一种采用太阳能分级集热的原油加热系统及方法技术方案

本发明专利技术的采用太阳能分级集热的原油加热系统，包括太阳能集热器、三相分离器、第一换热器、二级分离器、集热循环泵和散热循环泵，特征在于：太阳能集热器与第一换热器之间设置有n个储能罐，n个储能罐分别为一级、二级、

【技术实现步骤摘要】
一种采用太阳能分级集热的原油加热系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种原油加热系统及方法，更具体的说，尤其涉及一种采用太阳能分级集热的原油加热系统及方法。

技术介绍

[0002]每口单井采集的原油和伴生天然气输送至联合站，含水约为90%左右的原油和伴生气混合物，首先在联合站内经三相分离器进行油、气、水的分离，输出含水率为30%左右的含水原油，含水原油经加热（加热温度为65~80℃）后再通入二次分离器进行油、水分离，以输出含水率满足要求的原油，输出的原油存储在原油储罐中。由于三相分离器输出的伴生天然气含有含硫芳香烃，受环保要求限制，现在已经不允许将伴生天然气直接作为燃料使用，需输送到天然气处理场所进行规范处理。
[0003]在含水原油进入二级分离器之前，为了确保二级分离的效果，需要将含水原油加热到65~80℃的范围内。含水原油所需加热到的温度与其粘稠度有关，含水原油的粘稠度越高其所需加热到的温度值也越高，才可保证二级分离器的正常进行。目前，对含水原油的加热也是采油企业最为耗能的环节之一，采用企业普遍采用水套加热炉来实现含水原油二次分立前的加热，燃料为天然气，由于油田的伴生天然气已不允许直接燃烧，故采油企业还需外购天然气来维持水套加热炉的运行，这不利于企业的节能降耗。
[0004]为了降低含水原油加热过程中的能耗，可以对二级分离器排出的温度为60~70℃污水余热进行回用，以及采用太阳能集热系统收集的能量来对原油进行加热。受太阳能白天有而夜间无、夏季多冬季少的特点，如果采用一个大容量的储能罐将太阳能集热系统进行收集，在冬季容易出现太阳能不能将储能罐中的大容量介质加热到所需温度（65~80℃以上）的情况，这就导致太阳能集热不能被利用，而且大容量的储能罐由于其表面积大，相应地其散热损耗也大，经过一个昼夜的热损失，会进一步降低储能罐中介质的温度，进而导致现有安装的太阳能加热系统在冬季或阴雨天的夏季不能应用。。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种采用太阳能分级集热的原油加热系统及方法。
[0006]本专利技术的采用太阳能分级集热的原油加热系统，包括太阳能集热器、三相分离器、第一换热器、二级分离器、集热循环泵和散热循环泵，太阳能集热器用于加热集热介质，三相分离器的进液口与井排来液管路相连通，三相分离器的污水出口接入污水处理系统，第一换热器用于对三相分离器输出含水原油的加热，二级分离器用于实现第一换热器加热后的含水原油进一步的油水分离，二级分离器输出的原油存储在原油储罐中；其特征在于：所述太阳能集热器与第一换热器之间设置有n个储能罐，储能罐中存储有储能介质，储能罐上设置有集热介质进出口和散热介质进出口；n个储能罐分别为一级储能罐、二级储能罐、三级储能罐、
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、n级储能罐，n≥2；一级储能罐至n级储能罐中的容积依次递增；
太阳能集热器的集热介质出口经管路与集热循环泵的进口相连通，集热循环泵的出口经管路与一级储能罐的集热介质入口相连通，n级储能罐的集热介质出口与太阳能集热器的集热介质进口相连通；i级储能罐的集热介质出口经管路与i+1级储能罐的集热介质进口相连通，每个储能罐的集热介质进口与其集热介质出口经外部的集热旁通管路相连通；i级储能罐的集热介质进口的管路上设置有电控阀ki，i级储能罐的集热旁通管路上设置有电控阀ji，1≤i≤n
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1；第一换热器上设置有散热介质进出口和待加热介质进出口，第一换热器的散热介质出口经管路与散热循环泵的进口相连通，散热循环泵的出口经管路与n级储能罐的散热介质进口相连通，一级储能罐的散热介质出口与第一换热器的散热介质进口相连通；i级储能罐的散热介质进口与i+1级储能罐的散热介质出口相连通，每个储能罐的散热介质进口与其散热介质出口经外部的散热旁通管路相连通；i级储能罐的散热介质进口的管路上设置有电控阀vi，i级储能罐的散热旁通管路上设置有电控阀w1；集热循环泵驱使集热介质循环流通，将太阳能集热器转化的热能依次在一级储能罐至n级储能罐中进行存储；散热循环泵驱使散热介质循环流通，对n级储能罐至一级储能罐中存储的能量进行利用。
[0007]本专利技术的采用太阳能分级集热的原油加热系统，所述三相分离器与第一换热器之间设置有第二换热器，第二换热器上设置有待加热介质进出口和高温介质进出口，三相分离器的含水原油出口与第二换热器的待加热介质进口相连通，第二换热器的待加热介质出口与第一换热器的待加热介质进口相连通，第一换热器的待加热介质出口与二级分离器的进液口相连通；二级分离器的污水出口与第二换热器的高温介质进口相连通，第二换热器的高温介质出口排出的污水接入污水处理系统。
[0008]本专利技术的采用太阳能分级集热的原油加热系统，所述一级储能罐与第一换热器之间设置有电加热储能罐，电加热储能罐中存储有储能介质，电加热储能罐中设置有对储能介质进行加热的电加热器，电加热经电控开关与交流220V或交流280电源相连接；电加热储能罐的散热介质进口与一级储能罐的散热介质出口经管路相连通，电加热储能罐的散热介质出口与第一换热器的散热介质进口相连通，电加热储能罐的散热介质进口与其散热介质出口经外部的电加热旁通管路相连通，电加热旁通管路上设置有电控阀w0，电加热储能罐的散热介质进口的管路上设置有电控阀v0。
[0009]本专利技术的采用太阳能分级集热的原油加热系统，所述一级储能罐、二级储能罐、三级储能罐、
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、n级储能罐上分别设置有对储能介质温度进行检测的温度传感器T1、T2、T3、
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Tn，电加热储能罐上设置有对储能介质温度进行检测的温度传感器T0，集热循环泵的进口管路上设置有温度传感器t0，第一换热器的待加热介质出口管路上设置有温度传感器t1。
[0010]本专利技术的采用太阳能分级集热的原油加热系统，包括控制柜和变频器，变频器的控制端与控制柜相连接；所述温度传感器t0、t1、T0~Tn经信号线与控制柜相连接，控制柜经控制线与电控阀k1~kn、j1~jn、w1~wn、v1~vn相连接，变频器的输出端与集热循环泵和散热循环泵相连接。
[0011]本专利技术的采用太阳能分级集热的原油加热系统的控制方法，其特征在于，包括集热控制过程和散热控制过程，集热控制过程通过以下步骤来实现：
a).温度值设定，根据储能罐中储能介质所允许的加热温度上限，给定储能介质被加热温度的上限值temp1；根据待加热含水原油的粘稠度，给出第一换热器所需将其加热到的温度值temp2；执行步骤b)；b).照射条件判断，关闭所有储能罐集热介质入口管路上的电控阀k1~kn、开启所有储能罐的集热旁通管路上的电控阀j1~jn，通过温度传感器t0连续一端时间周期性检测太阳能集热器出口处的集热介质温度，如果所采集的集热介质温度没有变化，表明当前处于昼夜或阴雨白天，光照条件不良，执行步骤g)；如果所采集的集热介质的温度递增，表明光照条件良好，执行步骤c)；c).温度信号采集，控制柜经温度传感器T0~Tn分别采集电加热储能罐、一级储能罐至n级储能罐中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用太阳能分级集热的原油加热系统，包括太阳能集热器（1）、三相分离器（6）、第一换热器（7）、二级分离器（8）、集热循环泵（9）和散热循环泵（10），太阳能集热器用于加热集热介质，三相分离器的进液口与井排来液管路相连通，三相分离器的污水出口接入污水处理系统，第一换热器用于对三相分离器输出含水原油的加热，二级分离器用于实现第一换热器加热后的含水原油进一步的油水分离，二级分离器输出的原油存储在原油储罐中；其特征在于：所述太阳能集热器（1）与第一换热器（7）之间设置有n个储能罐，储能罐中存储有储能介质，储能罐上设置有集热介质进出口和散热介质进出口；n个储能罐分别为一级储能罐（2）、二级储能罐（3）、三级储能罐（4）、
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、n级储能罐（5），n≥2；一级储能罐至n级储能罐中的容积依次递增；太阳能集热器的集热介质出口经管路与集热循环泵（9）的进口相连通，集热循环泵的出口经管路与一级储能罐的集热介质入口相连通，n级储能罐的集热介质出口与太阳能集热器的集热介质进口相连通；i级储能罐的集热介质出口经管路与i+1级储能罐的集热介质进口相连通，每个储能罐的集热介质进口与其集热介质出口经外部的集热旁通管路相连通；i级储能罐的集热介质进口的管路上设置有电控阀ki，i级储能罐的集热旁通管路上设置有电控阀ji，1≤i≤n
‑
1；第一换热器上设置有散热介质进出口和待加热介质进出口，第一换热器的散热介质出口经管路与散热循环泵（10）的进口相连通，散热循环泵的出口经管路与n级储能罐的散热介质进口相连通，一级储能罐的散热介质出口与第一换热器的散热介质进口相连通；i级储能罐的散热介质进口与i+1级储能罐的散热介质出口相连通，每个储能罐的散热介质进口与其散热介质出口经外部的散热旁通管路相连通；i级储能罐的散热介质进口的管路上设置有电控阀vi，i级储能罐的散热旁通管路上设置有电控阀w1；集热循环泵驱使集热介质循环流通，将太阳能集热器转化的热能依次在一级储能罐至n级储能罐中进行存储；散热循环泵驱使散热介质循环流通，对n级储能罐至一级储能罐中存储的能量进行利用。2.根据权利要求1所述的采用太阳能分级集热的原油加热系统，其特征在于：所述三相分离器（6）与第一换热器（7）之间设置有第二换热器（15），第二换热器上设置有待加热介质进出口和高温介质进出口，三相分离器的含水原油出口与第二换热器的待加热介质进口相连通，第二换热器的待加热介质出口与第一换热器的待加热介质进口相连通，第一换热器的待加热介质出口与二级分离器（8）的进液口相连通；二级分离器的污水出口与第二换热器的高温介质进口相连通，第二换热器的高温介质出口排出的污水接入污水处理系统。3.根据权利要求1或2所述的采用太阳能分级集热的原油加热系统，其特征在于：所述一级储能罐（2）与第一换热器（7）之间设置有电加热储能罐（13），电加热储能罐中存储有储能介质，电加热储能罐中设置有对储能介质进行加热的电加热器，电加热经电控开关（14）与交流220V或交流280电源相连接；电加热储能罐的散热介质进口与一级储能罐的散热介质出口经管路相连通，电加热储能罐的散热介质出口与第一换热器的散热介质进口相连通，电加热储能罐的散热介质进口与其散热介质出口经外部的电加热旁通管路相连通，电加热旁通管路上设置有电控阀w0，电加热储能罐的散热介质进口的管路上设置有电控阀v0。4.根据权利要求3所述的采用太阳能分级集热的原油加热系统，其特征在于：所述一级
储能罐（2）、二级储能罐（3）、三级储能罐（4）、
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、n级储能罐（5）上分别设置有对储能介质温度进行检测的温度传感器T1、T2、T3、
…
Tn，电加热储能罐上设置有对储能介质温度进行检测的温度传感器T0，集热循环泵（9）的进口管路上设置有温度传感器t0，第一换热器（7）的待加热介质出口管路上设置有温度传感器t1。5.根据权利要求3所述的采用太阳能分级集热的原油加热系统，其特征在于：包括控制柜（11）和变频器（12），变频器的控制端与控制柜相连接；所述温度传感器t0、t1、T0~Tn经信号线与控制柜相连接，控制柜经控制线与电控阀k1~kn、j1~jn、w1~wn、v1~vn相连接，变频器的输出端与集热循环泵（9）和散热循环泵（10）相连接。6.一种基于权利要求5所述的采用太阳能分级集热的原油加热系统的控制方法，其特征在于，包括集热控制过程和散热控制过程，集热控制过程通过以下步骤来实现：a).温度值设定，根据储能罐中储能介质所允许的加热温度上限，给定储能介质被加热温度的上限值temp1；根据待加热含水原油的粘稠度，给出第一换热器所需将其加热到的温度值temp2；执行步骤b)；b).照射条件判断，关闭所有储能罐集热介质入口管路上的电控阀k1~kn、开启所有储能罐的集热旁通管路上的电控阀j1~jn，通过温度传感器t0连续一端时间周期性检测太阳能集热器出口处的集热介质温度，如果所采集的集热介质温...

【专利技术属性】
技术研发人员：林刚，朱烨，
申请(专利权)人：东营佰孚新能源开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：