專利名稱：太陽能間接加熱輸送原油系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)、民用，特別是油田企業(yè)的原油加熱輸送的技術(shù)領(lǐng)域。具體地說是一種利用太陽能作為清潔能源加熱的輸送原油系統(tǒng)，背景技術(shù)我國的原油凝點(diǎn)普遍較高，粘度大，常溫下流動(dòng)性差，因此原油從各個(gè)單井匯集到地面計(jì)量站后，必須進(jìn)行加熱與保溫，才能送往以后各油站。通常需要將原油加熱至50°～60°，以保持其良好的流動(dòng)性。因而，原油加熱需要消耗大量的常規(guī)能源(天然氣)，隨著我國石油工業(yè)的快速發(fā)展和能源緊張問題不斷突出，解決原油輸送節(jié)能問題極為迫切。
日益緊迫的能源形勢對開發(fā)能源新技術(shù)和進(jìn)一步開發(fā)利用可再生能源提出了迫切要求。太陽能是一種天然清潔能源，其三天的輻射總量相當(dāng)于地球上所有礦物燃料的能量總和，如何開發(fā)利用這一自然能源是我國及世界各國都在努力探索的任務(wù)。
我國太陽能資源十分豐富，全國有90％以上的地區(qū)年輻照總量大于5000MJ/m2，除四川盆地和毗鄰地區(qū)外，絕大部分地區(qū)的太陽能資源相當(dāng)或超過國外同緯度地區(qū)的太陽能資源，具有良好的開發(fā)條件和應(yīng)用價(jià)值，太陽能利用潛力非常大。我國大部分油田位于太陽能資源豐富的地區(qū)，在油田開發(fā)利用太陽能具有十分有利的條件和優(yōu)勢。
近年來，國外不斷地有利用太陽能進(jìn)行石油開采及輸送的報(bào)道。1998年約旦大學(xué)的Badran等研究了太陽能應(yīng)用于加熱燃料油的工業(yè)中，他們設(shè)計(jì)了兩種太陽能燃油預(yù)熱裝置用于燃料油的加熱，將燃料油加熱到50℃，并在該溫度下儲(chǔ)存，這是國際上在燃料油輸送中轉(zhuǎn)站利用太陽能加熱的最早報(bào)道。該系統(tǒng)采用太陽能直接加熱燃料油的方式，即燃料油走太陽能集熱器內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)部存在承壓高、原料易結(jié)焦、清洗難等缺陷。
1999年澳大利亞一家太陽能公司采用透明蜂窩材料和選擇性涂層等，來增加太陽能吸收系數(shù)及抑制對流和輻射散熱，實(shí)現(xiàn)太陽能熱二極管技術(shù)以達(dá)到將原油加熱降粘的目的。2001年Saab.V提出利用透明絕緣材料包覆原油輸送管線，該材料具有兩個(gè)重要的性能高傳送系數(shù)和低總傳熱系數(shù)，實(shí)際上也是利用太陽能熱二極管技術(shù)。這兩種二極管技術(shù)適用于長距離的輸送管道，不適宜原油集中的計(jì)量站或中轉(zhuǎn)站。另外材料成本也高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以太陽能替代部分天然氣能源，達(dá)到在間接加熱輸送原油過程中降低天然氣消耗目的的輸送原油系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種太陽能間接加熱輸送原油系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能集熱裝置、小蓄熱水箱、中間換熱器和加熱爐，所述中間換熱器設(shè)有原油輸入端、原油輸出端、熱水輸入端和熱水輸出端，所述加熱爐設(shè)有原油入口和原油出口，所述原油輸入管線分別連接中間換熱器的原油輸入端和加熱爐的原油入口，所述中間換熱器的原油輸出端通過管線與加熱爐的原油入口相連；所述中間換熱器的熱水輸入端通過管線連接小蓄熱水箱的熱水輸出端；所述中間換熱器的熱水輸出端通過管線分別連接太陽能集熱裝置的輸入端和小蓄熱水箱的熱水輸入端；所述太陽能集熱裝置的輸出端通過管線連接小蓄熱水箱的熱水輸入端。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述小蓄熱水箱還可以并聯(lián)連接一個(gè)大蓄熱水箱，所述小蓄熱水箱的一個(gè)輸出端連接大蓄熱水箱的輸入端，大蓄熱水箱的輸出端連接小蓄熱水箱的一個(gè)輸入端?？梢杂糜谙到y(tǒng)的多余熱量儲(chǔ)存，延長系統(tǒng)的供熱時(shí)間。
所述的太陽能集熱裝置為太陽能集熱器陣列本發(fā)明太陽能間接加熱輸送原油系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)(1)其原理是利用大面積太陽能集熱器陣列產(chǎn)生熱媒水，熱媒水在原油換熱器內(nèi)間接加熱原油。本發(fā)明不采用太陽能集熱器直接接加熱原油的原因?yàn)榈谝?，原油輸送系統(tǒng)有一定的壓力，目前的集熱器規(guī)格承壓能力不夠，即使重新設(shè)計(jì)，其承壓結(jié)構(gòu)也很難可靠；第二，直接加熱方式集熱器內(nèi)的溫度由于太陽輻射能量的變化，有時(shí)會(huì)較高，溫度高時(shí)可能會(huì)發(fā)生集熱器內(nèi)原油的結(jié)焦現(xiàn)象。第三，原油的粘度較大，存在結(jié)垢、結(jié)焦現(xiàn)象，輸送需經(jīng)常清洗管道，而在集熱器內(nèi)清洗是非常困難的。目前采用太陽能直接加熱原油方式，其關(guān)鍵技術(shù)仍不成熟。而采用間接加熱的方式則可以克服以上不足。
(2)采用大面積太陽能集熱器陣列。根據(jù)不同的集熱器效率及太陽能輻射強(qiáng)度等參數(shù)的影響，經(jīng)熱力學(xué)與傳熱學(xué)的計(jì)算得出加熱原油所需要的集熱器面積；計(jì)算出一定流量下集熱器進(jìn)出口水溫的變化；經(jīng)過對集熱器內(nèi)流動(dòng)水進(jìn)行的流體力學(xué)計(jì)算得出大面積集熱器方陣的串、并連優(yōu)化組合分布。
(3)系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化技術(shù)。系統(tǒng)內(nèi)太陽能集熱器陣列、原油加熱器、大小蓄熱水箱之間換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與綜合，使整個(gè)系統(tǒng)的性能效率出于最優(yōu)狀態(tài)。
由以上公開的技術(shù)方案可知，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)利用太陽能替代常規(guī)能源加熱輸送原油節(jié)省大量的能源消耗，而且減少環(huán)境污染，凈化環(huán)境。整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)合理，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于采用大小蓄熱水箱，小蓄熱水箱用于系統(tǒng)的快速啟動(dòng)，大蓄熱水箱用于系統(tǒng)的多余熱量儲(chǔ)存，延長系統(tǒng)的供熱時(shí)間，從而優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的使用效率。


圖1是本發(fā)明太陽能間接加熱原油輸送系統(tǒng)流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖1所示，本發(fā)明太陽能間接加熱輸送原油系統(tǒng)，包括太陽能集熱裝置1、小蓄熱水箱2、中間換熱器3和加熱爐4。
所述中間換熱器3設(shè)有原油輸入端17、原油輸出端18、熱水輸入端19和熱水輸出端20，所述加熱爐設(shè)有原油入口22和原油出口23，所述原油輸入管線21分別連接中間換熱器的原油輸入端17和加熱爐的原油入口22，所述中間換熱器3的原油輸出端18通過管線與加熱爐4的原油入口22相連；所述中間換熱器3的熱水輸入端19通過管線連接小蓄熱水箱2的熱水輸出端；所述中間換熱器3的熱水輸出端20通過管線分別連接太陽能集熱裝置1的輸入端和小蓄熱水箱2的熱水輸入端26；所述太陽能集熱裝置1的輸出端通過管線連接小蓄熱水箱2的一個(gè)熱水輸入端26。
作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述小蓄熱水箱2還可并聯(lián)連接一個(gè)大蓄熱水箱5，所述小蓄熱水箱2的一個(gè)輸出端25連接大蓄熱水箱的輸入端，大蓄熱水箱5的輸出端連接蓄小熱水箱2的一個(gè)輸入端26。所述的太陽能集熱裝置1為太陽能集熱器陣列，該陣列是由多個(gè)太陽能集熱器串并組成，以實(shí)現(xiàn)大面積的太陽能集熱。
以下結(jié)合本發(fā)明的工藝流程圖1，說明本發(fā)明采用太陽能間接加熱輸送原油系統(tǒng)的工作原理在正常太陽能輻射條件下，循環(huán)泵27開啟，將小蓄熱水箱2的熱水經(jīng)自動(dòng)控制閥門16、14進(jìn)入中間換熱器3中，此時(shí)閥門15、6關(guān)閉。進(jìn)入換熱器3的熱水與原油換熱后經(jīng)自動(dòng)控制閥門8進(jìn)入集熱器陣列1中，經(jīng)集熱器陣列1加熱后再經(jīng)自動(dòng)控制閥門9進(jìn)入小蓄熱水箱2。此時(shí)閥門7關(guān)閉。待加熱原油經(jīng)原油管線21，經(jīng)自動(dòng)控制閥門12以及換熱器原油輸入口進(jìn)入換熱器，熱水在換熱器3中與原油進(jìn)行熱交換，并將原油加熱。加熱后的原油通過原油輸出端出口18后進(jìn)入加熱爐4中，加熱爐4則根據(jù)原油溫度的高低進(jìn)行自動(dòng)點(diǎn)火加熱，加熱后原油經(jīng)加熱爐原油出口23輸出。當(dāng)發(fā)現(xiàn)小蓄熱水箱2的溫度較高時(shí)，此時(shí)有多余熱量儲(chǔ)存，則自動(dòng)開啟循環(huán)泵15，熱水經(jīng)自動(dòng)控制閥門11進(jìn)入大蓄熱水箱5蓄熱后，再經(jīng)自動(dòng)控制閥門10，經(jīng)熱水輸入口26回小蓄熱水箱2后送往換熱器3。當(dāng)集熱器陣列1內(nèi)的溫度較低無法使水溫提高時(shí)，熱水在換熱器3與原油換熱后出輸出端20經(jīng)自動(dòng)控制閥門7回小蓄熱水箱2，此時(shí)自動(dòng)控制閥門8、9關(guān)閉，大蓄熱水箱5向小蓄熱水箱2補(bǔ)充熱量。如果換熱器熱水輸出端處20的水溫度接近熱水輸入端19處的水溫度，則自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)口端閥門12，此時(shí)讓原油經(jīng)過閥門13直接進(jìn)入加熱爐加熱。冬季夜間或系統(tǒng)檢修、停用等情況下，系統(tǒng)內(nèi)的水經(jīng)自動(dòng)控制閥門15、6送回?zé)崴洌藭r(shí)自動(dòng)控制閥門16、14關(guān)閉。
本發(fā)明采用一臺原油換熱器3，以實(shí)現(xiàn)原油的間接加熱。
為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使換熱器的進(jìn)口熱水溫度不受太陽輻照瞬時(shí)變化的直接影響，太陽能集熱器出口的熱水首先進(jìn)入小蓄熱水箱，再由小蓄熱水箱進(jìn)入換熱器。本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)置了大小兩個(gè)蓄熱水箱。小蓄熱水箱主要用來保證系統(tǒng)的快速啟動(dòng)，使每天早晨經(jīng)集熱器加熱的熱水溫度，盡快達(dá)到換熱器所需要的運(yùn)行溫度。大蓄熱水箱用來儲(chǔ)存多余的熱能，把太陽輻射能高峰時(shí)暫時(shí)用不了的能量以熱水的形式儲(chǔ)存起來以備無太陽能輻射時(shí)使用。
權(quán)利要求
1.一種太陽能間接加熱輸送原油系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能集熱裝置、小蓄熱水箱、中間換熱器和加熱爐。所述中間換熱器設(shè)有原油輸入端、原油輸出端、熱水輸入端和熱水輸出端，所述加熱爐設(shè)有原油入口和原油出口，所述原油輸入管線分別連接中間換熱器的原油輸入端和加熱爐的原油入口，所述中間換熱器的原油輸出端通過管線與加熱爐的原油入口相連；所述中間換熱器的熱水輸入端通過管線連接小蓄熱水箱的熱水輸出端；所述中間換熱器的熱水輸出端通過管線分別連接太陽能集熱裝置的輸入端和小蓄熱水箱的熱水輸入端；所述太陽能集熱裝置的輸出端通過管線連接小蓄熱水箱的熱水輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能間接加熱輸送原油系統(tǒng)，其特征在于，所述小蓄熱水箱還并聯(lián)連接一個(gè)大蓄熱水箱，所述小蓄熱水箱的一個(gè)輸出端連接大蓄熱水箱的輸入端，大蓄熱水箱的輸出端連接小蓄熱水箱的一個(gè)輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能間接加熱輸送原油系統(tǒng)，其特征在于，所述的太陽能集熱裝置為太陽能集熱器陣列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能間接加熱輸送原油系統(tǒng)，包括太陽能集熱裝置、小蓄熱水箱、中間換熱器和加熱爐，原油輸入管線分別連接中間換熱器的原油輸入端和加熱爐的原油入口，所述中間換熱器的原油輸出端通過管線與加熱爐的原油入口相連；中間換熱器的熱水輸入端通過管線連接小蓄熱水箱的熱水輸出端；中間換熱器的熱水輸出端分別連接太陽能集熱裝置的輸入端和小蓄熱水箱的熱水輸入端；太陽能集熱裝置的輸出端連接小蓄熱水箱的熱水輸入端。本發(fā)明利用太陽能替代常規(guī)能源加熱輸送原油節(jié)省大量的能源消耗，減少環(huán)境污染，凈化環(huán)境。整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)合理，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F24J2/04GK1654879SQ200510023828
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者王學(xué)生, 王如竹, 徐宏, 戚學(xué)貴, 黃志榮, 侯峰, 劉阿龍 申請人:華東理工大學(xué)