CN111854187A - 一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统及其工作方法，属于太阳能应用技术领域。太阳光通过安装在石油管道外层的CPC聚光后能提升管路内石油的温度；安装在管道进出口端的油罐温度计和压力表以及安装在油库和管道之间的流量计均连接智能控制器，智能控制器调节CPC聚光器的聚光角度，从而改变聚光倍数，调控管道内石油的温度，减少阻力；垂直折流板换热器通过多层高效油水换热结构将高温石油的热量传递进入水箱，额外获得热能收益。本发明运用可调节式CPC聚光器集中吸收太阳能发热，一方面石油管道吸收热量导致石油温度升高，流速加快，运输效率提高；另一方面CPC聚光器的角度可以通过智能控制器自动调节，从而改变聚光倍数。

Description

一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统及其工作 方法

技术领域

本发明是一种利用太阳能的石油管道，涉及太阳能应用技术领域，特别是涉及一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻及集热系统。

背景技术

石油管道运输因其具有安全性好、效率高、运输量大、成本低等优点成为石油运输的主要方式，石油管道运输也是最适宜于输送石油的一种运输方式，是连接上游石油资源与下游石油商品的有效途径，是石油运输业重要的一部分。

石油管道减阻技术现在成为很多学者研究的对象，传统的方法是使用管道减阻剂，但是效果却不明显，会造成环境污染等一系列的负面问题。也有些运用环保的太阳能技术，使石油运输管道内的石油温度上升，降低黏度，减少管道阻力，但是由于聚光器的不可控，实际与理论误差较大，造成运输效率低，实用性差，太阳能利用不充分等问题，而且最后的高温石油处理不当，造成后续的污染问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻及集热系统，减少石油管道运输过程中产生的阻力的同时还可以储存收集热量，减少能源消耗，其中整个过程智能可控调节。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：

一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻及集热系统，包括可调节式CPC聚光器1、石油管道2、换热器4、集热器5、和智能控制器10。所述可调节式CPC聚光器1由光板连接而成，设置于石油管道2外侧，由智能控制器10控制调节，改变聚光倍数，从而改变石油的运输速度；所述石油管道2末端接通换热器4，换热器4内经过油水换热，将热量储存在所述与换热器4连接的集热器5内。

进一步的，压力表7设置于石油管道2的进、出口处，用来测量进、出口处石油的压力值，同时压力表7的压力信号作为一种信息变量接入智能控制器10的控制器11内，作为输入的参考数值；流量计9设置于油库和可调节式CPC聚光器1之间，用来测量进口石油的流量，同时流量计9的流量信号作为第二种信息变量接入智能控制器10的控制器11内，作为输入的参考数值；油罐温度计8设置于石油管道2的进、出口处，并且采用防水式接线盒，用来测量进、出口处石油的温度值，同时油罐温度计8的温度信号作为第三种信息变量接入智能控制器10的控制器11内，作为输入的参考数值。

进一步的，所述智能控制器10采用多变量系统连接，由流量、压力、温度作为参考数值共同控制，可调节式CPC聚光器1的聚光角度作为被控对象，当石油管道2内石油的流量、压力、温度发生变化时，就会对被控对象产生扰动，从而使得可调节式CPC聚光器1在智能控制器10的驱动下执行改变聚光角度的命令，继而调整了聚光倍数，改变了石油管道2内石油的温度，从而控制石油的流速。

进一步的，所述可调节式CPC聚光器1包括两个镜面铝抛物反射面和折线形吸收器，可调节式CPC聚光器1的每块光板独立安装，中间通过铰链连接，通过智能控制调节两个镜面铝抛物反射面的角度，改变聚光倍数，可调节式CPC聚光器1的聚光倍数为2-6倍。

进一步的，所述换热器4采用垂直折流板换热器，所述垂直折流板换热器包括管子4-1、外壳4-2、管板4-3、封头4-5、挡板4-6、连接管4-7、封头进口4-8和封头出口4-9，垂直折流板换热器的传热面由管子4-1构成，所述管板4-3用来固定管子4-1，管子4-1与管板4-3再封装在外壳4-2内，所述外壳4-2两端有封头4-5，连接管4-7与封头进口4-8分别设置于外壳4-2的上表面两端，封头出口4-9设置于外壳4-2的下表面，与封头进口4-8同侧。挡板4-6垂直固定在外壳4-2和管子4-1上，防止流体直接绕过管子4-1流走，避免换热器出口温度飙升。

进一步的，所述垂直折流板换热器的管子4-1采用U形管。

进一步的，所述垂直折流板换热器一端的封头4-5里加一块隔板4-4，构成两管程结构，避免因管子4-1受热膨胀引起的热应力。

进一步的，所述集热器5采用储水箱。

进一步的，所述石油管道2外覆盖有保温层3，且保温层3位于可调节式CPC聚光器1内侧。

一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统的工作方法，具体如下：

入射的太阳光不断照射到可调节式CPC聚光器1两侧的两个镜面铝抛物反射面以及两镜面之间的折线形吸收器上，底部的吸收器不断吸收上面反射面反射的能量，并且能量穿过保温层3和石油管道2被石油吸收，从而石油温度升高，其黏度降低，在石油管道2内的运动速度增加，石油管道2阻力降低。可调节式CPC聚光器1的光板通过智能控制器10利用流量、温度、压力作为信息变量自动调控角度，从而改变聚光倍数。可调节式CPC聚光器1收集的剩余能量被换热器4内的管道内的冷水吸收，将热量储存在集热器5里。

在换热器4中，冷水从封头进口4-8流进管子4-1里，再经封头出口4-9流出；高温石油从外壳4-2上的连接管4-7进入换热器4，在外壳4-2和管子4-1之间流动，与冷水进行换热。

该系统主要有可调节式CPC聚光器、管道系统、垂直折流板换热器、集热器、油罐温度计、压力表、流量计和智能控制器组成，经过可调节式CPC聚光器收集能量之后，一部分用于石油增温以减少黏度，降低管道阻力，另一方面被垂直折流板换热器内的集热管道内的冷水吸收，将热量储存在集热器里，另外，整个装置可以智能调控，智能控制器的使用，使得流量、温度、压力作为信息变量，通过扰动作用改变被控对象——可调节式CPC聚光器的角度，继而改变聚光倍数。

本发明的有益效果是：改变以往运用太阳能进行石油管道减阻的不可控因素，使用智能控制器，把石油管道内进出口的温度，压力，以及进口处的石油流量作为信息变量，通过扰动作用改变可调式CPC聚光器的角度，以此得到合适的聚光倍数，使得管道内石油的温度和速度达到理想的效果，运输速率最大化。另外使用垂直折流板换热器收集热量，使石油恢复到理想温度的同时还能减少能耗，使得太阳能利用到最大化。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

图2为可调节式CPC聚光器、石油管道和保温层的截面图。

图3为换热器结构示意图。

图4为本发明的系统信号控制图。

图中：1可调节式CPC聚光器；2石油管道；3保温层；4换热器；5集热器；7压力表；8油罐温度计；9流量计；10智能控制器；11控制器；4-1管子；4-2外壳；4-3管板；4-4隔板；4-5封头；4-6挡板；4-7连接管；4-8封头进口；4-9封头出口。

具体实施方式

本发明是一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻及集热系统，该系统包括可调节式CPC聚光器1、安装在可调节式CPC聚光器1内的石油管道2、覆盖在石油运输管道上的保温层3、与石油管道相接的垂直折流板换热器、与垂直折流板换热器相接的集热器5、安装石油运输管道进出口端的油罐温度计8和压力表7、安装在油库和聚光器之间的流量计9、以及由控制对象和被控对象组成的智能控制器10。

可调节式CPC聚光器1呈现凹状，截面形状近似折线，包括设置在两侧的两个镜面反射面和位于两个镜面反射面之间的折线形吸收器，当光线从不同的角度照射带镜面上时，镜面不断进行不同程度的反射，两个镜面之间的折线形吸收器收集能量，传递给石油管道2内，被石油管道内的石油吸收，起到给石油升温，减少管道阻力的作用。该可调节式CPC聚光器1通过铰链连接，块状覆盖在石油管道2外侧。

智能控制器10分别于信号端流量计9、压力表7、油罐温度计8相接，流量计9、压力表7以及油罐温度计8的数值作为智能控制器10输入的参考数值，与控制器11通过信号接通，可调节式CPC聚光器1作为智能控制器10的被控对象，石油管道2内石油温度、压力、流量的改变反馈给油罐温度计8、压力表7、流量计9，从而对聚光器产生扰动，使得驱动聚光器的倾斜角度，改变聚光倍数，整个过程实施温度的可控调节。

油罐温度计8采用防水式接线盒

石油运输管道位于可调节式CPC聚光器1内侧，被一层保温层3覆盖，太阳光经过反射之后被聚光器的折线形吸收器吸收，能量被管道内的石油吸收，使得石油温度升高。石油管道2的末端安装垂直折流板换热器，高温的石油经过换热器的管道与冷水进行热量交换。

垂直折流板换热器由管板4-3、挡板4-6、封头4-5、外壳4-2组成，管子4-1两端固定在管板4-3上，管束和管板4-3封装在外壳4-2内，外壳4-2两端有封头4-5，冷水从封头进口4-8流进管子里，再经封头出口4-9流出，高温石油从外壳的连接管4-7进入换热器，在壳体与管子4-1之间流动，与冷水进行热量交换，在换热器一端的里加入一块隔板4-4，构成两管程的结构。

Claims (10)

1.一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统，其特征在于，包括可调节式CPC聚光器(1)、石油管道(2)、换热器(4)、集热器(5)、智能控制器(10)；所述可调节式CPC聚光器(1)由光板连接而成，设置于石油管道(2)外侧，由智能控制器(10)控制调节，改变聚光倍数，从而改变石油的运输速度；所述石油管道(2)末端接通换热器(4)，换热器(4)内经过油水换热，将热量储存在所述与换热器(4)连接的集热器(5)内。

2.如权利要求1所述的一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统，其特征在于，压力表(7)设置于石油管道(2)的进、出口处，用来测量进、出口处石油的压力值，同时压力表(7)的压力信号作为一种信息变量接入智能控制器(10)的控制器(11)内，作为输入的参考数值；流量计(9)设置于油库和可调节式CPC聚光器(1)之间，用来测量进口石油的流量，同时流量计(9)的流量信号作为第二种信息变量接入智能控制器(10)的控制器(11)内，作为输入的参考数值；油罐温度计(8)设置于石油管道(2)的进、出口处，用来测量进、出口处石油的温度值，同时油罐温度计(8)的温度信号作为第三种信息变量接入智能控制器(10)的控制器(11)内，作为输入的参考数值。

3.如权利要求2所述的一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统，其特征在于，所述智能控制器(10)采用多变量系统连接，由流量、压力、温度作为参考数值共同控制，可调节式CPC聚光器(1)的聚光角度作为被控对象，当石油管道(2)内石油的流量、压力、温度发生变化时，就会对被控对象产生扰动，从而使得可调节式CPC聚光器(1)在智能控制器(10)的驱动下执行改变聚光角度的命令，继而调整了聚光倍数，改变了石油管道(2)内石油的温度，从而控制石油的流速。

4.如权利要求1、2或3所述的一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统，其特征在于，所述可调节式CPC聚光器(1)包括两个镜面铝抛物反射面和折线形吸收器，可调节式CPC聚光器(1)的每块光板独立安装，中间通过铰链连接，通过智能控制调节两个镜面铝抛物反射面的角度，改变聚光倍数，可调节式CPC聚光器(1)的聚光倍数为2-6倍。

5.如权利要求1、2或3所述的一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统，其特征在于，所述换热器(4)采用垂直折流板换热器，所述垂直折流板换热器包括管子(4-1)、外壳(4-2)、管板(4-3)、封头(4-5)、挡板(4-6)、连接管(4-7)、封头进口(4-8)和封头出口(4-9)，垂直折流板换热器的传热面由管子(4-1)构成，所述管板(4-3)用来固定管子(4-1)，管子(4-1)与管板(4-3)再封装在外壳(4-2)内，所述外壳(4-2)两端有封头(4-5)，连接管(4-7)与封头进口(4-8)分别设置于外壳(4-2)的上表面两端，封头出口(4-9)设置于外壳(4-2)的下表面，与封头进口(4-8)同侧；挡板(4-6)垂直固定在外壳(4-2)和管子(4-1)上。

6.如权利要求5所述的一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统，其特征在于：所述垂直折流板换热器的管子(4-1)采用U形管。

7.如权利要求5所述的一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统，其特征在于：所述垂直折流板换热器一端的封头(4-5)里加一块隔板(4-4)，构成两管程结构，避免因管子(4-1)受热膨胀引起的热应力。

8.如权利要求1、2、3、6或7所述的一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统，其特征在于，所述集热器(5)采用储水箱。

9.如权利要求1、2、3、6或7所述的一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统，其特征在于，所述石油管道(2)外覆盖有保温层(3)，且保温层(3)位于可调节式CPC聚光器(1)内侧。

10.采用权利要求1-9任一所述的一种智能可调节太阳能聚光石油输运减阻集热系统的工作方法，其特征在于，具体如下：

入射的太阳光不断照射到可调节式CPC聚光器(1)两侧的两个镜面铝抛物反射面以及两镜面之间的折线形吸收器上，底部的吸收器不断吸收上面反射面反射的能量，并且能量穿过保温层(3)和石油管道(2)被石油吸收，从而石油温度升高，其黏度降低，在石油管道(2)内的运动速度增加，石油管道(2)阻力降低；可调节式CPC聚光器(1)的光板通过智能控制器(10)利用流量、温度、压力作为信息变量自动调控角度，从而改变聚光倍数；可调节式CPC聚光器(1)收集的剩余能量被换热器(4)内的管道内的冷水吸收，将热量储存在集热器(5)里；

在换热器(4)中，冷水从封头进口(4-8)流进管子(4-1)里，再经封头出口(4-9)流出；高温石油从外壳(4-2)上的连接管(4-7)进入换热器(4)，在外壳(4-2)和管子(4-1)之间流动，与冷水进行换热。

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