油井單體儲油罐太陽能加溫裝置的開發(fā)研制

1、油井單體儲油罐太陽能加溫裝置的開發(fā)研制鄧壽祿，黃學義(1中國石化股份勝利油田分公司技術(shù)檢測中心，山東 東營257001；2中國石化股份勝利油田分公司油氣集輸總廠，山東 東營257061)摘要：根據(jù)油井單體儲油罐太陽能加溫裝置的開發(fā)研制情況，設計了油井單體儲油罐太陽能加溫裝置，該裝置由太陽能集熱器、儲能器、熱交換器、控制器四部分組成，具有節(jié)能、安全、高效、環(huán)保等特點，可實現(xiàn)對油井單體儲油罐自動加溫的功能，避免了使用電加熱棒浪費能源、不安全等問題。實踐證明，使用該裝置能夠完全滿足對油井單體儲油罐的加熱要求，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。關(guān)鍵詞：油井；儲油罐；太陽能加溫裝置；節(jié)能中圖分類號：TK5l

2、5 文獻標識碼：B 文章編號：10004-7948(2009)100039-02引言 在油田原油生產(chǎn)過程中，部分邊遠油井因產(chǎn)量低、離計量站距離遠等原因而無法用管線輸送原油，因此在井場安裝. 2040m單體儲罐，將生產(chǎn)的原油臨時儲存于罐中，用車輛定期進行拉運。由于原油在儲罐內(nèi)降溫很快，尤其在冬季，原油降溫后粘度增加，造成無法拉運，因而拉運前必須對儲罐內(nèi)原油進行加溫。傳統(tǒng)上加溫大多使用電加熱棒，功率一般在28kW左右，耗電量高，并且易損壞，同時也存在許多安全隱患。當儲罐內(nèi)液位低時，儲罐空間內(nèi)充滿了混合性可燃氣體，易燃易爆，此時加溫極易造成爆炸，此類事故已多次發(fā)生。為更好地節(jié)約能源，保障安全生產(chǎn)，專

3、門設計了單井儲油罐太陽能加溫裝置。 1太陽能加溫裝置的構(gòu)成 油井單體儲油罐太陽能加溫裝置主要由太陽能集熱器、儲能器、熱交換器、控制器四大部分組成。其中儲能器、熱交換器為一體化設計，控制器依據(jù)儲油罐內(nèi)油溫確定是否需要補充加溫，整個系統(tǒng)為全自動化控制，實現(xiàn)了無人值守化運行。 (1)太陽能集熱器。集熱器采用最新型金屬超導真空管，集熱能力遠遠超過普通產(chǎn)品，根據(jù)儲油罐容積確定使用管數(shù)、面積，從而保證最有效的采熱能力，并設有防破壞鋼網(wǎng)。比普通太陽能集熱管效率提高20以上，并且在陰雨天同樣可以產(chǎn)生晴天時40的熱能，因此，只有當太陽光線不足時才啟動電加熱進行加熱，真正意義上做到充分利用太陽能的目的。 (2)儲

4、能器。由圓筒形罐體和儲熱液體組成，采用最新保溫技術(shù)，保障在光照不足情況下，12h內(nèi)液體失溫不大于10。(3)熱交換器。采用導熱系數(shù)較高的不銹鋼軟管，根據(jù)儲油罐容積確定盤管換熱面積，從而保證最佳的換熱效果。.(4)控制器。設置有水箱水位、水箱水溫、儲油罐油溫等顯示，采用數(shù)碼溫度控制器，實現(xiàn)溫差控制自動循環(huán)加熱，并設有水位自動控制和自動補液，滿水自鎖防外溢、過低水位防干燒等功能。2太陽能加溫裝置的特點油井單體儲油罐太陽能加溫裝置利用太陽能集熱器采集熱能，通過熱交換器對儲油罐盤管內(nèi)的水進行加溫，以提高儲油罐內(nèi)的液體溫度，其優(yōu)勢為：（1）節(jié)能效果明顯。該裝置主要利用太陽能作為主要能源，僅在特殊氣候條件

5、下需要補充電加熱，因而大大減少了電能的消耗。（2）安全可靠。由于該裝置采用水循環(huán)換熱，電氣系統(tǒng)采用防爆設計，實現(xiàn)了本質(zhì)安全化，從而避免了傳統(tǒng)上電加熱棒加熱存在的安全隱患。（3）熱效率高。傳統(tǒng)上電加熱棒在儲油罐內(nèi)原油溫度降低到無法輸出時啟動加熱，而該裝置在有光照條件下持續(xù)加熱，從而可以長時問保持儲罐內(nèi)原油溫度。（4）節(jié)能環(huán)保。陽光是最清潔的能源，利用太陽能不會對環(huán)境造成污染。3太陽能加溫裝置的設計計算及選型勝利油田河口采油廠(山東東營市東營區(qū))213-6井儲油罐太陽能加溫裝置的設計資料為：循環(huán)加熱熱水出口溫度為80，熱水進口溫度為60，盤管換熱進水溫度為80，出水溫度為. 60，確保儲油罐內(nèi)原油

6、溫度為45以上；采用太陽能集熱 +熱普電加熱方式；按40m³單體儲油罐原油恒溫. 45時，換熱負荷約為12kWh；儲油罐頂面設太陽能集熱場，儲油罐內(nèi)設盤管式換熱器，儲油罐架下設熱普電熱器。31熱水水量計算(1)依照循環(huán)換熱要求，熱水進口溫度按60設計，熱水出口溫度按80設計，太陽能系統(tǒng)產(chǎn)熱溫差 T=80-60=20。. (2)系統(tǒng)循環(huán)水流量為. 12Lmin。. (3)考慮使用特點狀況、現(xiàn)場可利用面積、初投資經(jīng)濟性及相關(guān)技術(shù)文件要求，按強制循環(huán)金屬超導真空水平熱管集熱器太陽供熱系統(tǒng)設計，電輔助加熱確保儲油罐全天換熱加溫需要。. 32集熱器選型強制循環(huán)太陽能供熱系統(tǒng)選用. TMQRZ1

7、5-18P型金屬超導真空水平熱管集熱器。集熱面積為30m組，能量輸出值為150kW組，集熱器件為金屬超導真空水平熱管集熱管65×1800mm、15支組。. 33供熱系統(tǒng)集熱面積. (1)該太陽能供熱系統(tǒng)換熱負荷為12kWh； (2)TMQRZ15 18P型能量輸出值：150kW組，集熱面積為30m組； (3)該系統(tǒng)換熱負荷為. 12kWh，需TMQRZ15 -18P型集熱器8組；. (4)該系統(tǒng)在日照充足條件下?lián)Q熱負荷由太陽能集熱系統(tǒng)承擔50，其余部分由輔助加熱供給，故需TMQRZ15-18P型集熱器. 4組，集熱面積. 12m，西65×1800mm熱管集熱管60支。. 3

8、4供熱系統(tǒng)儲熱水箱該太陽能供熱系統(tǒng)利用熱普電熱器設置了一個. 60L貯水水箱，作為系統(tǒng)熱源的熱媒膨脹補液箱。35供熱系統(tǒng)輔助能源裝置利用熱普輔助加熱作為補熱方式，非晴好天氣輔助加熱系統(tǒng)補熱負荷為. 18kW。 36供熱系統(tǒng)智能自控裝置太陽能智能系統(tǒng)工作站1套，包括溫度顯示、自控溫差集熱循環(huán)、自控恒溫換熱循環(huán)、定時段編程運行、自控雙能源轉(zhuǎn)換。供熱系統(tǒng)全自動運行，無需專人值守。37供熱系統(tǒng)布局依據(jù)現(xiàn)場條件，標準TMQRZ15-18P型集熱器集中擺放于儲油罐頂面，集熱管東西向水平放置，集熱器安裝傾角約為50。，采用串聯(lián)密排連接方式，熱普電熱器設于儲油罐架下方。. 38其他循環(huán)管路采用國際熱鍍鋅管，換

9、熱盤管采用紫銅管或不銹鋼波紋軟管。室外管路采用橡塑管保溫，厚度50mm外作為保護層。集熱器、集熱循環(huán)管路采用防凍工質(zhì)封閉循環(huán)，間接換熱。4加溫效果及節(jié)能效果對比(見表1) (1)在陽光充足條件下，熱交換器內(nèi)水溫不低于90，儲油罐內(nèi)油溫不低于55。. (2)在陽光不足情況下，系統(tǒng)自動啟動輔助電加熱裝置，可保證熱交換器內(nèi)水溫不低于80，儲油罐內(nèi)油溫不低于50。表1傳統(tǒng)電加熱與太陽能加溫裝置對比對比項目 電加熱棒 太陽能裝置加溫功率/kW 28 最大18加溫方式 定時 連續(xù)投資/萬元 2.5 6.9壽命 平均不到一年 最少十年耗電量/kW 24 日常為0，最大為18加溫效果 45左右 平均50左右5

10、效益分析 (1)安全效益。單井儲油罐太陽能加溫裝置利用熱水循環(huán)對罐內(nèi)液體進行加溫，杜絕了使用電加熱棒加溫易引起爆炸事故的隱患，電氣部分全部采用防爆設計，實現(xiàn)了安全化生產(chǎn)。. (2)經(jīng)濟效益。用電加熱棒加溫按每天平均使用18h電價按目前平均市場價. 0.6元/kWh計算，日耗用電費為3024元，年耗用電費為108864元。采用太陽能加溫裝置在陽光充足時無需用電，按該地區(qū)年平均氣候條件，每年連陰及陽光不足.100計算，年使用電費為25930元。使用太陽能加溫可以大幅度節(jié)省電費，因而經(jīng)濟效益十分顯著。. (3)社會效益。油井單體儲油罐太陽能加溫裝置是應用于工業(yè)用途的科研項目，該裝置充分利用清潔綠色的太陽能，節(jié)約了大量寶貴的電力資源，具有極佳的環(huán)保效益，具有較好的社會效益。6結(jié)語目前，油田邊緣井油井單體