CN112460820B - 一种太阳能光热光电强化原油加热装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能光热光电强化原油加热装置，涉及加热装置技术领域，它包括热能储存单元、太阳能发电储电单元、太阳能集热单元、加热单元、阀门换向单元和电动升降搅拌单元，所述的热储能单元上安装太阳能集热单元，太阳能集热单元通过管道与加热单元连接，加热单元中包括电动升降搅拌单元，加热单元通过管道与阀门换向单元连接，阀门换向单元通过连接管和管道分别与热储能单元和热水热源连接；所述的太能能发电储电单元通过导线分别与加热单元、阀门换向单元和电动升降搅拌单元连接。本太阳能光热光电强化原油加热装置解决现有加热技术形式单一且加热效率低、热交换不良等问题。

Description

一种太阳能光热光电强化原油加热装置

技术领域：

本发明涉及加热装置技术领域，具体涉及一种太阳能光热光电强化原油加热装置。

背景技术：

石油资源作为重要的战略物资，同国家的经济发展、社会稳定密不可分。为确保国家能源安全，防范石油供给风险，我国相关部门部署了强化原油增储扩能安全生产保障工作，其中浮顶罐是有效降低石油储备成本的主要设备。浮顶罐在生产运行中，需对原油进行加热维温，防止原油胶凝。在寒冷地区冬季低温环境下，当原油温度降至其失流点以下时罐内原油将会发生胶凝，严重影响储罐安全运行。通常，在浮顶罐罐底安装加热盘管，热量在罐底附近传递给原油，受热后密度改变引发自然对流交换热量，原油吸收热量降低凝罐事故。然而，原油粘度大其流动性差，采用这种加热方式不仅加热效果不明显，而且会产生巨大的能源浪费。此外，热油循环加热、电加热和热水垫层加热等现有加热方式囿于高耗能、加热效率低、占用空间等工程问题而受限，因而有必要对传统原油加热方式进行节能改造。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种太阳能光热光电强化原油加热装置，它解决现有加热技术形式单一且加热效率低、热交换不良等问题。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用如下技术方案：包括热能储存单元、太阳能发电储电单元、太阳能集热单元、加热单元、阀门换向单元和电动升降搅拌单元，所述的热储能单元上安装太阳能集热单元，太阳能集热单元通过管道与加热单元连接，太阳能集热单元与加热单元连接的管道上设有阀门，加热单元中包括电动升降搅拌单元，加热单元通过管道与阀门换向单元连接，阀门换向单元通过连接管和管道分别与热储能单元和热水热源连接，连接管上依次安装阀门、热水水泵和止回阀，热水热源通过管道与连接管连接，热水水源与连接管连接的管道上设有阀门；所述的太能能发电储电单元通过导线分别与加热单元、阀门换向单元和电动升降搅拌单元连接。

所述的热储能单元位于地下，热储能单元包括集热箱体、相变储能材料和升温盘管，集热箱体外部形成空腔，集热箱体内设有升温盘管，升温盘管外部包围有相变储能材料，升温盘管通过管道分别与加热单元和热水热源连接，集热箱体上方设有太阳能集热单元，太阳能集热单元为太阳能集热板。

所述的集热箱体位于地下；太阳能集热板位于地上。

所述的加热单元包括加热盘管、储油罐和电动升降搅拌单元，储油罐底端设有加热盘管和压力传感器，加热盘管一端与热能储存单元连接，加热盘管另一端通过管道与阀门换向单元连接，储油罐底部设有电动升降搅拌单元。

所述的储油罐底设置4个压力传感器，四个压力传感器并呈成十字形分布。

所述的电动升降搅拌单元包括高位搅拌器和低位搅拌器，高位搅拌器下方设有套筒，高位搅拌器包括电机、叶片和叶轮，叶轮一端与电机输出轴连接，叶轮上均等分布若干个叶片，叶片内安装电加热板。

所述的高位搅拌器与套筒连接处设有密封材料，高位搅拌器由三级伸缩杆组成，每3米为一级伸缩，且每级伸缩杆内部设置1组叶轮；低位搅拌器的高度设置为2米。

所述的每级伸缩杆上设有6组叶片，叶片之间夹角为60°，叶片内部设有电加热板，且叶片上含有波纹型凹槽。

所述的太阳能发电储电单元为光伏电站；所述的阀门换向单元为三通换向阀。

本发明的有益效果是充分利用太阳能，将光热、光电、加热和储能一体化对储油罐内原油加热维温。一方面利用太阳能集热对传热流体(水)加热，盈余热量储存在热储单元以备不时之需；另一方面在储油罐内设置电动升降搅拌单元，利用强制对流与叶片波纹型凹槽增加与原油接触面积强化传热效果，其动力来源为光伏电站的太阳能发电储电单元。

附图说明：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明储油罐内部俯视图；

图3是本发明局部A放大图；

图4是本发明叶轮结构示意图；

图5是本发明局部B放大图。

具体实施方式：

参照各图，本发明具体采用如下实施方式：包括热能储存单元24、太阳能发电储电单元25、太阳能集热单元26、加热单元27、阀门换向单元28和电动升降搅拌单元29，所述的热储能单元24上安装太阳能集热单元26，太阳能集热单元26通过管道与加热单元27连接，太阳能集热单元26与加热单元27连接的管道上设有阀门5，加热单元27中包括电动升降搅拌单元29，加热单元27通过管道与阀门换向单元28连接，阀门换向单元28通过连接管16和管道分别与热储能单元24和热水热源2连接，连接管16上依次安装阀门5、热水水泵7和止回阀23，热水热源2通过管道与连接管16连接，热水水源2与连接管16连接的管道上设有阀门5；所述的太能能发电储电单元25通过导线分别与加热单元27、阀门换向单元28和电动升降搅拌单元29连接。所述的热储能单元24位于地下，热储能单元24包括集热箱体17、相变储能材料6和升温盘管19，集热箱体17外部形成空腔18，集热箱体17内设有升温盘管19，升温盘管19外部包围有相变储能材料6，升温盘管19通过管道分别与加热单元27和热水热源2连接，集热箱体17上方设有太阳能集热单元26，太阳能集热单元26为太阳能集热板4。所述的集热箱体17位于地下；太阳能集热板4位于地上。所述的加热单元27包括加热盘管12、储油罐1和电动升降搅拌单元29，储油罐1底端设有加热盘管12和压力传感器22，加热盘管12一端与热能储存单元24连接，加热盘管12另一端通过管道与阀门换向单元28连接，储油罐1底部设有电动升降搅拌单元29。所述的储油罐1底设置4个压力传感器22，四个压力传感器22并呈成十字形分布。所述的电动升降搅拌单元29包括高位搅拌器9和低位搅拌器11，高位搅拌器9下方设有套筒10，高位搅拌器9包括电机13、叶片14和叶轮21，叶轮21一端与电机13输出轴连接，叶轮21上均等分布若干个叶片14，叶片14内安装电加热板15。所述的高位搅拌器9与套筒10连接处设有密封材料，高位搅拌器9由三级伸缩杆组成，每3米为一级伸缩，且每级伸缩杆内部设置1组叶轮21；低位搅拌器11的高度设置为2米。所述的每级伸缩杆上设有6组叶片14，叶片14之间夹角为60°，叶片14内部设有电加热板15，且叶片14上含有波纹型凹槽。所述的太阳能发电储电单元29为光伏电站3；所述的阀门换向单元28为三通换向阀8。

热能储存单元包括集热箱体，集热箱体内部填充相变储能材料用于储存来自太阳能集热器吸收的热量。太阳能发电储电单元为光伏电站，光伏电站与电机、电加热板连接，其将太阳能转化为电能为电机驱动装置以及电加热板供电，电机驱动装置驱动叶轮对原油进行搅拌，并在其搅拌过程中实现对原油加热，盈余电量在其内部进行储存，以备不时之需。太阳能集热单元为集热箱体上的若干太阳能集热板，太阳能集热板为箱体内的相变储能材料提供热能并储存起来，在需要时为其内部升温盘管提供热量。加热单元包括电加热板、储油罐底部布置的加热盘管以及与其连通的管道，出水管在集热箱体的内部，相变储能材料储存的热能可传递给升温盘管，升温盘管的另一端分别连接热水热源的前端与后端，由阀门换向单元进行控制。阀门换向单元为储油罐入水口处的三通换向阀，控制热水的循环路径。电动升降搅拌单元包括套筒、电机、搅拌器、叶轮和叶片，电机驱动装置为叶轮提供动力，使其在储油罐内旋转，对原油进行搅拌，强化换热。储油罐的进水管设置三通阀、出水管设置蝶阀、热水水泵，出水端设置止回阀。集热箱体出水管道的水泵为热水水泵。储油罐、集热箱体以及管道与外界接触的部分用隔热保温材料包裹。电加热板位于叶片内部。相变储能材料为石蜡相变储能材料。

参照图1和图3，热能储存单元由集热箱体17组成，集热箱体17位于地下，若干太阳能集热板4位于地面上方，水平铺设在集热箱体17上方，为集热箱体17提供能量。相变材料6填充在集热箱体17内部，用于储存太阳能集热板4收集的太阳能。空腔18环绕在集热箱体17周围，便于工人检修。升温盘管19呈螺旋状均匀设置在集热箱体17内部，其两端分别与储油罐1的出水口和热源2两侧的入水口连接，且连接处设有阀门5、三通换向阀8、止回阀23。太阳能发电储电单元为光伏电站3，光伏电站3位于储油罐1的附近，光伏电站3与电机13和叶片14中的电加热板15连接，为其提供电能。加热单元中的加热盘管12为盘绕起来的圆环形位于储油罐1的底部。加热盘管的出水口与阀门5连接，阀门5连接加热盘管12的出水口与升温盘管19的入水口，升温盘管19的出水口分别连接热源2的出水口和入水口，在升温盘管19的出水管道上设置热水水泵7；加热盘管12的入水口与三通换向阀8连接，三通换向阀8分别连接热源2的出水口和连接管16以及加热盘管12的入水口，连接管16的另一端连与升温盘管19的出水端连接。

参照图2，低位搅拌器11与高位搅拌器9均位于储油罐1的底部，其中高位搅拌器9下方设置套筒10，其高度与低位搅拌器11等高。

如图3所示，电机13位于叶轮21两端，与叶轮21连接，叶片14环绕叶轮21周围，其每个叶片之间的夹角为60°，电加热片15尺寸与叶片14相仿，位于叶片14内部且与叶片14两面平行放置，每个叶片14中布置一个电加热片15，叶片14表面有波纹型凹槽，强化对原油的扰动和换热。

本发明使用时，当太阳光照充足工况时，光伏电站3开始工作，其产生的电能一部分提供给电加热板15对储油罐1内的原油进行加热，另一部分则提供给电机13驱动高位搅拌器9和低位搅拌器11工作以及套筒10的运行，富余电量则储存在光伏电站15，在光照不足的工况下按需提供电能。在电机13的驱动下，叶片14会在竖直方向对原油进行扰动，使其流动紊乱并使上下层有温差的原油充分混合。同时，在电加热片15以及叶片14中波纹型凹槽的作用下，原油在搅拌过程中也会吸收热量且换热面积更大，换热效果更好。通过控制调节三通换向阀8，使加热盘管12通过连接管16直接与升温盘管19相连，此时切断热源2，仅用太阳能集热板4加热相变储能材料6间接为升温盘管19提供热量。相变储能材料6通过太阳能集热板4吸收的能量为升温盘管19提供热量，富余热量在相变储能材料6中储存起来，在夜间持续为升温盘管19提供热量，被加热的低温热水经过热水水泵7泵入加热盘管12为原油提供热量。

当太阳光照不足工况时，光伏电站3和太阳能集热板4接收的太阳能有限，此时电能来源于光伏电站3在光照充足工况下储存的电能；加热盘管12的热能来源于相变储能材料6释放的潜热，这部分热量被升温盘管19吸收，维持管道内的水温。在温度极度寒冷的工况下，调节三通换向阀8，使热源2的出水口与加热盘管12的入水口连接并切断连接管16，使热源2、加热盘管12、升温盘管19、热源的入水管组成环路，供给原油的热量由热源2和相变材料6储存的热量以及光伏电站3储存的电能在电加热片15的作用下共同提供，通过相变储能材料6的温度补偿，大大降低了传统能源的消耗量。

搅拌器工作时，当低原油液位时，光伏电站3为高位搅拌器9、低位搅拌器11、电机13、电加热板15提供电能，使其运转。高位搅拌器9接收压力传感器22给定的压力值较低的信号，控制其下沉至套筒10内部，最低与低位搅拌器11平齐，电加热片15与加热盘管12共同对原油搅拌加热；当高原油液位时，高位搅拌器9接收压力传感器22传来的高压力信号，调升高位搅拌器9至原油高度，与低位搅拌器11共同对原油进行搅拌和加热。在搅拌器对原油进行搅拌和加热的过程中，紊乱状态的原油既吸收了加热盘管12的热量又吸收了叶片14在搅拌过程中传递给原油的热量，故此过程大大提高了加热效率，降低了常规能源消耗

综上所述，本太阳能光热光电强化原油加热装置，充分利用太阳能，将光热、光电、加热和储能一体化对储油罐内原油加热维温。一方面利用太阳能集热对传热流体(水)加热，盈余热量储存在热储单元以备不时之需；另一方面在储油罐内设置电动升降搅拌单元，利用强制对流与叶片波纹型凹槽增加与原油接触面积强化传热效果，其动力来源为光伏电站的太阳能发电储电单元。

Claims (6)

1.一种太阳能光热光电强化原油加热装置，包括热能储存单元（24）、太阳能发电储电单元（25）、太阳能集热单元（26）、加热单元（27）、阀门换向单元（28）和电动升降搅拌单元（29），其特征在于：所述的热能储存单元（24）上安装太阳能集热单元（26），热能储存单元（24）通过管道与加热单元（27）连接，热能储存单元（24）与加热单元（27）连接的管道上设有阀门（5），加热单元（27）中包括电动升降搅拌单元（29），加热单元（27）通过管道与阀门换向单元（28）连接，阀门换向单元（28）通过连接管（16）和管道分别与热能储存单元（24）和热水热源（2）连接，连接管（16）上依次安装阀门（5）、热水水泵（7）和止回阀（23），热水热源（2）通过管道与连接管（16）连接，热水水源（2）与连接管（16）连接的管道上设有阀门（5）；所述的太阳能发电储电单元（25）通过导线分别与加热单元（27）、阀门换向单元（28）和电动升降搅拌单元（29）连接；所述的电动升降搅拌单元（29）包括高位搅拌器（9）和低位搅拌器（11），高位搅拌器（9）下方设有套筒（10），高位搅拌器（9）包括电机（13）、叶片（14）和叶轮（21），叶轮（21）一端与电机（13）输出轴连接，叶轮（21）上均等分布若干个叶片（14），叶片（14）内安装电加热板（15）；高位搅拌器（9）与套筒（10）连接处设有密封材料，高位搅拌器（9）由三级伸缩杆组成，每3米为一级伸缩，且每级伸缩杆内部设置1组叶轮（21）；低位搅拌器（11）的高度设置为2米；每级伸缩杆上设有6组叶片（14），叶片（14）之间夹角为60°，叶片（14）内部设有电加热板（15），且叶片（14）上含有波纹型凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能光热光电强化原油加热装置，其特征在于：所述的热能储存单元（24）位于地下，热能储存单元（24）包括集热箱体（17）、相变储能材料（6）和升温盘管（19），集热箱体（17）外部形成空腔（18），集热箱体（17）内设有升温盘管（19），升温盘管（19）外部包围有相变储能材料（6），升温盘管（19）通过管道分别与加热单元（27）和热水热源（2）连接，集热箱体（17）上方设有太阳能集热单元（26），太阳能集热单元（26）为太阳能集热板（4）。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能光热光电强化原油加热装置，其特征在于：集热箱体（17）位于地下；太阳能集热板（4）位于地上。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能光热光电强化原油加热装置，其特征在于：所述的加热单元（27）包括加热盘管（12）、储油罐（1）和电动升降搅拌单元（29），储油罐（1）底端设有加热盘管（12）和压力传感器（22），加热盘管（12）一端与热能储存单元（24）连接，加热盘管（12）另一端通过管道与阀门换向单元（28）连接，储油罐（1）底部设有电动升降搅拌单元（29）。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能光热光电强化原油加热装置，其特征在于：所述的储油罐（1）底设置4个压力传感器（22），四个压力传感器（22）呈成十字形分布。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能光热光电强化原油加热装置，其特征在于：所述的太阳能发电储电单元（25 ）为光伏电站（3）；所述的阀门换向单元（28）为三通换向阀（8）。

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