CN201016064Y - 原油储罐的太阳能加热系统 - Google Patents

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郭艳红
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Abstract

一种原油热泵站原油储罐的太阳能加热系统，包括设在原油储罐内的散热器，其特征在于：所述的散热器与一太阳能集热器的热媒回路连接，在该热媒回路中串联有循环泵(P1)。在所述的热媒回路与散热器之间连接有一换热器，该换热器的A介质两端与所述的热媒回路串联，该换热器的B介质两端与散热器两端及另一循环泵(P2)串联构成B介质循环回路。本实用新型的优点是：采用换热器对原油间接加热，容易与原油泵站系统相兼容，利用蓄热和换热以及自动控制，使太阳能加热系统能充分发挥效力，对太阳能提供的热量和加热炉产生的热量合理匹配，大大降低了自然气候的影响，温度保持相对稳定，满足了原油长输系统的加热要求。

Description

原油储罐的太阳能加热系统
技术领域
本实用新型涉及一种原油储罐的太阳能加热系统，用于对原油储罐内的原油加热维温。
背景技术
近年来，国内外不断进行利用太阳能对原油储罐加热技术的应用研究。原油在环境温度下其粘度较高，通常需加热到50℃，并在该温度下储存。特别是在我国部分北方油田多数是单井原油储罐，由于保温效果差，散热很快，原油进入油罐后很快降温，气温较低时粘度开始增大，并逐渐凝结。传统的原油储罐维温系统包括一台带有蒸汽加热盘管的锅炉(或者是一台换热器)、罐顶和罐壁的保温层。使用燃烧煤、油、天然气和电等加热方法来实现原油加热，造成大量的能源消耗和严重的环境污染问题，如果利用太阳能等替代能源或余热来加热原油，可以减少油田能耗，将为石油企业节省大量的能源并减少环境污染。
我国的太阳能资源十分丰富，全国有90％以上的地区年太阳辐照总量大于5000MJ/m2，除四川盆地和毗邻地区外，绝大部分地区的太阳能资源相当或超过国外同纬度地区的太阳能资源，具有良好的开发条件和应用价值。许多大型油田位于太阳能资源较好的地区，开发利用太阳能具有相当大的潜力。若能将太阳能应用于原油加热中，必将在节能降耗、绿色环保方面取到积极的示范与推广作用。太阳能被应用，与传统能源设备结合起来作为加热装置，但存在受自然气候的影响，太阳能系统运行的稳定性、可靠性差，温度无法保持相对稳定的问题。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种原油储罐的太阳能加热系统，以解决现有技术受自然气候的影响，太阳能系统运行的稳定性、可靠性差，温度无法保持相对稳定，以及与现有加热系统不兼容的问题。
本实用新型的技术方案是：包括设在原油储罐内的散热器，其特征在于：还包括太阳能集热器、换热器和两个循环泵P1和P2，该太阳能集热器的两端与循环泵P1和换热器的A介质两端串联构成热媒回路；该换热器的B介质两端与所述的散热器两端及另一循环泵P2串联构成B介质循环回路。
所述的换热器由蓄热箱体和设在其内的盘管组成，盘管的两端穿出蓄热箱体并与所述的热媒回路串联，在该箱体上设有B介质的循环接口，该循环接口与所述的B介质循环回路串联。
在所述的热媒回路的最高点设有排气阀并作为热媒补充口；在该热媒回路的最低处设有排出口和排出阀。
还包括自动控制装置，该装置包括控制器、太阳能集热器的输入和输出温度传感器T102和T103、换热器的散热器A介质的温度传感器T101和箱体内B介质的温度传感器T201，原油储罐内的温度传感器T202，所述的各个温度传感器分别与控制器的不同输入端连接，该控制器的不同控制输出端分别与所述的两个循环泵(P1)和(P2)连接。
所述的太阳能集热器为热管式真空管集热器。
本实用新型的优点是：采用换热器对原油间接加热，容易与原油泵站系统相兼容，利用蓄热和换热以及自动控制，使太阳能加热系统能充分发挥效力，对太阳能提供的热量和常规能源产生的热量合理匹配，大大降低了自然气候的影响，温度保持相对稳定，满足了原油储罐加热维温的要求。
附图说明
图1是本实用新型实施例总体结构示意图；
图2是本实用新型配有控制系统的构成示意图。
具体实施方式
参见图1和图2，该实施例是一个石油管道泵站原油储罐的太阳能维温系统的结构示意图。原油储罐24为拱顶罐，采用岩棉板材保温，外防护采用镀锌铁皮，拱顶罐内设有加热盘管。冬季最冷月的平均气温为-3℃，大气的最低温度为-18℃，原油储罐原有的维温系统为热水加热系统，供水温度为65～70℃，回水温度为50℃。
为了保持罐内原油温度维持在50℃，设计一套如图1所示的太阳能加热系统对原油储罐24进行维温。采用太阳能集热系统间接加热循环水来给原油换热加热的技术方案。
该太阳能集热系统主要包括太阳能集热器3、蓄热箱(换热器)25、控制系统等。该系统主要包括蓄热箱25与太阳能集热器3之间的循环回路2(即A介质循环回路)和蓄热箱25与油罐26之间的循环回路5(即B介质循环回路)。两套循环回路独立运行，又相互制约，最后将太阳能传递给原油系统。循环回路2中的A介质采用凝固温度较低的导热油，循环回路5中的B介质采用水。在循环回路2和5中分别设有过滤器29和30，滤除热媒介质中的杂质。
其自动控制系统包括控制器27、太阳能集热器的输入和输出温度传感器T102和T103、换热器的散热器A介质的温度传感器T101和箱体内B介质的温度传感器T201，原油储罐内的温度传感器T202，所述的各个温度传感器分别与控制器的不同输入端连接，该控制器的不同控制输出端分别与所述的两个循环泵P1和P2连接。
该太阳能加热系统的基本原理为：太阳能集热器3加热导热油在热媒回路2内循环，导热油循环通过换热器25对水循环回路5进行换热，换热后循环水经罐内原有加热盘管26对原油储罐24进行维温。
为了不破坏原油储罐24原有的加热系统，把太阳能加热系统与现有加热系统相互结合。在设计太阳能加热系统时，考虑尽量使用原有设备，并且在基本不影响以前维温系统功能的前提下，使两套系统流程可以相互切换。
该实施例的主要有以下两个循环回路构成：
1)蓄热箱25与太阳能集热器3之间的循环回路2：
102→P1→103→104→105→太阳能集热器3→106→107→蓄热箱25→102
2)蓄热箱25与油罐26之间的循环回路5：
203→204→P2→205→206→油罐26→207→208→蓄热箱25→203
该系统的具体的工作过程如下：
1、蓄热箱与太阳能集热器之间集热温差循环：
当太阳集热器内导热油的温度T103比蓄热箱内导热油的温度T101高8℃时，循环泵P1启动，导热油经阀门102、103、104、105进入太阳能集热器阵列3，被太阳能加热后经阀门106、107，进入蓄热箱25形成往复循环；当T103-T101≤2℃时，循环泵P1停止运行。2、蓄热箱25与油罐24之间的集热温差循环：
当蓄热箱25内水的温度T201比油罐内原油的温度T202高8℃且T202达到设置温度时，循环泵P2启动，热水经阀门203-204-P2-205-206进入油罐，换热后经阀门207-208-回到蓄热箱25，形成循环过程；当T201-T202≤2℃时，循环泵P2停上运行。
3、自动补水：
当蓄热箱25内水位低于设定水位时，电磁阀201打开进行自动补水；水满时，电磁阀201自动关闭。
4、原有能源系统加热：
在设定时间内，当油罐内温度T202低于设定温度且T201-T202≤2℃时，循环泵P2停止，关闭电磁阀206、207，切换到原有加热系统，采用原来的系统进行油罐维温加热。
5、防冻循环：
当太阳集热器内导热油的温度T102比蓄热箱25内温度T101低5℃时，循环泵P1启动，利用蓄热箱25内的热量加热热媒介质，防止管道冻结。
6、流量设定：
系统在运行中，测量LL101、LL102、LL201、LL202的流量，根据系统运行的技术要求，手动调节阀门达到使用要求。
本实用新型的太阳能集热器3优选热管式真空管集热器。热管式真空管集热器具有以下优点：热管工质热容量小，启动快；真空集热管内没有水，耐冰冻；真空集热管内没有水，耐热冲击；热管和连集管是金属，承压能力强；热管有“热二极管效应”，保温好；“干性连接”不漏水，运行安全可靠；真空集热管“干性连接”，易于安装维修。
本实用新型采用热管式真空管太阳能集热器，特别是适用于环境温度较低的油田地区。可以提高系统热效率。系统内设置大小两个蓄热水箱，不仅可以加快系统的启动时间，而且可以蓄存多余的热量，延长系统的工作时间。系统的运行及各工况之间切换均能实现自动控制。
在夏季，系统满足热媒介质在最高的集热器闷晒温度下不沸腾，应该使用高浓度的热媒介质；冬季，满足传媒介质的凝固点低于系统使用期内最低环境温度，选择合适的浓度使其有足够低的冰点。
运行中为了系统的压力安全、可靠，安装了排气阀(安全泄压阀)28，调节压力来保护系统的正常运行。热媒介质在系统运行开始还有运行中的注入或是更换，可以通过系统最高处的排气阀28作为加入口。系统热媒介质的首次注入量依据系统管道总容积决定；同时在管道系统的最低处安装一个排出阀101用来必要时更换或是放掉热媒介质。
太阳能系统夏季使用时要注意过热问题。由于夏季气候原因，太阳能系统热量会出现过剩的问题。为了解决该问题，该实施例设计了一台储水箱25(换热器的组成部分)作为过量热量的储存，以备阴雨或热量不足时使用。当热量继续积累，使得储水箱25过热时，不允许集热系统采集的热量再进入储水箱25，避免被加热的原油的性质的改变。此时，多于的热量由集热系统承担；当集热系统3也发生过热时，任由集热系统3中的热媒介质沸腾或是在集热系统中增加散热设备。在热媒介质的承压系统中，当储水箱25过热发生时，循环水泵P1停止运行，集热系统3处于闷晒状态。闷晒温度过高时，集热系统3的热媒介质会沸腾，性能会破坏。如果不设置集热系统过热保护，任由热媒介质沸腾，在集热系统3中就必须设计安全泄压阀28，在过热结束时重新更换补充热媒介质。鉴于以上原因，选择沸点较高的热媒介质，系统做了充足的过热保护措施，达到安全使用的要求。
为了使太阳能系统在冬季使用安全、可靠，需要考虑系统的过冷问题。管道系统使用保温材料保温。同时，在环境温度很低的情况下也可以采用防冻循环的方式，即开启集热循环泵P1，用储水箱25中盘管内温度较高的热媒介质冲刷管道2，防止设备冻结。

Claims (6)

1.一种原油储罐的太阳能加热系统，包括设在原油储罐内的散热器，其特征在于：还包括太阳能集热器、换热器和两个循环泵(P1)和(P2)，该太阳能集热器的两端与循环泵(P1)和换热器的A介质两端串联构成热媒回路；该换热器的B介质两端与所述的散热器两端及另一循环泵(P2)串联构成B介质循环回路。
2.根据权利要求1所述的原油储罐的太阳能加热系统，其特征在于：所述的换热器由蓄热箱体和设在其内的盘管组成，盘管的两端穿出蓄热箱体并与所述的热媒回路串联，在该箱体上设有B介质的循环接口，该循环接口与所述的B介质循环回路串联。
3.根据权利要求1所述的原油储罐的太阳能加热系统，其特征在于：在所述的热媒回路的最高点设有排气阀并作为热媒补充口；在该热媒回路的最低处设有排出口和排出阀。
4.根据权利要求1、2或3所述的原油储罐的太阳能加热系统，其特征在于：还包括自动控制装置，该装置包括控制器、太阳能集热器的输入和输出温度传感器T102和T103、换热器的散热器A介质的温度传感器T101和箱体内B介质的温度传感器T201，原油储罐内的温度传感器T202，所述的各个温度传感器分别与控制器的不同输入端连接，该控制器的不同控制输出端分别与所述的两个循环泵(P1)和(P2)连接。
5.根据权利要求4所述的原油储罐的太阳能加热系统，其特征在于：所述的太阳能集热器为热管式真空管集热器。
6.根据权利要求1、2或3所述的原油储罐的太阳能加热系统，其特征在于：所述的太阳能集热器为热管式真空管集热器。
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