродолжительное время (до 1 часа), нефть в насосе застывает и пустить его в работу без подогрева не представляется возможным. Для подогрева нефти на групповых установках применяются огневые трубчатые печи с поверхностью нагрева 58м2 конструкции «Гипрогрознефть».

Тот факт, что при проведении сепарации в оптимальных условиях нефти может быть получено на 3-5% больше, не всегда учитывается на промыслах.

Выбор оптимальных условий сепарации определяется целью процесса: это или

1) максимально возможный выход нефти из единицы объема смеси или

2) максимальное содержание пропан-бутановых (С₃-С₄) фракций в газе сепарации.

В первом случае газ используется как топливо. Во втором - газ идет на переработку и ее эффективность в значительной мере зависит от наличия пропан-бутановых компонентов в товарном газе промысла. Потери в весе товарной нефти в данном случае окупаются утилизацией пропан-бутановых фракций.

Актуальным с точки зрения ускорения процесса обезвоживания и исключения возможности потери нефти является необходимость подогрева для повышения эффективности процессов очистки скважинной продукции за счет уменьшения рабочего времени на получение единицы продукции и снижения материальных и энергетических затрат при улучшении качества продукции.

Поэтому расширение области применения и повышения эффективности тепловых устройств является одним из острых проблем внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий и защиты окружающей среды.

Учитывая эти обстоятельства, на месторождении Кенбай предлагается для получения тепла вместо огневых трубчатых печей использовать тепловые насосы, работающие с использованием низкопотенциальной энергии скважинной продукции и применение конструкции теплообменного аппарата опытной установки с тепловым насосом для теплоснабжения установок предварительного сброса воды и групповых замерных установках в системе сбора и подготовки скважинной продукции[1].

Тепловые насосы - устройства, в которых тепловая энергия от источника низкого потенциала переносится к источнику более высокого потенциала, то есть имеет место трансформация тепловой энергии. Принцип работы их основан на термокомпрессии. Применяя тепловой насос, можно из тепловой воды, циркулирующей в обратных системах водоснабжения и поступающей на градирни с температурой 35 - 40 С получить горячую воду с температурой 70 - 90 С. [2] Экономическая эффективность ТСТ во многом определяется выбором низкопотенциальных источников теплоты (НПИТ), который должен удовлетворять следующим требованиям: доступность, стабильность, достаточный запас мощности и низкая стоимость. В свою очередь, свойства НПИТ оказывают влияние на выбор схемного решения системы теплоснабжения: применение того или иного типа ТН, использование моно - или бивалентной схемы, решение схемы автоматизации системы, необходимость применения теплоаккумуляторов.

Давайте рассмотрим как работает тепловой насос. Ключевым элементом в работе теплового насоса является хладагент. Процесс передачи тепловой энергии возможен благодаря свойству хладагента кипеть при небольших температурах и увеличению его давления с помощью компрессора. Циркуляция хладагента осуществляется по закрытому контуру. Когда он попадает в теплообменник (испаритель) начинается процесс испарения, даже под воздействием низкой температуры (8-12°C) грунтовой или речной воды. В этом процессе хладагент принимает тепловую энергию воды на себя и кипит. Образовавшийся пар втягивается компрессором и сжимается. После этого разогретый и находящийся под высоким давлением хладагент поступает во второй теплообменник (конденсатор), где передает энергию контуру отопления. В процессе отдачи тепла хладагент переходит в состояние жидкости и попадает в расширитель, где его давление понижается. Находящийся под низким давлением и охлажденный хладагент готов пройти следующий цикл работы.

обезвоживание нефть насос теплоснабжение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1- Схема теплового насоса

Источником низкопотенциальной энергии для работы теплового насоса может быть тепло естественного природного происхождения. К таким источникам относятся наружный воздух; грунтовые, артезианские и термальные воды; речные, озерные и морские воды.

Грунтовые воды имеют практически постоянную и достаточно высокую температуру в течение года, причем с увеличением глубины залегания их температура неуклонно возрастает, примерно на 2 - 5 °С на каждые 100 м [2]. Недостатками грунтовых вод являются ограниченная доступность, высокая стоимость бурения скважин, возрастающая в ряде случаев вследствие необходимости бурения компенсационных скважин для обратной закачки воды в пласт, высокая степень риска, связанная с отсутствием данных по химическому составу и температуре воды, высокая минерализация, вызывающая коррозию и отложения на поверхностях теплообмена и ухудшение теплотехнических характеристик ТОА. Эффективность использования грунтовых вод возрастает при достаточной изученности местности, при наличии пробуренных ранее скважин, при пониженной агрессивности воды, при подключении возможно большего числа объектов теплоснабжения к одной скважине [3]. Наличие большого количества выведенных из эксплуатации скважин на месторождении позволяет в полной мере использовать дешевый источник низкопотенциальной энергии. Сбор тепла осуществляется с помощью зондов, вмонтированных в скважины. Для установки этого оборудования требуется небольшая площадь. Изготавливаются вертикальные тепловые зонды из расчёта: 30-50 Вт на 1м глубины в зависимости от типа грунта. Расчёт количества и глубины зондов (от 30м до 100м) зависит от требуемой мощности системы. Для оптимальной работы теплового насоса площадь, занимаемая одной скважиной, должна быть не менее 36 м.кв. Это позволяет обеспечить теплом групповую замерную установку вместе с дожимными насосами.

Температура подземных вод (от 6 до 13°C) остается практически неизменной в течение всего года, что объясняет экономическую целесообразность установки подобных систем. Вода возвращается в тот же горизонт и в тех же количествах, не входя в контакт с окружающей средой, но теряя в температуре порядка 3°C.

Для обеспечения надежной и бесперебойной работы в комплект теплового насоса входит система управления и автоматики. Благодаря этой системе есть возможность выставить необходимый режим работы, который будет контролироваться и поддерживаться автоматически.

Тепловой насос это одна из самых современных систем теплоснабжения. При правильной разработке и установке, он требует минимальных текущих затрат. Рабочий процесс теплового насоса проходит без выброса вредных веществ в атмосферу. Автономные системы теплоснабжения на основе теплового насоса используют только 25% от общей полезной энергии отопления, которые используются для привода компрессора теплового насоса. Оставшиеся 75% тепловой насос забирает от энергии солнца, которая накоплена в воздухе, воде или земле.

В сравнении с топливными котлами сжигающими кислород, при работе тепловой насос нет выбросов углекислого газа, отсутствуют какие-либо выбросы в окружающую среду, не оказывается вредного воздействия на организм человека. Используемое тепло от возобновляемых источников энергии позже возвращается в окружающую среду через теплопотери зданий и сооружений без вредных выбросов в атмосферу. При этом отсутствуют расходы на хранение топлива, и нет необходимости в оборудовании дымохода.

Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии, например, электрических, газовых и дизельных генераторов тепла заключается в том, что при производстве тепла до 80% энергии извлекается из окружающей среды.

Подобные системы могут быть использованы не только для отопления и горячего водоснабжения, но и для охлаждения зданий, причем одновременно, то есть это полноценная система контроля климата в помещении. Один аппарат для отопления и охлаждения: возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом, т.е. использования „холода“ земли для климатизации здания в летний период.

Упрощение требования к системам вентиляции помещений и повышение уровня пожарной безопасности. Все системы функционируют с использованием замкнутых контуров и практически не требуют эксплуатационных затрат, кроме стоимости электроэнергии, необходимой для работы оборудования. Тепловой насос взрыво- и пожаробезопасен. Возможность пассивного использования холода земли (при вертикальных зондах). Очень хороший КПД при активном охлаждении через тепловой насос, так как конденсационная теплота отводится через землю, при этом достигается значительно более низкий температурный уровень, чем при обычных кондиционерах.

Заключение

Преимущества и экономическая выгода при использовании теплового насоса вместо традиционных источников тепловой энергии:

* отсутствие материальных расходов на закупку, транспортировку и хранение топлива;

* освобождение значительной территории, которая нужна для обустройства котельной, а также подъездных путей и помещений для складирования топлива;

* энергосбережение и экономия не возобновляемых источников энергии, а также защита окружающей среды;

* сокращения выбросов париковых газов в атмосферу;

* автономный и независимый источник отопления и кондиционирования.

Литература

1. Гаррис, Н.А. Применение тепловых насосов для утилизации сбросного тепла на насосных и компрессорных станциях магистральных трубопроводов: Учеб. пособие. / Н.А. Гаррис, JI.B. Сабитова. Уфа: УГНТУ, 2003.- 123 с.

2. Рей, Д., Тепловые насосы/ Д.Рей, Д. Макмайкл Пер. с англ. - М.: Энергоиздат, 2002.-224 с

3. Глушков, А.А. Грунт, как источник низкотемпературного тепла / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Материалы 57-й научно-технич. конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов УГНТУ. -Уфа: УГНТУ. 2006. - С. 54.

Размещено на Allbest.ru