CN115199247A - 一种多能互补海上采油供热平台系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上采油相关技术领域，具体为一种多能互补海上采油供热平台系统，包括风力发电动力系统、海水源蒸发系统和海水源加热系统，海水源加热系统包括太阳能预热系统、海水源热泵系统及锅炉加热系统，海水源蒸发系统与海水源热泵系统连接，采用海水作为热源，风力发电动力系统与海水源热泵系统连接，将风能转化为动能，为海水源热泵系统提供运转动力；本发明通过对海上采油平台综合热管理，将不同能源统一转化为热能，实现多能源互补、节能降耗的目的，同时采用三级加热系统，为海上采油伴热提供热源，在有效减少能源消耗前提下，提高资源利用率及效率，降低采油成本。

Description

一种多能互补海上采油供热平台系统

技术领域

本发明涉及海上采油相关技术领域，具体为一种多能互补海上采油供热平台系统。

背景技术

海上能源丰富，风能、太阳能和海水都是良好的清洁能源，其中海水不仅是良好的热源，还是工业生产中常用的载冷剂。在新能源产业“二次创业”背景下，海上风电为海上石油平台供电具有巨大的优势，更加符合国家绿色环保理念，能够大幅降低碳和氮氧化物的排放。石油化工产业是我国国民经济的基础和支柱产业，然而石油再生时间相对较长，因此在开采过程中，应尽可能降低损失，减少能耗，同时提高开采量。目前石油开采一般采用采油伴热的方法，热采具有有效降低原油粘度及防冻防凝的作用，可进一步提高石油开采量。

现在海上采油伴热多利用单一能源进行供热。例如：风力发电机组余热利用的热源供给装置、电热杆、井下红外加热及热化学法等，尤其是风力发电机组余热利用的热源供给装置，虽然取得了一定的积极效益，但对所需风力发电机组的功率要求过大，这对海上采油平台系统是一种极大的负担。如果通过综合热管理，合理利用海上能源，提高资源利用率，在极大程度上能够有效减小单一能源为采油热伴提供热源所带来的负担，同时提高石油产量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有的海上采油伴热所用能源单一，且资源利用率较低的问题，现提供一种多能互补海上采油供热平台系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多能互补海上采油供热平台系统，包括风力发电动力系统、海水源蒸发系统和海水源加热系统；

所述海水源加热系统包括通过海水管路连接的太阳能预热系统、海水源热泵系统及锅炉加热系统，首先将海水输送至太阳能预热系统进行一级预热，再进入海水源热泵系统进行二次加热，最后进入锅炉加热系统进行三级加热，加热温度逐级递增，从而产生过热饱和蒸汽，为海上采油伴热提供热源。

所述海水源蒸发系统与海水源热泵系统连接，其采用海水作为热源，促使海水源热泵系统中制冷剂吸热蒸发，海水能源丰富，使用方便。

所述风力发电动力系统与海水源热泵系统连接，用于将风能转化为动能，为海水源热泵系统提供运转动力，风力发电在为海上采油基地供电的同时，利用风机的扇叶转动所产生的动能来驱动海水源热泵系统进行二级加热，在不消耗资源的同时完成加热，由于海上风能取之不尽，风力发电的扇叶持续转动，这部分动能可以大大减少热泵系统运行所消耗的资源，使海上风电采油平台可持续化发展。

上述技术方案将海上风能转化为动能，为海水源加热系统提供动力，且利用海上太阳能对海水进行一级预热，并利用热泵对海水进行二级加热，加热后的海水通过锅炉进行三级加热，同时海水源蒸发系统以海水为热源，与海水源热泵系统中的制冷剂进行换热，从而使制冷剂吸热蒸发进入下一个循环，实现多能源互补、节能降耗的目的，提高了资源利用率。

进一步的，所述太阳能预热系统包括第二海水泵及太阳能集热器，所述第二海水泵的输入端延伸至海水中，输出端和太阳能集热器输入端连接；

太阳能预热系统工作时，海水经第二海水泵将海水引入太阳能集热器中，利用太阳能对海水进行一级预热，预热后的海水进入海水源热泵系统进行二级加热；

所述海水源热泵系统包括通过制冷剂管路首尾连接的压缩机、冷凝器、节流阀及蒸发器，四者构成一个完整的回路，所述压缩机的制冷剂输出端和冷凝器的制冷剂输入端连接，制冷剂输入端和蒸发器的制冷剂输出端连接，所述冷凝器的制冷剂输出端和节流阀的输入端连接，所述蒸发器的制冷剂输入端和节流阀的输出端连接，所述的节流阀安装在冷凝器和蒸发器之间的制冷剂管道上，起到稳定压力、调节流量的作用，所述冷凝器海水进口与太阳能集热器输出端连接；

海水源热泵系统工作时，风力发电动力系统为其提供动力，使制冷剂在压缩机中变成高温高压过热气体，通过制冷剂管路输送到冷凝器中，对太阳能集热器中进入的海水进行二级加热，加热后的海水被运输到锅炉加热系统中，其中制冷剂在冷凝器中释放热量后变为高压低温液体，进一步经节流阀变为低压低温液体，然后被输送到蒸发器中，在蒸发器中制冷剂吸收海水中的热量，变成低压低温蒸气，再通过制冷剂管路运输至压缩机中，完成海水源热泵循环，最终进入下一轮热泵循环；

所述锅炉加热系统包括依次连接的集水箱、第三海水泵及锅炉，所述集水箱输入端和冷凝器海水出口连接，输出端和第三海水泵的输入端连接，所述第三海水泵输出端和锅炉输入端连接，所述锅炉输出端和海上采油系统连接。

锅炉加热系统工作时，经过一级加热和二级加热后的海水，通过冷凝器海水出口进入到集水箱中，经第三海水泵的带动将海水输送到锅炉中进行三级加热，将海水加热为过热蒸气，通过管道输送到海上采油系统，为海上采油伴热提供热源，提高采油率。

进一步的，所述风力发电动力系统依次连接的叶片、传动轴及齿轮箱，所述叶片与传动轴的输入端连接，所述传动轴输出端与齿轮箱输入端连接，所述齿轮箱输出端和压缩机的主轴传动连接。

风力发电动力系统工作时，通过风带动叶片转动，使风能转化为动能，通过传动轴的作用，进而带动齿轮箱工作，将动能转化为机械能，齿轮箱通过和压缩机的主轴传动连接，进一步将机械能转化为动能来带动压缩机运行，使制冷剂变成高温高压过热气体。

进一步的，所述第二海水泵的输出端安装有电动三通阀，所述电动三通阀输出端分别和冷凝器海水进口及太阳能集热器输入端连接，温度探针信号输入端分别连接在太阳能集热器输入端及输出端上，信号输出端与控制器输入端连接，所述控制器输出端连接在电动三通阀上。

当光照强度较好，太阳能集热器进出口温差大于等于1℃时，控制器自动调节电动三通阀向进入太阳能集热器侧增大开度，从而增加进入太阳能集热器的海水流量，充分利用太阳能对海水进行一级预热；反之，当光照强度较差，太阳能集热器进出口温差小于1℃时，控制器自动调节电动三通阀向进入太阳能集热器侧减小开度，减少进入太阳能集热器的流量，从而提高加热效率。

进一步的，所述海水源蒸发系统包括第一海水泵，所述第一海水泵输入端延伸至海水中，输出端和蒸发器海水进口连接，换热后的海水通过蒸发器海水出口延伸至海水中。

海水源蒸发系统工作时，海水作为良好的热源，通过第一海水泵的带动从蒸发器海水进口输送到蒸发器中，进而对制冷剂进行加热，使其变成低温低压蒸气，换热后的海水通过蒸发器海水出口排入大海，海水在冷凝器处作为冷源，在蒸发器处作为热源，海水使用多元化，体现了对能源的合理化利用。

进一步的，所述锅炉燃料为海上采油系统所产生的废弃油渣，从而减小了废弃物处理的难度，达到了海上清洁，减小了环境污染。

进一步的，所述制冷剂管路及海水管路上均设有止回阀，避免海水及制冷剂倒流。

进一步的，所述第一海水泵及第二海水泵的输入端分别安装有第一过滤器及第二过滤器，经过滤器过滤杂质后的海水由海水泵进入整个系统，提高了整个系统的使用寿命及效率。

本发明的有益效果是：本发明通过对海上采油平台综合热管理，将不同能源统一转化为热能，实现多能源互补、节能降耗的目的，同时采用三级加热系统，为海上采油伴热提供热源，在有效减少能源消耗前提下，提高资源利用率及效率，降低采油成本，解决了海上采油伴热直接用电供热而产生能耗增大的问题，也解决了烧油供热带来的安全和环境污染问题，且本发明可以直接放在海上钻井平台，无需摆渡船舶。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为一种多能互补海上采油供热平台系统原理图；

图2为一种多能互补海上采油供热平台系统结构示意图；

图中：

1、风力发电动力系统；101、叶片；102、传动轴；103、机舱；104、齿轮箱；105、联轴器；

2、海水源蒸发系统；201、第一过滤器；202、第一海水泵；203、蒸发器海水进口；204、蒸发器海水出口；

3、海水源加热系统；301、第二过滤器；302、第二海水泵；303、电动三通阀；304、太阳能集热器；305、温度探针；306、控制器；311、压缩机、312、冷凝器、313、节流阀；314、蒸发器；315、冷凝器海水出口；316、冷凝器海水进口；321、集水箱；322、第三海水泵；323、锅炉；

4、止回阀。

5、制冷剂管路；

6、海水管路。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

实施例一：

如图1和图2所示，本发明是一种多能互补海上采油供热平台系统，包括风力发电动力系统1、海水源蒸发系统2和海水源加热系统3；

所述风力发电动力系统1与海水源热泵系统连接，用于将风能转化为动能，为海水源热泵系统提供运转动力；

所述风力发电动力系统1包括依次连接的叶片101、传动轴102及齿轮箱104，所述叶片101与传动轴102的输入端连接，所述传动轴102输出端与齿轮箱104输入端连接，所述齿轮箱104输出端和压缩机311的主轴传动连接，机头与塔筒连接处的制冷剂管路5上安装有两个联轴器105，联轴器105可减少机头旋转过程中作用于制冷剂管路5上的扭矩，增加管路的使用寿命。所述齿轮箱104及两个联轴器105都安装在机舱103内，叶片101安装在机舱103外，传动轴102的输入端在机舱103外，输出端延伸进机舱103内。风力发电动力系统1工作时，通过风带动叶片101转动，使风能转化为动能，通过传动轴102的作用，进而带动齿轮箱104工作，将动能转化为机械能，齿轮箱104通过和压缩机311的主轴传动连接，进一步将机械能转化为动能来带动压缩机311运行，使制冷剂变成高温高压过热气体。

所述海水源蒸发系统2与海水源热泵系统连接，其采用海水作为热源，促使海水源热泵系统中制冷剂吸热蒸发，所述海水源蒸发系统2包括第一海水泵202，第一海水泵202上安装有第一过滤器201，所述第一海水泵202输入端延伸至海水中，输出端和蒸发器海水进口203连接，换热后的海水通过蒸发器海水出口204延伸至海水中。

所述海水源加热系统3包括通过海水管路6连接的太阳能预热系统、海水源热泵系统及锅炉加热系统，首先将海水输送至太阳能预热系统进行一级预热，再进入海水源热泵系统进行二次加热，最后进入锅炉加热系统进行三级加热，加热温度逐级递增，从而产生过热饱和蒸汽，为海上采油伴热提供热源，海水管路6上设有止回阀4。

所述太阳能预热系统包括第二海水泵302及太阳能集热器304，第二海水泵302上安装有第二过滤器301，所述第二海水泵302的输入端延伸至海水中，输出端和太阳能集热器304输入端连接；

所述海水源热泵系统包括通过制冷剂管路5首尾连接的压缩机311、冷凝器312、节流阀313及蒸发器314，四者构成一个完整的回路，制冷剂管路5上设有止回阀4，所述压缩机311的制冷剂输出端和冷凝器312的制冷剂输入端连接，制冷剂输入端和蒸发器314的制冷剂输出端连接，所述冷凝器312的制冷剂输出端和节流阀313的输入端连接，所述蒸发器314的制冷剂输入端和节流阀313的输出端连接，所述的节流阀313安装在冷凝器312和蒸发器314之间的制冷剂管路5上，起到稳定压力、调节流量的作用，所述冷凝器海水进口316与太阳能集热器304输出端连接；

所述第二海水泵302的输出端安装有电动三通阀303，所述电动三通阀303输出端分别和冷凝器海水进口316及太阳能集热器304输入端连接，温度探针305信号输入端分别连接在太阳能集热器304输入端及输出端上，信号输出端与控制器306输入端连接，所述控制器306输出端连接在电动三通阀303上。

所述锅炉加热系统包括依次连接的集水箱321、第三海水泵322及锅炉323，所述集水箱321输入端和冷凝器海水出口315连接，输出端和第三海水泵322的输入端连接，所述第三海水泵322输出端和锅炉323输入端连接，所述锅炉323输出端和海上采油系统连接，所述锅炉323燃料为海上采油系统所产生的废弃油渣，从而减小了废弃物处理的难度，达到了海上清洁，减小了环境污染。

所述太阳能集热器304固定在机舱103外的塔筒壁上，所述压缩机311、冷凝器312、节流阀313、蒸发器314、第二过滤器301、第二海水泵302、电动三通阀303、温度探针305、控制器306、集水箱321、第三海水泵322及锅炉323都安装在机舱103内。

本发明的工作原理及使用流程：

风力发电动力系统1工作时，通过风带动叶片101转动，使风能转化为动能，通过传动轴102的作用，进而带动齿轮箱104工作，将动能转化为机械能，齿轮箱104通过和压缩机311的主轴传动连接，进一步将机械能转化为动能来带动压缩机311运行，使制冷剂变成高温高压过热气体。

海水源蒸发系统2工作时，海水作为良好的热源，经第一过滤器201处理后，海水通过第一海水泵202的带动从蒸发器海水进口203输送到蒸发器314中，进而对制冷剂进行加热，使其变成低温低压蒸气，换热后的海水通过蒸发器海水出口204排入大海。

该系统采用三级加热的工作方式，第二海水泵302首先将海水输送至太阳能预热系统进行一级预热，再进入海水源热泵系统的冷凝器312中进行二次加热，最后进入锅炉加热系统进行三级加热，从而产生过热饱和蒸汽，为海上采油伴热提供热源。另外，当光照强度较好，太阳能集热器304进出口温差大于等于1℃时，控制器306自动调节电动三通阀303向进入太阳能集热器304侧增大开度，从而增加进入太阳能集热器304的海水流量，充分利用太阳能对海水进行一级预热；反之，当光照强度较差，太阳能集热器304进出口温差小于1℃时，控制器306自动调节电动三通阀303向进入太阳能集热器304侧减小开度，减少进入太阳能集热器304的流量，从而提高加热效率。

太阳能预热系统工作时，海水经第二过滤器301过滤出其中的杂质，再经第二海水泵302及电动三通阀303，将海水引入太阳能集热器304中，利用太阳能对海水进行一级预热，预热后的海水从冷凝器海水进口316输送到冷凝器312中，进行二级加热；

海水源热泵系统工作时，风力发电动力系统1为压缩机311提供动力，使制冷剂在压缩机311中变成高温高压过热气体，通过制冷剂管路5输送到冷凝器312中，进一步对太阳能预热后的海水进行二级加热，加热后的海水被运输到锅炉加热系统中，其中制冷剂在冷凝器312中释放热量后变为高压低温液体，进一步经节流阀313变为低压低温液体，然后被输送到蒸发器314中，在蒸发器314中制冷剂吸收海水中的热量，变成低压低温蒸气，再通过制冷剂管路5运输至压缩机311中，完成海水源热泵循环，最终进入下一轮热泵循环；

锅炉加热系统工作时，经过一级加热和二级加热后的海水，通过冷凝器海水出口315进入到集水箱321中，经第三海水泵322的带动将海水输送到锅炉323中进行三级加热，将海水加热为过热饱和蒸汽，通过管道输送到海上采油系统，为海上采油伴热提供热源，提高采油率，其中锅炉323所使用的燃料出自海上采油系统所提供的废弃油渣。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种多能互补海上采油供热平台系统，其特征在于：包括风力发电动力系统(1)、海水源蒸发系统(2)和海水源加热系统(3)；

所述海水源加热系统(3)包括由海水管路(6)连接的太阳能预热系统、海水源热泵系统及锅炉加热系统，所述太阳能预热系统对海水进行一级预热，海水源热泵系统对海水进行二级预热，锅炉加热系统对海水进行三级预热；

所述海水源蒸发系统(2)与海水源热泵系统连接，其采用海水作为热源，促使海水源热泵系统中制冷剂吸热蒸发；

所述风力发电动力系统(1)与海水源热泵系统连接，将风能转化为动能，为海水源热泵系统提供运转动力。

2.根据权利要求1所述的一种多能互补海上采油供热平台系统，其特征在于：所述太阳能预热系统包括第二海水泵(302)及太阳能集热器(304)，所述第二海水泵(302)的输入端延伸至海水中，输出端和太阳能集热器(304)输入端连接；

所述海水源热泵系统包括通过制冷剂管路(5)首尾连接的压缩机(311)、冷凝器(312)、节流阀(313)及蒸发器(314)，所述冷凝器海水进口(316)与太阳能集热器(304)输出端连接；

所述锅炉加热系统包括依次连接的集水箱(321)、第三海水泵(322)及锅炉(323)，所述集水箱(321)输入端和冷凝器海水出口(315)连接，所述锅炉(323)输出端和海上采油系统连接。

3.根据权利要求2所述的一种多能互补海上采油供热平台系统，其特征在于：所述风力发电动力系统(1)包括依次连接的叶片(101)、传动轴(102)及齿轮箱(104)，所述齿轮箱(104)输出端和压缩机(311)的主轴传动连接。

4.根据权利要求2所述的一种多能互补海上采油供热平台系统，其特征在于：所述第二海水泵(302)输出端安装有电动三通阀(303)，所述电动三通阀(303)输出端分别和冷凝器海水进口(316)及太阳能集热器(304)输入端连接，温度探针(305)信号输入端分别连接在太阳能集热器(304)的输入端及输出端上，信号输出端与控制器(306)输入端连接，所述控制器(306)输出端连接在电动三通阀(303)上。

5.根据权利要求2所述的一种多能互补海上采油供热平台系统，其特征在于：所述海水源蒸发系统(2)包括第一海水泵(202)，所述第一海水泵(202)输入端延伸至海水中，输出端和蒸发器海水进口(203)连接，蒸发器海水出口(204)延伸至海水中。

6.根据权利要求2所述的一种多能互补海上采油供热平台系统，其特征在于：所述锅炉(323)燃料为海上采油系统所产生的废弃油渣。

7.根据权利要求2所述的一种多能互补海上采油供热平台系统，其特征在于：所述制冷剂管路(5)及海水管路(6)上均设有止回阀(4)。

8.根据权利要求5所述的一种多能互补海上采油供热平台系统，其特征在于：所述第一海水泵(202)及第二海水泵(302)的输入端分别安装有第一过滤器(201)及第二过滤器(301)。

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