CN219955664U - 一种空气源热泵加热原油装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气源热泵加热原油装置，涉及原油加热技术领域，本实用新型所提出的方案与当前原油加热方式有所不同的是：充分利用到原油开采时产生的原油污水中的残余热量，具体表现为：蓄热的净水直接作用到主蒸发冷热泵中，或将污水直接输送到气冷换热器中作为原油加热的直接方式，采用多重换热手段，在最大程度提取污水余热进行回收利用，并利用到主蒸发冷热泵的直接升温动作形成高热能空气，作为以污水热量加热原油的辅助过程，省去了二次交换动作从而避免热量散失，提高热交换效率，整体目的是：利用污水余热直接加热原油，避免了二次换热的能量损耗，大幅降低了电能能耗和热能损失，解决了原油开采井场中原油加热能耗过高问题。

Description

一种空气源热泵加热原油装置

技术领域

本实用新型涉及原油加热技术领域，具体涉及一种空气源热泵加热原油装置。

背景技术

目前原油加热系统多采用电加热或者天然气加热，能耗较高，具体过程包括：空气源热泵冷热水机组加热蓄能罐里的工作介质，加热至一定温度后，蓄能罐里的工作介质再对原油进行加热，此过程中包含两次换热过程，加热后的工作介质在输送到原油加热结构时，热量损失巨大，且在原油开采中产生的污水中含有一部分的热量无法得到利用，造成能源浪费；

另一方面上，以空气源热泵冷水机组进行单一加热方式，会消耗大量的电能，若计算上换热过程中的损失热量，也进一步增加了电能损耗，整体加热过程中，不仅仅包含了能源（油田污水中热量）浪费，也增加了加热系统中的电能损耗。

针对上述技术问题，本申请提出了一种解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空气源热泵加热原油装置，针对当前原油加热过程中一方面因为单一的加热方式而增加加热结构的电能损伤，且存在两次换热过程，在换热过程中，增加工作介质的热量损失，以及无法充分利用到原油开采中产生的热量。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：一种空气源热泵加热原油装置，包括三相分离器、高压微雾喷淋头、气冷换热器、蓄能水箱、主蒸发冷热泵、污水换热器和副蒸发冷热泵和管路系统，所述管路系统包括原油分支管路、污水管路和原油直通管路，且管路系统中还包括液压泵、湿帘、水环热泵，所述原油分支管路连接在三相分离器和气冷换热器之间，所述三相分离器中包含有原油出口和污水出口，所述气冷换热器上设置有原油进入端、原油排出端、介质输入端和介质输出端，所述原油分支管路包括原油管道和回流管道，所述原油管道两端分别连接在原油出口和原油进入端上，所述回流管道连接在原油排出端上，所述介质输入端和介质输出端连接在主蒸发冷热泵上，所述污水管路包括污水主管道和污水分流管道，所述污水主管道一端连接在污水出口上，且污水主管道另一端与主蒸发冷热泵、污水换热器之间相连接，所述高压微雾喷淋头设置在主蒸发冷热泵中，所述湿帘的设置位置与主蒸发冷热泵和副蒸发冷热泵之间相对应。

进一步设置为：所述蓄能水箱外部设置有太阳能热水板，所述太阳能热水板与蓄能水箱内部之间相连通。

进一步设置为：所述原油直通管路由第一换热管和两个连接节点组成，两个所述连接节点分别连接在原油管道和回流管道上，且两个连接节点分别连接在第一换热管的两端位置上，所述第一换热管贯穿蓄能水箱且位于蓄能水箱的内部中，且第一换热管通过连接节点与原油分支管路之间连通，所述蓄能水箱上设置有净水输入口，所述第一换热管对应原油管道和回流管道的位置上设置有电磁阀。

进一步设置为：所述液压泵输出端与副蒸发冷热泵和高压微雾喷淋头之间连接第二换热管，且液压泵的输入端位置上安装有净水管道，所述净水管道贯穿蓄能水箱且位于蓄能水箱的内部。

进一步设置为：所述水环热泵设置在蓄能水箱的外部，且水环热泵上设置有第三换热管，所述第三换热管贯穿蓄能水箱且位于蓄能水箱的内部中，且第三换热管上连接有分支管道，所述分支管道与污水换热器之间连通。

本实用新型具备下述有益效果：

本实用新型主要针对原油加热这一过程，与当前原油加热方式有所不同的是：利用三相分离器分离原油开采中产生的原油和原油污水，通过提取污水中热量作为原油加热的热源，具体表现为：分别直接加热和间接加热两种方式，在直接加热过程中，存在余热的污水以热量交换器的原理直接作用到原油管道上，此方式的目的是：充分利用污水热量对原油进行加热，降低常规加热过程中电加热或者天然气加热方式中的能耗；

而在间接加热过程中，其过程中包括了对污水热量的多次提取过程中，具体表现为：将污水中的热量通过换热原理进行“储存，如可以储存在蓄能水箱中对其中的净水介质进行加热，也可以通过高压微雾喷淋将加热的净水介质作用到主蒸发冷热泵进行再一次换热过程，在此过程中，从三相分离器中分离的原油通过第一换热管直接作用到蓄能水箱中，以净水介质中“储存”的热能对原油进行加热，省去了二次交换中存在的热量损失，以此提高热交换效率；

在上述两点内容中需要进一步说明的是：增设副蒸发冷热泵，其目的是在：污水热量不足或主蒸发冷热泵损毁时，由副机组在电力波谷阶段给蓄能水箱蓄能，在紧急状态下，通过人工干预的方式，进行进一步的紧急加热过程，以此方式维持整体原油加热过程处于相对稳定运行的状态。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提出的一种空气源热泵加热原油装置的结构示意图；

图中：1、高压微雾喷淋头；2、气冷换热器；3、液压泵；4、蓄能水箱；5、太阳能热水板；6、水环热泵；7、湿帘；8、主蒸发冷热泵；9、副蒸发冷热泵；10、污水换热器；11、三相分离器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

对原油加热过程来说，当前主要依赖于电加热或者天然气加热，其能耗较高，并且在原油开采中会产生原油污水，原油污水在不同季节中具备一定温度，如夏季50℃，冬季在30℃左右，其水量大、水质差、含油多、聚合物多等特点，在现有工艺中，其含热被直接排放，不仅造成了巨大的热量损失，还造成了一定的环境污染，为此提出了如下的技术方案：

请参照图1，本实施例中的一种空气源热泵加热原油装置，包括三相分离器11、高压微雾喷淋头1、气冷换热器2、蓄能水箱4、主蒸发冷热泵8、污水换热器10和副蒸发冷热泵9和管路系统，管路系统包括原油分支管路、污水管路和原油直通管路，且管路系统中还包括液压泵3、湿帘7、水环热泵6，原油分支管路连接在三相分离器11和气冷换热器2之间，三相分离器11中包含有原油出口和污水出口，气冷换热器2上设置有原油进入端、原油排出端、介质输入端和介质输出端，原油分支管路包括原油管道和回流管道，原油管道两端分别连接在原油出口和原油进入端上，回流管道连接在原油排出端上，介质输入端和介质输出端连接在主蒸发冷热泵8上，污水管路包括污水主管道和污水分流管道，污水主管道一端连接在污水出口上，且污水主管道另一端与主蒸发冷热泵8、污水换热器10之间相连接，高压微雾喷淋头1设置在主蒸发冷热泵8中，湿帘7的设置位置与主蒸发冷热泵8和副蒸发冷热泵9之间相对应。

原油直通管路由第一换热管和两个连接节点组成，两个连接节点分别连接在原油管道和回流管道上，且两个连接节点分别连接在第一换热管的两端位置上，第一换热管贯穿蓄能水箱4且位于蓄能水箱4的内部中，且第一换热管通过连接节点与原油分支管路之间连通，蓄能水箱4上设置有净水输入口，第一换热管对应原油管道和回流管道的位置上设置有电磁阀。

结合上述内容，需要说明的是在原油开采过程中，以三相分离器11分离出原油和原油污水，对原油的加热过程包含了如下的加热方式：

方式一：

直接方式：从三相分离器11流出的原油、原油污水设置单独的原油管道、污水管道，此方式中，污水通过污水管道直接流入到气冷换热器2中，通过换热原理将污水中的热量“转移”到原油管道中的原油中，此方式可以适用在夏季中的开采过程，在夏季中，原油污水温度可达50℃，热能较高，那么原油经过气冷换热器2后，加热后的原油可以直接排出；

方式二：

间接方式：该方式应用在原油污水温度较低时，所以原油污水首先可通过湿帘7形成水帘状，从而原油污水与空气的接触面积更大，更加便于原油污水中的热量交换到空气中，交换热量后的污水还需要进一步进入到副蒸发冷热泵9中，在副蒸发冷热泵9再次提取原油污水中的热量，并且还需要利用到主蒸发冷热泵8中进行升温到合适温度，从而将“储存”热能且升温的空气作用到气冷换气器2中，再次作为原油的加热源，而“提取”完热量的污水最终从污水换热器10排出。

实施例2

本实施例是在实施例一的基础之上，增设了如下两种辅助方案：

蓄能水箱4外部设置有太阳能热水板5，太阳能热水板5与蓄能水箱4内部之间相连通，液压泵3输出端与副蒸发冷热泵9和高压微雾喷淋头1之间连接第二换热管，且液压泵3的输入端位置上安装有净水管道，净水管道贯穿蓄能水箱4且位于蓄能水箱4的内部，水环热泵6设置在蓄能水箱4的外部，且水环热泵6上设置有第三换热管，第三换热管贯穿蓄能水箱4且位于蓄能水箱4的内部中，且第三换热管上连接有分支管道，分支管道与污水换热器10之间连通。

辅助方案一：

以实施例一中间接方式来说，原油污水量较高，且温度不高时，通过间接方式“提取”出的污水热能并未能得到及时利用或无法满足原油加热过程，此过程需要以实施例一中的方式一来说，污水中提取的热量被“储存”到蓄能水箱4中，为此增设第三换热管，第三换热管内部可以为净水介质，从主蒸发冷热泵8中排出的污水再进入到副蒸发冷热泵9中或污水换热器10时，污水热量较低时，可以通过高压微雾喷淋头1将蓄能水箱4中“蓄热”的净水介质释放到主蒸发冷热泵8中进行换热过程，其目的是对污水进行二次加热，并在液压泵3的作用，污水“流经”蓄能水箱4中，蓄能水箱4中储存净水，从而可以将污水中的热量“转移”到蓄能水箱4中，此方式对污水热量的“提取”、“储存”两个过程，便于后续对原油的加热过程。

辅助方案二：

如辅助方案一来说，在污水热量不足或主蒸发冷热泵8损毁时，由副蒸发冷热泵9在电力波谷阶段进行升温蓄热，再次以第三换热管为基本原理，副蒸发冷热泵9在对污水进行加热时，产生的热能“转移”到蓄能水箱4中，那么在后续整体设备出现大面积宕机而无法运行时，可以通过原油直通管路上的第一换热管配合该位置上的电磁阀，从三相分离器11中分离的原油不会进入到气冷换热器2中，而是通过第一换热管进入到蓄能水箱4中，直接“吸收”蓄能水箱4中的热能对原油进行加热。

结合上述辅助方案一和辅助方案二进行总结：在设备运行异常或污水热量不足时，通过多次换热“转移”热能、自主升温动作，将热能“汇集储存”到蓄能水箱5中。

综上：与当前原油加热方式有所不同的是：充分利用到原油开采时产生的原油污水中的残余热量，具体表现为：将污水通过湿帘结构作用到主蒸发冷热泵中，或将污水直接输送到气冷换热器中作为原油加热的直接方式，采用多重换热手段，在最大程度提取污水余热进行回收利用，并利用到主蒸发冷热泵的直接升温动作形成高热能空气，作为以污水热量加热原油的辅助过程，省去了二次交换动作从而避免热量散失，提高热交换效率，整体目的是：利用污水余热直接加热原油，避免了二次换热的能量损耗，大幅降低了电能能耗和热能损失，解决了原油开采井场中原油加热能耗过高问题。

以上内容仅仅是对本实用新型结构所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种空气源热泵加热原油装置，其特征在于，包括三相分离器（11）、高压微雾喷淋头（1）、气冷换热器（2）、蓄能水箱（4）、主蒸发冷热泵（8）、污水换热器（10）和副蒸发冷热泵（9）和管路系统，所述管路系统包括原油分支管路、污水管路和原油直通管路，且管路系统中还包括液压泵（3）、湿帘（7）、水环热泵（6），所述原油分支管路连接在三相分离器（11）和气冷换热器（2）之间，所述三相分离器（11）中包含有原油出口和污水出口，所述气冷换热器（2）上设置有原油进入端、原油排出端、介质输入端和介质输出端，所述原油分支管路包括原油管道和回流管道，所述原油管道两端分别连接在原油出口和原油进入端上，所述回流管道连接在原油排出端上，所述介质输入端和介质输出端连接在主蒸发冷热泵（8）上，所述污水管路包括污水主管道和污水分流管道，所述污水主管道一端连接在污水出口上，且污水主管道另一端与主蒸发冷热泵（8）、污水换热器（10）之间相连接，所述高压微雾喷淋头（1）设置在主蒸发冷热泵（8）中，所述湿帘（7）的设置位置与主蒸发冷热泵（8）和副蒸发冷热泵（9）之间相对应。

2.根据权利要求1所述的一种空气源热泵加热原油装置，其特征在于，所述蓄能水箱（4）外部设置有太阳能热水板（5），所述太阳能热水板（5）与蓄能水箱（4）内部之间相连通。

3.根据权利要求1所述的一种空气源热泵加热原油装置，其特征在于，所述原油直通管路由第一换热管和两个连接节点组成，两个所述连接节点分别连接在原油管道和回流管道上，且两个连接节点分别连接在第一换热管的两端位置上，所述第一换热管贯穿蓄能水箱（4）且位于蓄能水箱（4）的内部中，且第一换热管通过连接节点与原油分支管路之间连通，所述蓄能水箱（4）上设置有净水输入口，所述第一换热管对应原油管道和回流管道的位置上设置有电磁阀。

4.根据权利要求1所述的一种空气源热泵加热原油装置，其特征在于，所述液压泵（3）输出端与副蒸发冷热泵（9）和高压微雾喷淋头（1）之间连接第二换热管，且液压泵（3）的输入端位置上安装有净水管道，所述净水管道贯穿蓄能水箱（4）且位于蓄能水箱（4）的内部。

5.根据权利要求1所述的一种空气源热泵加热原油装置，其特征在于，所述水环热泵（6）设置在蓄能水箱（4）的外部，且水环热泵（6）上设置有第三换热管，所述第三换热管贯穿蓄能水箱（4）且位于蓄能水箱（4）的内部中，且第三换热管上连接有分支管道，所述分支管道与污水换热器（10）之间连通。