一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统及方法，包括光热储能模块、低品位热量回收模块和原油加热模块；光热储能模块包括集热器；集热器的出口与热罐的入口相连通，热罐的出口与第二冷却器的热侧入口相连通，第二冷却器的热侧出口与冷罐的入口相连通，冷罐的出口与集热器的入口相连通；原油加热模块包括第二换热器，第二冷却器的冷侧出口与第二换热器的热侧入口相连通，原油加热模块第二换热器的热侧出口与第二冷却器的冷侧入口相连通；第二换热器的冷侧入与低品位热量回收模块相连。本发明专利技术提供的加热原油的热量供应连续稳定，不消耗化石能源，调节灵活同时能有效地回收含有废水热量，实现对原油的加热。实现对原油的加热。实现对原油的加热。

【技术实现步骤摘要】
一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统及方法


[0001]本专利技术属于太阳能光热
，适用于原油的采集输送，具体涉及到一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统及方法。

技术介绍

[0002]我国大多数油田开采出来的原油凝固点高、黏度大、含蜡量高、流动性差，大多数属于高粘易凝原油，因此为了便于远距离输送，在原油集输工艺中，从油井中开采出的原油一般需要加热后，黏度降低才可以向外输送。目前可以采用的油田加热炉形式主要以水套式加热炉、相变式加热炉、火筒式加热炉和管式加热炉为主，这些加热炉虽然具有灵活、便于管理、安全可靠等特点，但是这些加热炉一般以燃烧燃油、天然气为主，耗能大，成本高昂，单体容量偏低，热负荷0.4MW以下的加热炉占加热炉总量的七成以上，同时运行热效率偏低，燃烧化石能源的排烟温度较高，热效率平均值只有80％左右，造成天然气、燃油等能源的严重浪费。
[0003]目前，国内各大油田已进入产油晚期，大部分已进入注水开采阶段，在原油的开采过程中会产生大量的有一定温度的油田采出水。胜利油田含油污水的温度53
‑
57℃，大庆油田36
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42℃，中原油田含油污水的温度一般在40℃，塔里木油田50℃左右。这些含油污水经油水分离后，一部分回注，其余直接对外排放，造成这部分中低温污水的热量浪费。目前原油输送时加热温度一般为40～70℃，可以对上述含油污水中的低品位热源进行合理的回收利用，用于原油集输的加热降黏，获得较好的节能、经济和环保效益。
[0004]与此同时，国内大多数油田所在的区域年平均太阳能资源较丰富，多数油田所在区域的年太阳辐射量超过5000MJ/m2以上。利用太阳能资源代替井口水套加热炉加热原油，可以有效地减少化石能源的消耗，减少碳排放，提升资源利用效率。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统及方法，该系统在利用太阳辐射的同时，使用热泵技术对含油污水中的热量进行回收，用于原油加热，降低原油黏度，提高原油流动性，便于原油的远距离运输并能够达到节能、增效的目的。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现：
[0007]一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统，包括光热储能模块、低品位热量回收模块和原油加热模块；
[0008]其中，光热储能模块包括集热器、热罐、第二冷却器与冷罐；集热器的出口与热罐的入口相连通，热罐的出口与第二冷却器的热侧入口相连通，第二冷却器的热侧出口与冷罐的入口相连通，冷罐的出口与集热器的入口相连通；
[0009]原油加热模块包括第二换热器，第二冷却器的冷侧出口与第二换热器的热侧入口相连通，原油加热模块第二换热器的热侧出口与第二冷却器的冷侧入口相连通；第二换热
器的冷侧与用于回收含油污水中的低品位热量的低品位热量回收模块相连。
[0010]进一步的，低品位热量回收模块包括压缩机、第一换热器和第一冷却器，原油加热模块第二换热器的冷侧出口与压缩机的入口相连，压缩机的出口与第一换热器热侧入口相连通，，第一换热器的热侧出口与第一冷却器的冷侧入口相连通，第一冷却器的冷侧出口与压缩机入口相连通。
[0011]进一步的，原油加热模块压缩机的出口与第一换热器热侧入口之间设置有阀门。
[0012]进一步的，原油加热模块第一换热器的热侧出口与第一冷却器的冷侧入口之间设置有节流阀。
[0013]进一步的，第一冷却器的热侧出口与含油污水出口相连，第一冷却器的热侧入口与含油污水入口相连。
[0014]进一步的，集热器的出口与热罐的入口之间设置有第一工质泵和阀门；热罐的出口与第二冷却器的热侧入口之间设置有第二工质泵和阀门。
[0015]进一步的，第二冷却器的冷侧出口经循环泵与第二换热器的热侧入口相连通；第二换热器的热侧出口与第二冷却器的冷侧入口之间设置有阀门。
[0016]进一步的，集热器的类型为槽式、塔式、蝶式、线性菲涅尔式一种或几种。
[0017]进一步的，热罐与冷罐的材质为不锈钢材质、碳钢材质、玻璃钢材质与有机复合材质中的一种或几种。
[0018]进一步的，第一冷却器和第二冷却器的类型为管壳式换热器、板式换热器、翅片管换热器与印刷电路板式换热器中一种或多种。
[0019]进一步的，压缩机为变频压缩机。
[0020]进一步的，压缩机形式为活塞式、螺杆式、离心式与滑片式余涡旋式中的任意一种。
[0021]进一步的，节流阀类型为毛细管、热力膨胀阀与电子膨胀阀一种或几种。
[0022]一种基于如上所述系统的废水热量回收耦合太阳能的原油加热方法，包括以下步骤：
[0023]压缩机将循环工质压缩至高温高压状态，循环工质流经第一换热器热侧将热能传递给第一换热器冷侧的原油，循环工质冷凝后进入第一冷却器的冷侧，吸收流经第一冷却器热侧的含油污水的热量，再进入压缩机压缩至高温高压状态，实现原油加热的目的。
[0024]进一步的，热罐中的高温储能工质流经第二冷却器的热侧，将热量传递给第二冷却器冷侧的原油加热模块的加热工质，降温后的储能工质储存于冷罐中；驱动第二冷却器冷侧的加热工质至第二换热器的热侧，将热量传递给第二换热器冷侧的原油，实现原油加热的目的。
[0025]进一步的，驱动冷罐中储能工质经集热器吸收太阳的光热，并将高温的储能工质储存于热罐中；驱动热罐中的高温储能工质流经第二冷却器的热侧，将热量传递给第二冷却器冷侧的原油加热模块的加热工质，降温后的储能工质储存于冷罐中；驱动第二冷却器冷侧的加热工质至第二换热器的热侧，将热量传递给第二换热器冷侧的原油，实现原油加热的目的。
[0026]进一步的，循环工质为R22、R134a、R404a、R410a、R407a与CO2中的任意一种。
[0027]进一步的，储能工质为熔盐、水、导热油、空气与二氧化碳中的任意一种；加热工质
为水、导热油、空气与二氧化碳中的任意一种。
[0028]本专利技术和现有技术相比，具有如下有益效果：
[0029]本专利技术利用低品位热量回收模块，将40
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60℃的含油污水中的低品位热量转化为可以利用的高品位热量。通常含油污水会直接排放，造成能量的浪费。本专利技术可以有效地回收含油污水中的低品位热量，提高了能源利用率。与现有加热炉模式的原油加热系统相比，本专利技术不消耗化石能源，成本较低，热效率高，可以有效的减少碳排放且没有环境污染的风险。本专利技术耦合了光热储能模块和低品位热量回收模块，可以保证在不同工况下，加热原油的热量供应连续稳定，极大地提高了原油加热系统的可靠性。本专利技术提到的耦合了光热储能和低品位热量回收的原油加热系统，可以根据原油的加热负荷随时调控，调节手段灵活多变，同时各模块相互独立，互不干扰，便于对系统的维护与检修。
[0030]本专利技术的方法能够根据含油污水水量是否充足且水温高低，通过不同的模式实现原油的加热。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，包括光热储能模块、低品位热量回收模块和原油加热模块；其中，光热储能模块包括集热器(1)、热罐(3)、第二冷却器(4)与冷罐(5)；集热器(1)的出口与热罐(3)的入口相连通，热罐(3)的出口与第二冷却器(4)的热侧入口相连通，第二冷却器(4)的热侧出口与冷罐(5)的入口相连通，冷罐(5)的出口与集热器(1)的入口相连通；原油加热模块包括第二换热器(7)，第二冷却器(4)的冷侧出口与第二换热器(7)的热侧入口相连通，原油加热模块第二换热器(7)的热侧出口与第二冷却器(4)的冷侧入口相连通；第二换热器(7)的冷侧与用于回收含油污水中的低品位热量的低品位热量回收模块相连。2.根据权利要求1所述的一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，低品位热量回收模块包括压缩机(14)、第一换热器(8)和第一冷却器(9)，原油加热模块第二换热器(7)的冷侧出口与压缩机(14)的入口相连，压缩机(14)的出口与第一换热器(8)热侧入口相连通，，第一换热器(8)的热侧出口与第一冷却器(9)的冷侧入口相连通，第一冷却器(9)的冷侧出口与压缩机(14)入口相连通。3.根据权利要求2所述的一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，原油加热模块压缩机(14)的出口与第一换热器(8)热侧入口之间设置有阀门。4.根据权利要求2所述的一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，原油加热模块第一换热器(8)的热侧出口与第一冷却器(9)的冷侧入口之间设置有节流阀(15)。5.根据权利要求2所述的一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，第一冷却器(9)的热侧出口与含油污水出口(11)相连，第一冷却器(9)的热侧入口与含油污水入口(10)相连。6.根据权利要求1所述的一种废水热量回收耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，集热器(1)的出口与热罐(3)的入口之间设置有第一工质泵(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴帅帅，李红智，张磊，李凯伦，张天宇，高炜，白文刚，顾正萌，李晨照，杨艳伟，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：