一種原油集輸的風光電一體化加熱裝置及其加熱方法
2023-07-10 07:45:56
專利名稱：一種原油集輸的風光電一體化加熱裝置及其加熱方法
技術領域：
本發明涉及一種原油集輸的加熱裝置和加熱方法，特別是涉及一種利用太陽能和風力發電加熱原油傳輸的裝置及其方法，屬於新能源開發利用及原油傳輸技術領域。
背景技術：
目前油田行業在採油、集輸等環節需要消耗大量能源。我國的原油凝固點普遍較高，粘度大，常溫下流動性差，因此從油井出油後的運輸過程中必須進行加熱與保溫。在油田的採油、集輸等過程中至少有20％左右的能耗用於原油加熱與處理，傳統的對原油在傳輸過程中進行加熱的技術通常是使用燒煤、燃油、天然氣、電加熱的方法，這不僅造成大量的能源消耗和嚴重的環境汙染問題，而且也存在不小的安全隱患。
能源危機與環境汙染問題已成為當今社會普遍關注的熱點。日益緊迫的能源形勢對開發能源新技術和進一步開發利用可再生能源提出了迫切要求。在削減油田開採能耗方面能夠採取的一個有效措施是利用替代能源或餘熱。如果能夠用太陽能的熱量來加熱原油，可為油田節省大量的能源消耗。
同時，由於太陽能受天氣的影響較大，陰天或黑夜時無法啟動太陽能加熱，雖然可通過熱轉換設備來克服上述不足，但費時費物，而且也不能完全解決能源不足的問題，而我國的大部分油田，風力比較客觀，故而可利用風力來對原油集輸進行加熱，所以，急需開發一種集太陽能和風力發電於一體的原油集輸加熱技術。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種集太陽能和風力發電於一體的原油集輸的風光電一體化加熱裝置。
本發明的另一目的在於根據風光電一體化加熱裝置，而提供一種原油集輸的風光電一體化加熱方法。
為了實現發明目的一，本發明採用的技術方案為一種原油集輸的風光電一體化加熱裝置，包括水/油換熱裝置和電加熱裝置，所述水/油換熱裝置設置有太陽能集熱設備，所述電加熱裝置設置有風力發電設備。
上述技術方案中，所述的水/油換熱裝置包括太陽能集熱器、水泵、蓄水箱和換熱器，所述蓄水箱的出水口通過水泵與太陽能集熱器入口連接，太陽能集熱器的出口與換熱器的進水口連接，換熱器的出水口與蓄水箱的入水口連接，換熱器還設置有與輸油管路連接的進油口和出油口。
所述的蓄水箱的出水口還可與換熱器的進水口連接，蓄水箱的入水口還可與太陽能集熱器的出口連接。
本發明的電加熱裝置包括風力發電機和電熱爐，所述風力發電機與電熱爐連接並為電熱爐提供熱量，所述的電熱爐設置有與輸油管路連接的進油口和出油口。
所述的電熱爐的進油口與換熱器的出油口連接。
本發明的電加熱裝置還可以設置有電力變流設備、切換開關設備和計算機能量管理系統，所述電力變流設備與外部採油機連接。
所述的電加熱裝置還設置有工業供電設備或市電設備。
為了實現發明目的二，本發明採用的技術方案為一種原油集輸的風光電一體化加熱方法，包括太陽能加熱過程、電加熱過程和判斷選擇過程，所述太陽能加熱過程為通過水泵將蓄水箱中的水抽出進入太陽能集熱器進行加熱，被太陽能集熱器加熱的高溫水再進入換熱器，同時低溫原油通過輸油管路進入換熱器，在換熱器裡與高溫水充分換熱，換熱後的低溫水由換熱器流回蓄熱水箱，而高溫原油則流出換熱器；所述電加熱過程為通過風力發電機產生的電對電熱爐進行加熱，原油通過輸油管路進入電熱爐，通過電熱爐的熱量對原油進行加熱；所述判斷選擇過程為當太陽能可提供原油集輸加熱的足夠能量時，啟動太陽能加熱過程；當太陽能可提供但不足以完成原油集輸的能量時，同時啟動太陽能加熱過程和電加熱過程，此時原油經輸油管路先流經換熱器，再從換熱器流入電熱爐；當太陽能無法提供原油集輸加熱的能量時，啟動電加熱過程。
本發明的加熱方法所述的電加熱過程可採用風力發電機提供電量，也可採用工業供電設備或市電設備提供電量。
所述的判斷選擇過程選擇太陽能加熱過程時，可同時啟動風力發電機發電，而將風力發電機所生產的電通過電力變流設備供應外部採油機。
本發明成功地利用風力、太陽能天然的互補性，構成風光互補加熱系統，很好地解決風力、太陽能分別工作不穩定問題，可徹底替代原油集輸中的天然氣水套爐加熱設備。
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步的說明。
本發明的結構如附圖1所示，包括水/油換熱裝置和電加熱裝置，水/油換熱裝置包括太陽能集熱器1、電磁閥2、水泵3、蓄水箱4和換熱器5，蓄水箱4的出水口通過水泵3和電磁閥2與太陽能集熱器1入口連接，太陽能集熱器1的出口通過電磁閥2與換熱器5的進水口連接，換熱器5的出水口與蓄水箱4的入水口連接，換熱器5通過進油口和出油口與輸油管路連接，太陽能集熱器1的出口還直接與蓄水箱4的入水口連接；電加熱裝置由風力發電機10、電熱爐6、電力變流設備9、市電7、切換開關設備12、計算機能量管理系統8、數據採集系統11等構成，電熱爐6與換熱器5連接。
本實施例在太陽輻射強度符合條件時，啟動水泵3，將蓄水箱4中的循環水抽出，進入太陽能集熱器1陣列中進行加熱，被太陽能集熱器1加熱的高溫循環水再進入換熱器5，與原油進行充分換熱，換熱後的低溫循環水由換熱器5流回蓄水箱4，完成太陽能加熱循環。
原油首先進入換熱器5，與被太陽能加熱後的高溫循環水充分換熱，被加熱的原油流出，計算機能量管理系統8判斷原油溫度是否符合生產要求，符合則原油經電熱爐6外輸；溫度不夠則自動啟動電熱爐6進行加溫，使原油在電熱爐6中進行二次換熱，實現恆溫控制，直到原油溫升符合生產要求外輸。
為了保證風、光互補加熱裝置能夠持續穩定的運行，將風力發電、太陽能集熱與市電結合起來，以保證在極端惡劣的氣候條件下仍能維持採油站的正常生產。其中太陽能集熱器作為第一級加熱裝置，充分利用太陽能光熱加溫。利用風力發電的電熱裝置作為第二級加熱組織，以補償太陽能集熱系統的供熱不足。
在自然條件理想的情況下，太陽能集熱器可實現大部分，甚至全部的加熱任務，這時風力發電產生的多餘電能經切換開關到電力變流設備進行「整流—逆變」，將用於驅動抽油電機部分的電能整流—逆變成380V工頻電能，對抽油電機進行供電；當需要風力發電機提供的電能來加熱原油時，切換開關12將電能切換到電熱爐6，風力發電機10直接輸出的電能不需要整流逆變直接可用於加熱原油。
為了保證即使在極端惡劣的氣象環境下，採油站仍能可靠工作，電熱部分與市電7供電系統並聯，在太陽能光熱與風電的電熱不能保證加熱要求時，切入市電加熱。
本實施例的溫度採集、熱度判斷等由數據採集系統11實現採集；整個流程控制、邏輯條件判斷、數據存儲等由計算機能量管理系統8完成。
權利要求
1.一種原油集輸的風光電一體化加熱裝置，其特徵在於包括水/油換熱裝置和電加熱裝置，所述水/油換熱裝置設置有太陽能集熱設備，所述電加熱裝置設置有風力發電設備。
2.根據權利要求1所述的原油集輸的風光電一體化加熱裝置，其特徵在於所述的水/油換熱裝置包括太陽能集熱器、水泵、蓄水箱和換熱器，所述蓄水箱的出水口通過水泵與太陽能集熱器入口連接，太陽能集熱器的出口與換熱器的進水口連接，換熱器的出水口與蓄水箱的入水口連接，換熱器還設置有與輸油管路連接的進油口和出油口。
3.根據權利要求2所述的原油集輸的風光電一體化加熱裝置，其特徵在於所述的蓄水箱的出水口還可與換熱器的進水口連接，蓄水箱的入水口還可與太陽能集熱器的出口連接。
4.根據權利要求1或2或3所述的原油集輸的風光電一體化加熱裝置，其特徵在於所述的電加熱裝置包括風力發電機和電熱爐，所述風力發電機與電熱爐連接並為電熱爐提供熱量，所述的電熱爐設置有與輸油管路連接的進油口和出油口。
5.根據權利要求4所述的原油集輸的風光電一體化加熱裝置，其特徵在於所述的電熱爐的進油口與換熱器的出油口連接。
6.根據權利要求5所述的原油集輸的風光電一體化加熱裝置，其特徵在於所述的電加熱裝置還設置有電力變流設備、切換開關設備和計算機能量管理系統，所述電力變流設備與外部採油機連接。
7.根據權利要求6所述的原油集輸的風光電一體化加熱裝置，其特徵在於所述電加熱裝置還設置有工業供電設備或市電設備。
8.一種採用權利要求1所述原油集輸的風光電一體化加熱裝置的加熱方法，其特徵在於包括太陽能加熱過程、電加熱過程和判斷選擇過程，所述太陽能加熱過程為通過水泵將蓄水箱中的水抽出進入太陽能集熱器進行加熱，被太陽能集熱器加熱的高溫水再進入換熱器，同時低溫原油通過輸油管路進入換熱器，在換熱器裡與高溫水充分換熱，換熱後的低溫水由換熱器流回蓄熱水箱，而高溫原油則流出換熱器；所述電加熱過程為通過風力發電機產生的電對電熱爐進行加熱，原油通過輸油管路進入電熱爐，通過電熱爐的熱量對原油進行加熱；所述判斷選擇過程為當太陽能可提供原油集輸加熱的足夠能量時，啟動太陽能加熱過程；當太陽能可提供但不足以完成原油集輸的能量時，同時啟動太陽能加熱過程和電加熱過程，此時原油經輸油管路先流經換熱器，再從換熱器流入電熱爐；當太陽能無法提供原油集輸加熱的能量時，啟動電加熱過程。
9.根據權利要求8所述的原油集輸的風光電一體化加熱方法，其特徵在於所述的電加熱過程可採用風力發電機提供電量，也可採用工業供電設備或市電設備提供電量。
10.根據權利要求9所述的原油集輸的風光電一體化加熱方法，其特徵在於所述判斷選擇過程選擇太陽能加熱過程時，可同時啟動風力發電機發電，而將風力發電機所生產的電通過電力變流設備供應外部採油機。
全文摘要
本發明提供一種原油集輸的風光電一體化加熱裝置及其加熱方法，加熱裝置包括水/油換熱裝置和電加熱裝置，所述水/油換熱裝置設置有太陽能集熱設備，所述電加熱裝置設置有風力發電設備；加熱方法包括太陽能加熱過程、電加熱過程和判斷選擇過程。本發明利用風力、太陽能天然的互補性，構成風光互補加熱系統，可很好地解決風力、太陽能分別工作不穩定問題，以徹底替代原油集輸中的天然氣水套爐加熱設備，適合推廣使用。
文檔編號F17D1/00GK1800696SQ20051003376
公開日2006年7月12日 申請日期2005年3月25日 優先權日2005年3月25日
發明者陳渝廣, 丁月華, 曾憲強, 黃紹雄, 楊金明 申請人:華南理工大學