CN211290551U - 一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，包括：原油输送管，原油输送管的外壁上缠设有导热波纹管，在导热波纹管外侧安装有保温层，原油输送管上还设置有传热单元，传热单元包括预热冷凝器和预热罐，预热冷凝器放置于预热罐内，预热罐一端的侧壁设置有进油口，原油输送管外部设置有循环换热单元，传热单元、导热波纹管及换热循环单元通过管道连通。冷媒通过蒸发器后，吸收环境中的热能，在通过二氧化碳压缩机后，转变为高温高压液气混合状态，然后通过液化过程制取高温加热介质(防冻液)，提升进入二氧化碳压缩机的冷媒的温度，同时降低进入蒸发器的冷媒的温度，通过蒸发器与经济器的配合使用，提升了工作效率。

Description

一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统

技术领域：

本实用新型属于热能工程技术领域，特别涉及一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统。

背景技术：

石油绝大部分储藏在地底层，开采出来的石油被称为原油，粘度很大，含蜡量，含硫量，含胶量高。原油必须经过运输后，在炼油厂经过加工后产出汽油/柴油、沥青等产品。原油在运输过程中会产析蜡、结垢、凝管、及堵塞现象，会严重影响运输效率与能力。

为了提高输油管道的运输效率与运输能力，解决运输过程中产生的析蜡、结垢、凝管及堵塞现象。目前传统的输送工艺有密闭加热、热处理降凝、加轻油稀释、添加化学剂、混输和顺序输送等，以及各种物理与化学方法。由于原油的粘度很高，为了提高原油的流动性，降低输送过程中的能耗，安全输油，延长管线的使用年限，原油在输送过程中必须进行加热保温。

目前原油输送过程中采用加热形式一般为燃料油，以及燃气来加热，但是用燃料油以及燃气加热原油会造成能源的浪费，燃烧过程中产生的废气会造成环境的污染，破坏生态环境，影响人类以及各种生物的生活、生产、生存。现在各国都开始进行各种新能源的开发，如空气能、地热能、潮汐能、太阳能等，其中空气能为最理想的未来能源。利用太阳能代替部分燃料油、燃气加热原油输送管道，既可以减少燃料的使用，降低能耗，也可以减少环境污染，改善生态环境，也可以节省费用，提高经济效益。由于原油粘度高在运输过程中产生的析蜡、结垢、凝管以及堵塞现象，如果采用沉浸式冷凝器直接换热会因为换热管径偏小的问题造成换热管路堵塞，影响原油的输送与加热。因此，用空气能热泵加热原油不能直接加热；并且原油输送管道需要定期进行内壁清洗，采用沉浸式冷凝器将影响管路内部清洗。因此，采用外管壁式加热方式，通过管壁传热，用热媒间接加热原油；在运输管路前端设有预加热装置，用以保证在传输过程中不会因为加热不均而造成原油的传输不畅。

空气能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在现在社会，环境污染严重，生态系统严重破坏，煤炭与石油资源为不可再生能源，随着空气源热泵在各个领域的应用效果得到了广泛的认同，它以消耗地位热源、安装方便、占地面积小以及能效比高而受到关注。然而传统的含氟冷媒介质的空气源热泵无法克服北方地区冬天低温环境，普通空气源在加热方式上采用循环式，在低温情况下热量无法及时传输以及普通含氟冷媒不具备低温特性导致系统无法吸收热量造成压缩机低压报警，无法正常运转，需依靠电辅助加热器完成基本的加热效果，从而无法体现出空气源节能环保的特性。所以利用二氧化碳(R744)的低温特性作为冷媒介质的二氧化碳空气源热泵加热系统应运而生。

实用新型内容：

本实用新型的目的就在于克服上述缺陷，提供了一种便于安装布置、操作简单，且节能高效的寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，包括：原油输送管，所述原油输送管的外壁上缠设有导热波纹管，在所述导热波纹管外侧安装有保温层，所述保温层内紧邻所述导热波纹管的进水口处安装有第二温度传感器，紧邻所述导热波纹管的出水口处安装第一温度传感器；所述原油输送管上还设置有传热单元，所述传热单元包括预热冷凝器和预热罐，所述预热冷凝器放置于所述预热罐内，所述预热罐一端的侧壁设置有进油口，原油通过所述进油口供入所述预热罐中，所述预热罐的另一端与所述原油输送管连通，所述预热罐的罐壁上安装有第三温度传感器；所述原油输送管外部设置有换热循环单元，所述传热单元、导热波纹管及所述换热循环单元通过管道连通。

所述换热循环单元包括二氧化碳压缩机、储液罐、气液冷凝器、电子膨胀阀、经济器、蒸发器及液气分离罐，所述二氧化碳压缩机的入口端与所述经济器的第二出口端通过管道连通，所述二氧化碳压缩机的出口端与所述气液冷凝器的气体入口端、预热冷凝器入口通过三通管道连通，且在靠近预热冷凝器入口的管道上设置有第一调节阀，所述气液冷凝器的气体出口端、预热冷凝器出口与经济器的第二入口端通过三通管道连通，且在靠近预热冷凝器出口的管道上设置有第二调节阀，所述气液冷凝器的液体出口端与所述导热波纹管的入口端通过管道连通，所述气液冷凝器的液体入口端与所述导热波纹管的出口端通过管道连通，所述经济器的第一出口端、所述储液罐的出口端与所述蒸发器的进液口通过三通管道连通，且在靠近所述蒸发器的进液口的管道上安装有所述电子膨胀阀，所述蒸发器的出液口与所述液气分离罐的入口端通过管道连通，所述液气分离罐的出液口与二氧化碳压缩机的回液口通过管道相连接，且在所述液气分离罐与所述二氧化碳压缩机之间连通的管道上设置有电磁阀，所述液气分离罐的出气口与所述经济器的第一入口端通过管道连通。

所述换热循环单元还包括缓冲罐，所述气液冷凝器的液体出口端与所述缓冲罐、所述导热波纹管的入口端通过三通管道连通，且在靠近所述气液冷凝器的液体出口端的管道上设置有水比例阀和变频水泵，且所述缓冲罐与变频水泵的进口端通过管道相连通，所述变频水泵的出口端与水比例阀的入口端通过管道相连通，所述水比例阀的出口端与气液冷凝器液体的入口端通过管道相连通。

所述原油输送管外部还设置有PLC控制器，所述第一调节阀、第二调节阀、电子膨胀阀和电磁阀分别与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器控制第一调节阀、第二调节阀和电子膨胀阀的开度，所述PLC控制器控制所述电磁阀的开启与关闭。

所述水比例阀和变频水泵分别与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器控制所述水比例阀的开度和变频水泵的水流速度。

所述预热罐远离所述原油输送管的一端端部设置有排污管，在所述排污管上开设有排污阀。

所述二氧化碳压缩机采用半封闭活塞式压缩机。

所述变频水泵采用直流变频水泵。

所述经济器为管壳式换热器。

所述导热波纹管采用201不锈钢材质。

所述气液冷凝器为板式换热器。

本实用新型一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统的有益效果：本实用新型的结构具有便于安装布置，操作简单，节能高效等优点，冷媒通过所述蒸发器后，吸收环境中的热能，在通过所述二氧化碳压缩机后，转变为高温高压液气混合状态，然后通过液化过程制取高温加热介质(防冻液)，通过所述的经济器提升了进入所述二氧化碳压缩机的冷媒的温度，同时降低了进入所述蒸发器的冷媒的温度，通过蒸发器与经济器的配合使用，使整个系统灵活方便，提升了工作效率；同时采用的二氧化碳压缩机，使得系统具备空气热泵的高能效率与低温环境下仍能运行的优点，能够保障原油管路传输系统持续稳定地高效运行。

附图说明：

图1为本实用新型的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统的结构示意图；

图中：1-二氧化碳压缩机，2-气液冷凝器，3-电子膨胀阀，4-储液罐，5-水比例阀，6- 变频水泵，7-保温层，8-导热波纹管，9-原油输送管，10-经济器，11-蒸发器，12-液气分离罐，13-电磁阀，14-第一温度传感器，15-第二温度传感器，16-缓冲罐，17-PLC控制器，18-预热罐，19-预热冷凝器，20-排污阀，21-进油口，22-第一调节阀，23-第二调节阀，24-第三温度传感器，25-出油口。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

根据图1所示，本实用新型提供的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，包括：原油输送管9，所述原油输送管9的外壁上缠设有导热波纹管8，所述原油输送管9上还设置有传热单元，所述原油输送管9外部设置有换热循环单元，所述传热单元、导热波纹管 8及所述换热循环单元通过管道连通。

进一步地，在本实施例中，考虑原油在传输过程中因温度过高而产生的焦化情况，故采用导热波纹管8进行热传导，不仅解决了温度传导问题，而且使得现场安装工艺更易于操作，所述导热波纹管8采用201不锈钢材质，且所述导热波纹管8的进、出水口与管道的连接方式均采用螺纹连接，便于安装于拆卸，所述导热波纹管8中加热介质为防冻液，在所述导热波纹管8外侧安装有保温层7，所述保温层7内紧邻所述导热波纹管8的进水口处安装有第二温度传感器15，紧邻所述导热波纹管8的出水口处安装第一温度传感器14，当第一温度传感器14和第二温度传感器15检测到温度差达到预设的温度差阈值，系统开始工作，原油从所述原油输送管9内流通，通过导热波纹管8进行加热处理，将加热处理后的原油从原油输送管9的另一端输出。

进一步地，在本实施例中，所述原油输送管9上还设置有传热单元，所述传热单元包括预热冷凝器19和预热罐18，所述预热冷凝器19放置于所述预热罐18内，所述预热罐18一端的侧壁设置有进油口21，原油通过所述进油口21供入所述预热罐18中，所述预热罐18的另一端与所述原油输送管9连通，所述预热罐18的罐壁上安装有第三温度传感器24，具体地，还在所述预热罐18远离所述原油输送管9的一端端部设置有排污管，在所述排污管上开设有排污阀20，方便原油中大颗粒杂质的排放。

进一步地，在本实施例中，所述换热循环单元包括二氧化碳压缩机1、储液罐4、气液冷凝器2、电子膨胀阀3、经济器10、蒸发器11及液气分离罐12，具体地，所述二氧化碳压缩机1采用半封闭活塞式压缩机，以保证烘干设备在寒冷地区冬季能够正常运转，并且根据二氧化碳冷媒特性，不仅能够在低温环境下能够正常节能运转，而且二氧化碳压缩机1出口温度能够达到140℃高温，满足原油传输所需要的高温热能，所述经济器10为管壳式换热器，所述气液冷凝器2为板式换热器，所述二氧化碳压缩机1的入口端与所述经济器10的第二出口端通过管道连通，所述二氧化碳压缩机1的出口端与所述气液冷凝器2的气体入口端、预热冷凝器19入口通过三通管道连通，且在靠近预热冷凝器19入口的管道上设置有第一调节阀22，所述气液冷凝器2的气体出口端、预热冷凝器19出口与经济器10的第二入口端通过三通管道连通，且在靠近预热冷凝器19出口的管道上设置有第二调节阀23，所述气液冷凝器2的液体出口端与所述导热波纹管8的入口端通过管道连通，所述气液冷凝器2的液体入口端与所述导热波纹管8的出口端通过管道连通，所述经济器10的第一出口端、所述储液罐 4的出口端与所述蒸发器11的进液口通过三通管道连通，且在靠近所述蒸发器11的进液口的管道上安装有所述电子膨胀阀3，所述蒸发器11的出液口与所述液气分离罐12的入口端通过管道连通，所述液气分离罐12的出液口与二氧化碳压缩机1的回液口通过管道相连接，且在所述液气分离罐12与所述二氧化碳压缩机1之间连通的管道上设置有电磁阀13，所述液气分离罐12的出气口与所述经济器10的第一入口端通过管道连通，冷媒通过所述蒸发器 11后，吸收环境中的热能，在通过所述二氧化碳压缩机1后，转变为高温高压液气混合状态，然后通过液化过程制取高温加热介质(防冻液)，通过所述经济器10提升了进入所述二氧化碳压缩机1的冷媒的温度，同时降低了进入所述蒸发器11的冷媒的温度。

进一步地，在本实施例中，所述原油输送管9外部还设置有PLC控制器17，所述第一调节阀22、第二调节阀23、电子膨胀阀3和电磁阀13分别与所述PLC控制器17电连接，所述PLC控制器17控制第一调节阀22、第二调节阀23和电子膨胀阀3的开度，所述PLC 控制器17控制所述电磁阀13的开启与关闭。

进一步地，在本实施例中，所述换热循环单元还包括缓冲罐16，所述气液冷凝器2的液体出口端与所述缓冲罐16、所述导热波纹管8的入口端通过三通管道连通，且在靠近所述气液冷凝器2的液体出口端的管道上设置有水比例阀5和变频水泵6，所述水比例阀5和变频水泵6共同作业，形成防冻液传送装置，具体地，所述变频水泵6采用直流变频水泵6，且所述缓冲罐16与变频水泵6的进口端通过管道相连通，所述变频水泵6的出口端与水比例阀 5的入口端通过管道相连通，所述水比例阀5的出口端与气液冷凝器2液体的入口端通过管道相连通，且所述水比例阀5和变频水泵6分别与所述PLC控制器17电连接，所述PLC控制器17控制所述水比例阀5的开度和变频水泵6的水流速度，以满足原油传输的加热标准。

本实用新型工作时，原油从进油口21进入预热罐18内，通过保温层7紧邻所述导热波纹管8的进水口处安装有第二温度传感器15，及紧邻所述导热波纹管8的出水口处安装的第一温度传感器14，检测两处位置的原油的温度差，当检测到的温度差达到预设的温度差阈值，系统开始工作，此时通过第三温度传感器24检测预热罐18内原油的温度，并将检测温度发送至PLC控制器17，PLC控制器17根据检测温度及预设的目标温度进行计算，得到第一调节阀22、第二调节阀23的开度，PLC控制器17输出指令调节第一调节阀22、第二调节阀 23的开度，同时，还通过变频水泵6将防冻液送入气液冷凝器2中，防冻液通过气液冷凝器 2后提升温度进入导热波纹管8中，原油从所述原油输送管9内流通，通过导热波纹管8对原油输送管9中的原油进行加热，另一方面，二氧化碳压缩机1也通过蒸发器11获取室外低品位的热能，将热量传送到导热波纹管8中，最终通过热传导将原油输送管9的管壁进行加热，进而将温度提升至传输要求温度，大大提升了原油的传输速度。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：包括：原油输送管，所述原油输送管的外壁上缠设有导热波纹管，在所述导热波纹管外侧安装有保温层，所述保温层内紧邻所述导热波纹管的进水口处安装有第二温度传感器，紧邻所述导热波纹管的出水口处安装第一温度传感器；所述原油输送管上还设置有传热单元，所述传热单元包括预热冷凝器和预热罐，所述预热冷凝器放置于所述预热罐内，所述预热罐一端的侧壁设置有进油口，原油通过所述进油口供入所述预热罐中，所述预热罐的另一端与所述原油输送管连通，所述预热罐的罐壁上安装有第三温度传感器；所述原油输送管外部设置有换热循环单元，所述传热单元、导热波纹管及所述换热循环单元通过管道连通。

2.根据权利要求1所述的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：所述换热循环单元包括二氧化碳压缩机、储液罐、气液冷凝器、电子膨胀阀、经济器、蒸发器及液气分离罐，所述二氧化碳压缩机的入口端与所述经济器的第二出口端通过管道连通，所述二氧化碳压缩机的出口端与所述气液冷凝器的气体入口端、预热冷凝器入口通过三通管道连通，且在靠近预热冷凝器入口的管道上设置有第一调节阀，所述气液冷凝器的气体出口端、预热冷凝器出口与经济器的第二入口端通过三通管道连通，且在靠近预热冷凝器出口的管道上设置有第二调节阀，所述气液冷凝器的液体出口端与所述导热波纹管的入口端通过管道连通，所述气液冷凝器的液体入口端与所述导热波纹管的出口端通过管道连通，所述经济器的第一出口端、所述储液罐的出口端与所述蒸发器的进液口通过三通管道连通，且在靠近所述蒸发器的进液口的管道上安装有所述电子膨胀阀，所述蒸发器的出液口与所述液气分离罐的入口端通过管道连通，所述液气分离罐的出液口与二氧化碳压缩机的回液口通过管道相连接，且在所述液气分离罐与所述二氧化碳压缩机之间连通的管道上设置有电磁阀，所述液气分离罐的出气口与所述经济器的第一入口端通过管道连通。

3.根据权利要求2所述的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：所述换热循环单元还包括缓冲罐，所述气液冷凝器的液体出口端与所述缓冲罐、所述导热波纹管的入口端通过三通管道连通，且在靠近所述气液冷凝器的液体出口端的管道上设置有水比例阀和变频水泵，且所述缓冲罐与变频水泵的进口端通过管道相连通，所述变频水泵的出口端与水比例阀的入口端通过管道相连通，所述水比例阀的出口端与气液冷凝器液体的入口端通过管道相连通。

4.根据权利要求3所述的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：所述原油输送管外部还设置有PLC控制器，所述第一调节阀、第二调节阀、电子膨胀阀和电磁阀分别与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器控制第一调节阀、第二调节阀和电子膨胀阀的开度，所述PLC控制器控制所述电磁阀的开启与关闭。

5.根据权利要求4所述的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：所述水比例阀和变频水泵分别与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器控制所述水比例阀的开度和变频水泵的水流速度。

6.根据权利要求1所述的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：所述预热罐远离所述原油输送管的一端端部设置有排污管，在所述排污管上开设有排污阀。

7.根据权利要求2所述的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：所述二氧化碳压缩机采用半封闭活塞式压缩机。

8.根据权利要求2所述的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：所述经济器为管壳式换热器。

9.根据权利要求2所述的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：所述气液冷凝器为板式换热器。

10.根据权利要求3所述的一种寒冷地区二氧化碳空气源热泵原油加热系统，其特征在于：所述变频水泵采用直流变频水泵。

Images