本发明涉及油田集输技术领域，涉及一种能量阶梯利用系统，特别涉及一种油田联合站能源互补及热量梯级利用系统。
背景技术：
集输站站内原油脱水工艺采用“热化学破乳 二级沉降”方式，三相分离器后油水混合物通过燃气炉加热，促进沉降罐内的油水高温下破乳分离，通过二级沉降或多级沉降的模式，达到外输油含水指标。
热泵的使用可以节约能源，降低温室气体的排放，吸收热泵可以将工业低温低品位余热提高到可用于工业生产的高温热源，降低能耗成本的同时保护生态环境。
我国油田联合站内使用第一类吸收式热泵或蒸汽压缩式热泵提取采出水热源用于工艺生产或供暖案例也不断出现。电驱高温热源水热泵机组在油田中应用，利用40℃污水提取热量，节能效果明显，大港油田选用油田伴生气作为驱动热源提取15-50℃污水热量，为工艺生产提供用热，同样取得了较好效果。
通过大量文献，热泵已经在联合站内开始运用，且二类热泵也开始有案列，专利“一种油田分布式能源利用系统”cn2015210815456指出可应用燃气热泵用于集输领域，但经过技术论证发现，该燃气热泵从高温热源吸热，加热低温热源，吸收器和蒸发器的连接出现矛盾，不能较好体现该燃气热泵价值；
专利“水源热泵原油加热系统”cn2017210535685利用三级热泵提升温度，可以提高热源，但对电力引用还是相当大，经济性较低；
“一种油田污水余热回收综合利用系统”cn2017211205907同样应用二级电驱动热泵提问应用，虽然能达到预定效果，但用电量依然很大；
专利“一种油田联合站供热系统”cn2017216866817提到了二次热泵在集输系统应用，具有一定的经济价值，但堆热泵水质要求和热泵运行性能分析方面缺少补充性技术方案，同时对技术站综合能量阶梯利用具有局限性；
专利“回收油田污水余热用于加热的装置”cn2018205568823对燃气热泵在油田中的应用进行了描述，但未指出燃气热泵在整个集输系统中的作用，且没有对能量阶梯利用进行分析和能量备用预案进行说明。在油田集输站内天然气的应用都是加热水套炉，造成热量低品位应用，也与能量阶梯利用的技术方案矛盾。
技术实现要素：
针对上述现有的热泵及各种节能方案在油田集输站方案应用的不足，本发明提出了一种油田联合站能源互补及热量梯级利用系统,可以将集输站井排来液中含有的污水源热量综合利用，该系统利用燃气发电机发电，发电后的热量为烟气型吸收式热泵提供热源，提高从二类热泵加热后的热水，进一步提温，达到高品位利用。将烟气型热泵和污水源二类热泵相结合，对不同品位的能量综合利用。
本发明实施例提供一种油田联合站能源互补及热量梯级利用系统，包括：三相分离器、换热器i、一次沉降罐、二次沉降罐、换热器ii、三次沉降罐、燃气发电机、烟气型热泵、分离池、污水泵、胶球清洗机、三通iii、二类热泵、三通i、热水循环泵、三通ii、冷却塔循环泵和冷却塔；
其中，所述三相分离器通过管道与分离池相通，所述三相分离器的气体出口端与燃气发电机连接，所述三相分离器的原油出口端与换热器i通过管道连接；
所述换热器i依次与一次沉降罐、二次沉降罐、换热器ii、三次沉降罐连接，经破乳沉降监测合格后原油外输；
所述燃气发电机的烟气通过烟管与烟气型热泵的发生器连接，经降温后排到空气中；
所述分离池通过污水泵与管道连接胶球清洗机后与二类热泵的蒸发器相连；
所述二类热泵发生器与污水外输管道连接，污水通往污水处理站；二类热泵的冷凝器与管道和冷却水循环泵连接后与冷却塔连接并组成循环；二类热泵的吸收器经三通i与烟气型热泵的吸收器管道连接，烟气型热泵的冷凝器连接三通ii后与换热器i连接，换热器i热水出水口与二类热泵吸收器连接，完成二类热泵、烟气型热泵、换热器i的密闭循环，此循环以水为循环介质；
所述换热器ii的热水进出口分别经管道与三通ii、三通i连接；
所述一次沉降罐、二次沉降罐和三次沉降罐的污水管道汇总后与三相分离器连接；二类热泵发生器出口有胶球收集装置与胶球清洗机连接。
进一步地，所述分离池内设有间隔排列的过滤网和固体吸附材料层；自所述分离池的入口到出口方向，所述过滤网之间的空隙逐渐减小。
进一步地，所述过滤网为多孔塑料网和/或金属网。
进一步地，所述固体吸附材料层为下述一种或多种的混合物：
硅胶球、活性炭、石球和化学固体填料。
进一步地，所述烟气型热泵为烟气型吸收式全凝热泵机组，供暖模块为烟气冷凝换热气。
进一步地，还包括：软水装置；所述软水装置通过管道与冷却塔连接。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的一种油田联合站能源互补及热量梯级利用系统，该系统燃气发电机、将烟气型热泵和污水源二类热泵相结合，对不同品位的能量阶梯综合利用，有效增加了污水热源的利用程度，对稳定整个集输站工艺运行，降低综合能耗，具有积极作用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的油田联合站能源互补及热量梯级利用系统的结构图；
图2为本发明实施例提供的分离池的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的冷却水温度与二类热泵效率关系示意图；
附图中：1-三相分离器，2-换热器i，3-一次沉降罐，4-二次沉降罐，5-换热器ii，6-三次沉降罐，7-燃气发电机，8-烟气型热泵，9-分离池，10-污水泵，11-胶球清洗机，12-三通iii，13-二类热泵，14-三通i，15-热水循环泵，16-三通ii，17-冷却塔循环泵，18-冷却塔，19-软水装置，20-管道，21-沉降水回水泵，91-过滤网，92-固体吸附材料层。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1所示，本发明实施例提供的一种油田联合站能源互补及热量梯级利用系统，主要由三相分离器1、换热器i2、一次沉降罐3、二次沉降罐4、换热器ii5、三次沉降罐6、燃气发电机7、烟气型热泵8、分离池9、污水泵10、胶球清洗机11、三通iii12、二类热泵13、三通i14、热水循环泵15、三通ii16、冷却塔循环泵17、冷却塔18、软水装置19、管道20、沉降水回水泵21组成；
三相分离器1通过管道20与分离池9相通，气体出口端与燃气发电机7连接，原油出口端与换热器i2通过管道20连接，换热器i2依次与一次沉降罐3、二次沉降罐4、换热器ii5、三次沉降罐6连接，经破乳沉降监测合格后原油外输。
燃气发电机7的烟气通过烟管与烟气型热泵8的发生器连接，经降温后排到空气中；污水管路的分离池9通过污水泵10与管道20连接胶球清洗机11后与二类热泵13的蒸发器相连，二类热泵13发生器与污水外输管道连接，污水通往污水处理站；二类热泵13的冷凝器用管道和冷却水循环泵17连接后与冷却塔18连接并组成循环，软水装置19通过管道20与冷却塔18连接，负责冷却塔18的补水；
二类热泵13的吸收器经三通i14与烟气型热泵8的吸收器管道连接，烟气型热泵8的冷凝器连接三通ii16后与换热器i2连接，换热器i2热水出水口与二类热泵13吸收器连接，完成二类热泵13、烟气型热泵8、换热器i2的密闭循环，此循环以水位循环介质；
换热器ii5的热水进出口分别经管道与三通ii16、三通i14连接，一次沉降罐3、二次沉降罐4、三次沉降罐6分别自带功能性配件，可保证循环的正常开展，三个沉降罐的污水管道汇总后经沉降水回水泵21与三相分离器1连接；二类热泵13发生器出口有胶球收集装置与胶球清洗机11连接。
如图2所示，在分离池内设有过滤网91和固体吸附材料层92间隔排布，前疏后密，在分离池9两边固定，可拆卸更换。
分离池为矩形地下深坑，中间间隔放置过滤网和固体吸附材料层，过滤网91前疏后密，可是多孔塑料网、金属网等，还可以是根据经济成本分别将多孔塑料网与金属网混用，只要起到分离杂物的目的即可；固体吸附材料层92可为下述一种或多种的混合物：硅胶球、活性炭、石球和化学固体填料，可以较好的吸附一些固体颗粒；从而达到分离杂物的目的。过滤网自分离池入口到出口方向，可设置为前层空隙大，后层空隙小，增加透水和吸附效果，更换操作简单，方便更换。
进一步的，上述烟气型热泵是烟气型吸收式全凝热泵机组，供暖模块为烟气冷凝换热气，可有效利用烟气中水的潜热。
本发明的油田联合站能源互补及热量梯级利用系统，工作原理和工作过程为：
井排来液经过三相分离器1分离后的油水混合物加入破乳剂后进入换热器i2升温，温度升高到破乳温度以上，然后进入一次沉降罐3，在破乳剂的作用下油水分离，稠油再进入二次沉降罐4继续沉降，然后经过换热器ii5，被加热更高温度后进入三次沉降罐6，继续高温破乳沉降，达到外输含水指标后，原油外输，沉降罐沉降后的污水汇总后经过沉降水回水泵21通入三相分离器1中，以提高井排来液温度；三相分离器1分离出的污水进入分离池9，通过分离池中多孔介质及细密网过滤后，经三通iii12后进入二类热泵13，为二类热泵13提供高温热源，在二类热泵13放热后外输到污水处理站，一部分热量被冷却塔18室外散热带走，一部分给吸收器的封闭水加热；三相分离器1分离出的天然气进入燃气发电机7，发电机发电并入油田电网，出口高温烟气进入烟气型热泵8的发生器，作为驱动热源将来自二类热泵13的封闭水温度提升后，通入换热器i2和换热器ii5，加热含水稠油到破乳温度，加热后返回二类热泵13吸收器吸热，完成封闭循环；从三通iii12另一连接头与烟气型热泵8的蒸发器连接，为该热泵提供污水废热源。污水源分为两部分，分别是二类热泵13的高温驱动热源和烟气型热泵8的低温废热源，循环介质在二类热泵13和烟气型热泵8中逐步升温。
如图3所示，冷却水温度与热泵制热量之间关系(以满负荷4.75mw为例)冬季冷却水温度在9℃左右，热泵可满负荷运行，制热量在4.75mw左右；夏季时，室外温度升高到25℃以上，热泵效率大幅衰减，最低到了3mw左右，只有额定负荷的63％。从中可以发现冷却水温度对热泵效率具有决定性影响，因此在冬夏季不同工况，冷却水温度变化巨大，选择不同的热泵运行模式具有重要节能效果。
当夏季二类热泵13效率低时，可加大烟气型热泵8的制热功率，供暖管道同时加热从二类热泵13吸收器出来得封闭热水，补充更多热量。
进一步的，当夏季温度冷却水温度较高时，可用冷却水作为烟气型热泵8的废热源，不但降低了冷却水温度提高了二类热泵效率，而且可减少冷却水的散失。
另外，沉降罐沉降水由沉降水回水泵21并入三相分离器1中，高温污水提高了井排来液温度，减轻了换热器i2的换热负荷，并且提高了污水温度，相应了的提高二类热泵效率。本实施例中，燃气发电机、烟气型热泵机组、二类热泵有效协同将不同能源利用，增加了混用效率。
本发明的有益效果是，该系统燃气发电机、将烟气型热泵和污水源二类热泵相结合，对不同品位的能量阶梯综合利用，有效增加了污水热源的利用程度，对稳定整个集输站工艺运行，降低综合能耗，具有积极作用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
1.一种油田联合站能源互补及热量梯级利用系统，其特征在于，包括：三相分离器(1)、换热器i、一次沉降罐(3)、二次沉降罐(4)、换热器ii(5)、三次沉降罐(6)、燃气发电机(7)、烟气型热泵(8)、分离池(9)、污水泵(10)、胶球清洗机(11)、三通iii(12)、二类热泵(13)、三通i(14)、热水循环泵(15)、三通ii(16)、冷却塔循环泵(17)和冷却塔(18)；
其中，所述三相分离器(1)通过管道与分离池(9)相通，所述三相分离器(1)的气体出口端与燃气发电机(7)连接，所述三相分离器(1)的原油出口端与换热器i(2)通过管道连接；
所述换热器i(2)依次与一次沉降罐(3)、二次沉降罐(4)、换热器ii(5)、三次沉降罐(6)连接，经破乳沉降监测合格后原油外输；
所述燃气发电机(7)的烟气通过烟管与烟气型热泵(8)的发生器连接，经降温后排到空气中；
所述分离池(9)通过污水泵(10)与管道连接胶球清洗机(11)后与二类热泵(13)的蒸发器相连；
所述二类热泵(13)发生器与污水外输管道连接，污水通往污水处理站；二类热泵(13)的冷凝器与管道和冷却水循环泵(17)连接后与冷却塔(18)连接并组成循环；二类热泵(13)的吸收器经三通i(14)与烟气型热泵(8)的吸收器管道连接，烟气型热泵(8)的冷凝器连接三通ii(16)后与换热器i(2)连接，换热器i(2)热水出水口与二类热泵(13)吸收器连接，完成二类热泵(13)、烟气型热泵(8)、换热器i(2)的密闭循环，此循环以水为循环介质；
所述换热器ii(5)的热水进出口分别经管道与三通ii(16)、三通i(14)连接；
所述一次沉降罐(3)、二次沉降罐(4)和三次沉降罐(6)的污水管道汇总后与三相分离器(1)连接；二类热泵(13)发生器出口有胶球收集装置与胶球清洗机(11)连接。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分离池(9)内设有间隔排列的过滤网(91)和固体吸附材料层(92)；自所述分离池(9)的入口到出口方向，所述过滤网(91)之间的空隙逐渐减小。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述过滤网(91)为多孔塑料网和/或金属网。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述固体吸附材料层(92)为下述一种或多种的混合物：
硅胶球、活性炭、石球和化学固体填料。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟气型热泵(8)为烟气型吸收式全凝热泵机组，供暖模块为烟气冷凝换热气。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：软水装置(19)；所述软水装置(19)通过管道与冷却塔(18)连接。
技术总结