CN108870082A - 一种稠油管路的微波加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稠油管路的微波加热系统，主要应用于稠油开采及运输过程的加热处理。本发明由太阳能发电装置，风力发电装置，控制器，蓄电池，逆变器，高压变压器，微波发生器，波导管，稠油管路组成。此套装置通过太阳能光伏板或风力发电装置将太阳能或风能转化为电能，储存在蓄电池中，通过逆变器及高压变压器装置将蓄电池中的电能转化为高压交流电能传递至微波发生器中，供其产生相应功率的微波，微波发射后经过倾角处理后的波导管，将微波均匀分布到稠油管路相应的段路中，对稠油进行均匀加热，最终实现优良运输的效果。此系统能够实现对稠油运输管路的加热处理，创新性的改善了稠油运输加热的方式，极大的提升了加热效果及效率。
Description
技术领域
本发明为一种稠油管路的微波加热系统，属于稠油开采及运输过程的加热处理领域。
背景技术
石油是一个国家的工业、农业和国防事业发展的重要保障，是关乎国家安全的重要战略物资，被誉为“黑色的金子”。我国是世界第二大石油的消耗国，同时也是世界第二大原油的净进口国。而我国边疆辽阔，矿产丰富。石油资源的未开采量同样居世界前列。所以，充分利用好我国丰富的稠油资源，对保障我国经济快速稳定发展具有重要的意义。
稠油也称作重质原油，是沥青及胶质含量较高、粘度较大的原油。其在环境温度下粘度高、流动性差，直接输送难以实现，成为制约稠油开采及运输的主要问题。而稠油的粘度对温度的感应较为敏感，故使得加热降粘成为稠油开采和运输的主要降粘方式。但是目前常采用热传导方式对稠油进行降粘处理，其耗费能源较大，加热降粘效果不理想，不能满足开采及运输要求。稠油运输一般常采用蒸汽加热或电伴热的方式对稠油管路内部的稠油进行加热，前者的热利用率较低，需要往返用伴热管（或伴热带），成本较高，且对管路承压能力提出较高要求。而后者为间接式加热，存在防火爆等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明为稠油开采及运输过程的加热处理，本装置目的是采用微波加热的形式为稠油管路内的稠油加热到相应温度，满足在管路内运输的要求。
本发明的技术方案是：一种稠油管路的微波加热系统，包括太阳能发电装置1、风力发电装置2、控制器3、蓄电池4、逆变器5、高压变压器6、微波发生器7、波导管8和稠油管路9；
所述太阳能发电装置1和风力发电装置2组成供电系统，供电系统分别与控制器3和蓄电池4相连，蓄电池4与逆变器5相连，逆变器5通过高压变压器6与微波发生器7相连，微波发生器7通过波导管8与稠油管路9相连；
所述太阳能发电装置1包括太阳能光伏板，太阳能光伏板配合稠油管路9的长度布置，并结合日照的强度及时长来确定光伏板的面积
所述风力发电装置2由风车叶片、发电机和铁塔三部分组成，根据风力的大小及均匀程度布置。
所述波导管8的截面形状为矩形，在波导管8的中间部位及两端拐角部位，分别进行45度及60度的倾角处理，波导管8与稠油管路9通过法兰盘进行连接，在法兰盘中间增加四氟乙烯板进行封闭。
所述微波发生器7在稠油管路9上排布根据稠油管路9的半径R确定，具体过程为：Q=W，Q为稠油吸收的热量，W为微波发生器所输出的功，W=Pt，P为微波发生器的功率，t为加热时间，根据Q=cm∆t可以计算出可以加热的稠油的质量m，∆t为稠油开采后升温后的温度与升温前的差值，C为稠油的比热，根据m=ρV求得加热的稠油的体积即其对应的稠油管路体积，V=lπR2根l为对应的稠油管路的长度，即两个微波发生器7的间距。
本发明的工作原理：此套装置通过太阳能光伏板或风力发电装置将太阳能或风能转化为电能，储存在蓄电池中，通过逆变器及高压变压器装置将蓄电池中的电能转化为高压交流电能传递至微波发生器中，供其产生相应功率的微波，微波发射后经过倾角处理后的波导管，将微波均匀分布到稠油管路相应的段路中，对稠油进行均匀加热，最终实现运输的效果。
本发明的有益效果：本装置主要针对稠油管路开采及运输的加热过程，采用微波加热的方式高效、均匀的对管路内的稠油进行加热，规避了传统加热方式的各种弊端。结合稠油运输管路的环境，配合风能发电和太阳能光伏发电两种方式为微波发生器提供电能，极大的提升了加热效果及效率。不仅能保障较高的微波加热效率及加热均匀性，而且微波加热具有选择性，可以对物体中的不同组分或不同部位进行选择性加热。
附图说明
图1为本发明装置的微波加热系统示意图。其中各标号依次表示：1-太阳能发电装置，2-风力发电装置，3-控制器，4-蓄电池，5-逆变器，6-高压变压器，7-微波发生器，8-波导管，9-稠油管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种稠油管路的微波加热系统，包括太阳能发电装置1、风力发电装置2、控制器3、蓄电池4、逆变器5、高压变压器6、微波发生器7、波导管8和稠油管路9；
所述太阳能发电装置1和风力发电装置2组成供电系统，供电系统分别与控制器3和蓄电池4相连，蓄电池4与逆变器5相连，逆变器5通过高压变压器6与微波发生器7相连，微波发生器7通过波导管8与稠油管路9相连。
太阳能光伏板配合风力发电装:2，经过控制器3，高效合理分配两种发电装置的作业过程，将产生的电能储存在蓄电池4中，再经过逆变器5将直流电流转化为交流电流，供给高压变压器6将低频低电压转换为低频高电压，提供给微波发生器7，产生微波，通过波导管8传输至稠油管路9内，对稠油进行微波加热，从而满足开采及运输的要求。
实施例2：其中太阳能发电装置1配合相应长度的稠油管路（体积固定）合理布置太阳能光伏板（转化效率约为37%，每平米一小时的功率为0.37千瓦时）为微波发生器7提供足够的电能储备。可结合日照的强度及时长来布置光伏板的面积。
风力发电装置2又称为风力发电机组，由风车叶片、发电机及铁塔三部分组成。实现将风能转化为电能的一套装置，配合太阳能光伏板共同为微波发生器7提供定能储备。应结合风力的大小及均匀程度布置风力发电装置2的规格。
控制器3通过对风力发电及太阳能光伏发电两种方式的切换，保障最大效率的收集自然资源，产生电能。其可以根据用户的用电负荷情况和实际条件对系统容量进行合理配置，既保证供电的可靠性，又降低发电系统的造价。
蓄电池4为普通铅酸蓄电池，对光伏板转化的电能及风力发电装置2产生的电能进行储存，为逆变器5及高压变压器6提供电能。
逆变器5将蓄电池4内的直流电流转化为交流电流，一般由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，输入电压为12V\24V，输出电压为110VAC\220VAC。
高压变压器6可将低频低电压转换为低频高电压的电磁感应设备，输入端为逆变器输入的低频电压（110VAC\220VAC），输出端为低频高电压3500VAC～4000VAC，连接微波发生器，为其提供电能。
微波发生器7通过高压输入产生微波，传输至稠油管路9内，进行加热作业。首先，微波发生器7的频率选择2450±50MHz，符合目前行业内对微波频率的要求，功率有400～1000瓦可选。其次，是能量消耗的计算，根据微波发生器7的功率P，以及加热时间t，可以计算出所输出的功W（W=Pt）。而微波发生器所输出的功W与稠油吸收的热量Q相等，故Q已知。油井开采后的石油温度约为60度左右，便于运输需要将稠油温度提升至90度左右，∆t为30度。稠油的比热C≈2.0*103J/(kg•℃)，根据Q=cm∆t可以计算出可以加热的稠油的质量m。最后，根据密度、质量及体积的关系，m=ρV求得加热的稠油的体积即其对应的稠油管路体积，V=lπR2根l为对应的稠油管路的长度，即两个微波发生器7的间距。稠油管路的直径一般为762～1016mm，取实际管路半径R，可以计算出此功率的微波发生器可以加热的体积，确定微波发生器7的距离排布。
波导管8采用截面形状为矩形的类型，然后在波导管中间部位及两端拐角部位，分别进行45度及60度的倾角处理，从而改变微波发生器发出的微波的发射方向，使其经过溃口处的微波存在一定的角度发射到稠油中，从而实现均匀、高效的加热效果。其中微波与稠油管路通过法兰盘进行连接，满足高压的强度要求，其中需要在法兰盘中间增加四氟乙烯板进行封闭，以达到既能密封又不影响微波传播的目的。
稠油管路9一般管路直径为762-1016mm，材料以常用碳素结构钢和合金结构刚为主，均能达到对微波进行屏蔽的效果。管路上的溃口部位采用法兰盘进行连接，满足高压的强度要求。另外，需要在法兰盘中间增加四氟乙烯板进行封闭，以达到既能密封又不影响微波传播的目的。
Claims (3)
1.一种稠油管路的微波加热系统，其特征在于：包括太阳能发电装置（1）、风力发电装置（2）、控制器（3）、蓄电池（4）、逆变器（5）、高压变压器（6）、微波发生器（7）、波导管（8）和稠油管路（9）；
所述太阳能发电装置（1）和风力发电装置（2）组成供电系统，供电系统分别与控制器（3）和蓄电池（4）相连，蓄电池（4）与逆变器（5）相连，逆变器（5）通过高压变压器（6）与微波发生器（7）相连，微波发生器（7）通过波导管（8）与稠油管路（9）相连；
所述太阳能发电装置（1）包括太阳能光伏板，太阳能光伏板配合稠油管路（9）的长度布置，并结合日照的强度及时长来确定光伏板的面积；
所述风力发电装置（2）由风车叶片、发电机和铁塔三部分组成，根据风力的大小及均匀程度布置。
2.根据权利要求1所述的稠油管路的微波加热系统，其特征在于：所述波导管（8）的截面形状为矩形，在波导管（8）的中间部位及两端拐角部位，分别进行45度及60度的倾角处理，波导管（8）与稠油管路（9）通过法兰盘进行连接，在法兰盘中间增加四氟乙烯板进行封闭。
3.根据权利要求1所述的稠油管路的微波加热系统，其特征在于：所述微波发生器（7）在稠油管路（9）上排布根据稠油管路（9）的半径R确定，具体过程为：Q=W，Q为稠油吸收的热量，W为微波发生器所输出的功，W=Pt，P为微波发生器的功率，t为加热时间，根据Q=cm∆t可以计算出可以加热的稠油的质量m，∆t为稠油开采后升温后的温度与升温前的差值，C为稠油的比热，根据m=ρV求得加热的稠油的体积即其对应的稠油管路体积，V=lπR2根l为对应的稠油管路的长度，即两个微波发生器（7）的间距。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181123 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |