本技术涉及油田加热技术,具体是一种太阳能异聚态油田双级加热系统。
背景技术:
1、在油田原油生产过程中,原油开采、脱水、储存、输运等不同环节需要40-80℃的温度对原油进行加热。在国内,油田企业选用的加热方式主要包括以下几种:第一种、用燃煤锅炉为储液罐换热器供热或一体的燃煤水套炉为原油加热;第二种、采用主要燃料为原油、伴生气或油气混烧的油气加热炉为原油加热;针对于第一种和第二种加热方式,普遍存在排放超标、能耗高、热效率低以及能源浪费严重的现象,此外,伴生气燃烧炉则因没有轻烃回收联合装置,造成气体资源的浪费。第三种、在原油开采过程中采用电阻加热,例如电加热棒、超导液电加热或电磁加热,其中电磁加热包括电磁贴片加热和高频电磁感应加热等方式,其所涉及的加热设备普遍存在使用寿命短、故障率高和用电负荷大的问题,如果油田处于偏远地区,则需要拉线供电,使得加热难度及生产成本激增。第四种、采用空气源热泵(空气)、水源热泵(地表水、地下水、工业或其他余高温循环介质)、地源热泵(土壤)等供热方式来满足原油开采过程的热需求,其中空气源无法直接利用太阳辐射能以及其他形式能源,加热性能随着室外气候变化而变化,加热效果不稳定;水源、地源热泵受地区限制大,分布性差,而且对地下结构的破坏无法弥补。第五种、利用太阳能热对原油加热,包括平板或真空管太阳能集热器等,传统的太阳能加热受天气影响较大,且连续性差,尤其在冬季工况下,太阳能热系统的性能因为光照较少、环境温度过低导致系统的制热系统大幅度下降。
2、可见,现有单一系统的制热稳定性受到低温环境的极大影响,出现循环主机压缩比过大、机组排气温度过高、出水温度难以达到80℃,因此一种利用可再生能源的,受天气影响小的,能够稳定提供高效、低碳、环保、节能的原油加热产品成为研究的重点。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足,本实用新型的目的是提供一种太阳能异聚态油田双级加热系统,能够综合利用自然界的多元能,实现了全天候的稳定供热,满足了油田的热量需求。
2、为了实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案予以实现:
3、一种太阳能异聚态油田双级加热系统,包括聚热板、一级循环主机、二级循环主机、油田用热末端、一级循环主机控制组件、二级循环主机控制组件和工程控制柜以及用于中转循环介质的第一缓冲水箱,一级循环主机通过一级循环主机控制组件的软启停端口与工程控制柜连接,二级循环主机通过二级循环主机控制组件的软启停端口与工程控制柜连接;
4、所述一级循环主机内设有一级补焓压缩机、一级冷凝器和一级节流装置,一级补焓压缩机与一级循环主机控制组件连接,一级补焓压缩机的工质进口与聚热板的工质出口连接,一级补焓压缩机的工质出口与一级冷凝器工质进口连接,一级冷凝器工质出口与一级节流装置连接,一级节流装置与聚热板的工质进口连接;第一缓冲水箱包括第一水口、第二水口、第三水口和第四水口,第一水口与一级冷凝器出水口连接,第二水口与一级冷凝器进水口连接;
5、所述二级循环主机包括中间换热器、二级压缩机、二级冷凝器和二级节流装置,二级压缩机和二级循环主机控制组件连接,第三水口与中间换热器的供水口连接,第四水口与中间换热器的回水口连接,中间换热器工质出口与二级压缩机的工质进口连接,二级压缩机的工质出口与二级冷凝器工质进口连接,二级冷凝器工质出口与二级节流装置连接,二级节流装置与中间换热器工质进口连接,二级冷凝器出水口与油田用热末端的进水口连接,循环介质进入油田用热末端与原油换热后经由二级冷凝器进水口返回二级冷凝器。
6、进一步地,还包括用于中转循环介质的第二缓冲水箱,第二缓冲水箱包括第五水口和第六水口,第五水口与油田用热末端的出水口连接,第六水口与二级冷凝器进水口连接。
7、进一步地,所述第二水口连接有第一循环泵,第一循环泵与一级冷凝器进水口连接;第三水口连接有第二循环泵,第二循环泵与供水口连接;第六水口连接有第三循环泵,第三循环泵与二级冷凝器进水口连接;
8、所述第一循环泵、第二循环泵和第三循环泵均与工程控制柜连接。
9、进一步地,所述第一缓冲水箱和第二缓冲水箱均外接用于向其内部补充循环介质的软化水管路,软化水管路连接有温度传感器,温度传感器与工程控制柜连接;
10、所述第一缓冲水箱和第二缓冲水箱的底部均设置有排污阀。
11、进一步地,所述第一缓冲水箱内部填充有用于存储热量的相变材料或设置有相变储能板。
12、进一步地,所述级冷凝器出水口以及油田用热末端的进油口和出油口均连接有温度传感器,温度传感器与工程控制柜连接。
13、进一步地,所述油田用热末端为壳管式结构的水油换热罐、原油脱水罐或储油罐。
14、进一步地,所述循环介质为水或者防冻液。
15、进一步地,所述一级循环主机控制组件、二级循环主机控制组件和工程控制柜内部均搭载有用于与上位机进行数据交互的远程模块。
16、进一步地,所述一级循环主机内还设有内螺纹蒸发器,内螺纹蒸发器与聚热板串联、并联或者串并联。
17、本实用新型与现有技术相比,具有如下技术效果:
18、本实用新型通过聚热板收集利用自然界的热能对工质加热,将低温工质加热为高温工质,高温工质被一级补焓压缩机压缩为高压高温工质并进入一级冷凝器,与来自第一缓冲水箱的低温循环介质换热,高压高温工质变为低温工质返回聚热板,换热后产生的高温循环介质返回第一缓冲水箱,反复循环形成一级系统回路,即初次加热回路,一级补焓压缩机实现了-30℃以上的稳定供热,从而满足大多油田生产环境的低碳应用;低温循环介质与高压高温工质换热变为高温循环介质,高温循环介质进入中间换热器与其内部的低温工质进行换热,被加热的工质与来自油田用热末端的低温循环介质通过二级冷凝器换热,被加热的循环介质循环进入油田用热末端与原油换热,而后产生的低温循环介质再次返回二级冷凝器,形成了二级系统回路,即高温加热供热回路,可见,中间换热器既为一级系统回路的冷凝器,又为二级系统回路的蒸发器,实现了高温循环介质的稳定供应,满足了油田对热量的需求,大大提升了能效,再者,聚热板既避免了现有的空气源热泵的翅片蒸发器因沙尘遮挡翅片间隙影响吸热效率的问题,提高了加热系统的环境适用性,又因其内部无水,可以避免诸如太阳能系统的真空管或平板集热器存在的热爆炸裂或者冬季冻裂的危险,提高了加热系统的安全稳定性,此外,聚热板能够综合利用自然界的多元热能,使加热系统实现了全年全天候的供热,低碳环保。
19、通过设置第二缓冲水箱,使二级系统回路中具有充足的循环介质,增加二级系统回路中循环介质的稳定性,使高温循环介质充分参与换热,进一步提升了循环介质与原油的换热效果,同时,可以通过软化水管路向第一缓冲水箱和第二缓冲水箱中补充循环介质,弥补反复蒸发过程中产生的损耗,确保了系统的加热稳定性。
20、利用工程控制柜控制第一循环泵、第二循环泵和第三循环泵,可以较为灵活地调节一级系统回路和二级系统回路中循环介质的流量,以达到预期的供热目的;此外,温度传感器可以将循环介质和原油的实时温度传输给工程控制柜,便于系统准确及时地获取循环介质温度和油温,以便于动态调整一级系统回路和二级系统回路,使油温更加稳定。
21、在第一缓冲水箱内部填充相变材料或设置相变储能板,便于在工况良好的情况下存储较为充足的热量,从而在工况变差时释放所存储的热量,提升了系统的综合能效。
22、一级循环主机控制组件、二级循环主机控制组件和工程控制柜通过远程模块将数据上传至上位机,企业用户可以通过上位机远程操控一级循环主机控制组件、二级循环主机控制组件和工程控制柜,便于实现运行数据的监测,上传下达,无人现场看守,节省了人工成本。
1.一种太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,包括聚热板(1)、一级循环主机(2)、二级循环主机(5)、油田用热末端(7)、一级循环主机控制组件(10)、二级循环主机控制组件(11)和工程控制柜(12)以及用于中转循环介质的第一缓冲水箱(3),一级循环主机(2)通过一级循环主机控制组件(10)的软启停端口与工程控制柜(12)连接,二级循环主机(5)通过二级循环主机控制组件(11)的软启停端口与工程控制柜(12)连接;
2.根据权利要求1所述的太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,还包括用于中转循环介质的第二缓冲水箱(8),第二缓冲水箱(8)包括第五水口(81)和第六水口(82),第五水口(81)与油田用热末端(7)的出水口连接,第六水口(82)与二级冷凝器进水口(532)连接。
3.根据权利要求2所述的太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,所述第二水口(32)连接有第一循环泵(4),第一循环泵(4)与一级冷凝器进水口(223)连接;第三水口(33)连接有第二循环泵(6),第二循环泵(6)与供水口(511)连接;第六水口(82)连接有第三循环泵(9),第三循环泵(9)与二级冷凝器进水口(532)连接;
4.根据权利要求2或3所述的太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,所述第一缓冲水箱(3)和第二缓冲水箱(8)均外接用于向其内部补充循环介质的软化水管路,软化水管路连接有温度传感器,温度传感器与工程控制柜(12)连接;
5.根据权利要求2或3所述的太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,所述第一缓冲水箱(3)内部填充有用于存储热量的相变材料或设置有相变储能板。
6.根据权利要求1~3任一项所述的太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,所述二级冷凝器出水口(531)以及油田用热末端(7)的进油口和出油口均连接有温度传感器,温度传感器与工程控制柜(12)连接。
7.根据权利要求1~3任一项所述的太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,所述油田用热末端(7)为水油换热罐、原油脱水罐或储油罐。
8.根据权利要求2或3所述的太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,所述循环介质为水或者防冻液。
9.根据权利要求1~3任一项所述的太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,所述一级循环主机控制组件(10)、二级循环主机控制组件(11)和工程控制柜(12)内部均搭载有用于与上位机进行数据交互的远程模块。
10.根据权利要求1或2所述的太阳能异聚态油田双级加热系统,其特征在于,所述一级循环主机(2)内还设有内螺纹蒸发器(13),内螺纹蒸发器(13)与聚热板(1)串联、并联或者串并联。