本發(fā)明涉及目標儲能，特別涉及一種適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝及封裝方法。

背景技術(shù)：

1、對于目前燃氣加熱爐氣源緊張以及排放不達標的井場，目前穩(wěn)定可行的替代方式即為電加熱裝置，統(tǒng)計勝利油田2020年井場電加熱臺數(shù)在1500臺左右，均使用的即時發(fā)電換熱方式，谷電低價優(yōu)勢沒有得到利用，電費高昂，全年井場加熱耗電約2.19億千瓦時，占機采系統(tǒng)開采總能耗的54％。

2、隨著國家低碳環(huán)保政策的推進，油田井場單井燃氣加熱爐的使用受到了三方面的限制：1、氣源限制：單井燃氣加熱爐氣源主要為油井套管氣及管輸干氣，供需隨季節(jié)峰谷差異大，冬季的需求是夏季的1.7倍，而供給量是夏季的4/5，冬季氣源日趨緊張；2、能效限制：井場加熱爐調(diào)節(jié)管理難度大，熱效率低；3、環(huán)保限制：隨著國家對低碳環(huán)保的日趨重視，加熱爐排放標準逐漸嚴格，煙塵等指標有了更高要求，現(xiàn)場整改難度更大。

3、因此基于相變儲熱技術(shù)的熱能存儲方式，可以改變電加熱時段，充分利用谷電低費用，是適應于油田系統(tǒng)的低成本清潔加熱方式?？赏ㄟ^將相變材料進行封裝的技術(shù)手段來進行熱能存儲，相變蓄熱材料劃分為不同形狀的蓄熱單元體，常見的相變材料宏觀封裝大體可以分為以下幾種：球形相變儲熱單元、袋形相變儲熱單元、圓柱形相變儲熱單元以及其他形式的相變儲熱單元等。

4、但現(xiàn)有技術(shù)仍需解決的技術(shù)問題有：對于不同工況的油田井場，所需要匹配的蓄熱量不同；其次考慮封裝結(jié)構(gòu)，如何保證封裝單元內(nèi)的熱量能夠高效、充足的釋放；同時，裝置工作時發(fā)生泄露問題以及安全問題該如何解決；相變材料的篩選以及復合相變材料的比例也會對蓄/放熱效果造成影響。

5、綜合考慮各種封裝形式的優(yōu)缺點之后，如何針對原油加熱現(xiàn)場加熱負荷大，現(xiàn)場空間小這一具體現(xiàn)場需求，設計出一種適用于相變材料封裝的封裝形式及封裝方法是本方案研究的重點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝及封裝方法。

2、其技術(shù)方案為，一種適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝，包括封裝單元，所述封裝單元包括內(nèi)部設置有空腔的罐體、底面以及頂面，所述底面的邊緣與所述罐體的底部內(nèi)壁固定連接，所述頂面的邊緣與罐體頂部內(nèi)壁固定連接，所述頂面上設置開口，開口處設置有開口片，所述開口片一側(cè)設置有拉環(huán)；

3、所述罐體的中部設置為圓柱形；

4、所述底面設置為向罐體內(nèi)部空腔凹陷的半球形。

5、這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于增大了換熱表面積，有利于放熱過程的加快，同時半球形的結(jié)構(gòu)具有更強的塑性，不易斷裂。在相變材料發(fā)生固-液相變的過程中，伴隨著罐型封裝內(nèi)部的壓力變化，半球形的設計能更好的承受壓力，不易損壞。

6、所述罐體的頂部和底部均設置為圓臺形。

7、所述罐體頂部與所述頂面連接處的開口直徑小于所述罐體圓柱形部分的直徑，罐體底部與所述底面連接處的開口直徑小于所述罐體圓柱形部分的直徑。

8、所述罐體、底面和頂面的材質(zhì)均為鋁制。

9、所述罐體圓柱形部分的直徑設置為66.88mm，罐體最底端到最頂端的高度設置為167mm。

10、還包括承載所述封裝單元的框體，所述框體內(nèi)放置若干個所述封裝單元。

11、所述框體設置為矩形框。

12、所述框體的長設置為505mm,寬設置為345mm,高設置為165mm。

13、一個框體能夠放置40罐500ml的相變材料，在設計的體積空間條件下，能夠放置60個框體。

14、基于適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝的封裝方法，包括以下步驟：

15、s1、對復合相變材料進行高溫加熱，加熱過程要求加熱溫度維持在80攝氏度以上，保證相變材料完全融化；

16、s2、加入膨脹石墨并不斷攪拌，實現(xiàn)相變材料的融合充分；在攪拌兩個小時后，相變材料已經(jīng)充分融合，復合相變材料制備完成；

17、s3、進行罐型封裝過程，將復合相變材料通過加熱攪拌罐罐底的出料口流入封裝單元罐體的空腔中；

18、s4、對封裝單元進行封口，即將頂面封在罐體頂部，采用工業(yè)級別封口機，封口過程中保證封口質(zhì)量，在封裝完成后對封裝單元進行反復加熱，確保防止漏液現(xiàn)象的發(fā)生。

19、所述步驟s3中，復合相變材料流入封裝單元罐體的空腔中，每個罐體內(nèi)留有百分之十的體積余量，防止溫度升高時發(fā)生漲罐現(xiàn)象。

20、封裝采用罐型封裝，材質(zhì)為鋁制，工業(yè)級別制備復合相變材料與實驗室級別制備復合相變材料有所不同，工業(yè)級別的制備要求能實現(xiàn)大規(guī)模制備，因此采用大型加熱攪拌罐實現(xiàn)相變材料的加熱與混合。

21、將封裝好的蓄熱單元置入框體內(nèi)，考慮蓄熱量的要求不同，將不同數(shù)量的封裝單元放置在相變儲熱裝置內(nèi)，在不同的峰、谷電價時間段，實現(xiàn)熱量的存儲與釋放。

22、目前常用的谷電相變儲/放熱的基本構(gòu)成包括回流泵、電加熱器、蓄熱箱、供暖換熱片及控制裝置，換熱水進口設置在蓄熱箱體的下側(cè)并且垂直于蓄熱箱的側(cè)壁，蓄熱箱體內(nèi)設置有序排列的封裝單元。換熱水進入蓄熱箱內(nèi)與其中的罐型封裝單元進行熱交換后從蓄熱箱體上側(cè)的出水口流出進行熱交換，有序排列的結(jié)構(gòu)使得相變材料在裝置內(nèi)不易堆積，影響蓄/放熱效果，以相變潛熱為60℃石蠟為例，其有效放熱溫度取20攝氏度計算，700千克的石蠟可以存儲有效電能為60度電，并可以在峰電時放出，其效率超過85％。

23、本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：針對目前油田井場并沒有成規(guī)模化的應用相變封裝技術(shù)的現(xiàn)狀，本方案提供一種適用于相變材料的罐型封裝作為封裝結(jié)構(gòu)，將相變材料進行宏觀封裝，實現(xiàn)熱能的存儲及釋放，將復合相變材料填充于罐型封裝內(nèi)部制成蓄熱封裝單元，基于復合相變材料潛熱高的特點，并根據(jù)不同的蓄熱場景需求，以及根據(jù)谷電、峰電不同的時間段，在谷電時蓄熱，在峰電時放出熱量，達到降本增效，充分挖掘峰谷電價節(jié)費潛力的目的；可以承壓，適用于大部分承壓場合；

24、本方案的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

25、(1)解決泄露以及安全問題：在加入復合相變材料后，通過工業(yè)級封口機對罐型封裝單元進行封口，剛體的結(jié)構(gòu)特性使其能夠承擔壓力并防止磨損，同時考慮到熱脹冷縮的物理性質(zhì)，在封裝時留有10％的空間余量；不僅滿足節(jié)能要求，還可以杜絕隱患，避免意外的發(fā)生；

26、(2)油田井場蓄熱量的匹配：罐型的封裝單元尺寸為直徑66.88mm，高167mm；承載罐型封裝單元的框體的長設置為505mm,寬設置為345mm,高設置為165mm，一個金屬框體能夠放置40罐500ml相變材料，在設計的體積空間條件下，能夠放置60個金屬框；

27、(3)復合相變材料的最優(yōu)組分占比：通過實驗，確定膨脹石墨的最優(yōu)占比，以達到蓄/放熱最大的目的。

技術(shù)特征：

1.一種適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝，其特征在于，包括封裝單元，所述封裝單元包括內(nèi)部設置有空腔的罐體(1)、底面(2)以及頂面(3)，所述底面(2)的邊緣與所述罐體(1)的底部內(nèi)壁固定連接，所述頂面(3)的邊緣與所述罐體(1)頂部內(nèi)壁固定連接，所述頂面(3)上設置有開口，所述開口處設置有開口片，所述開口片一側(cè)設置有拉環(huán)(4)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝，其特征在于，所述罐體(1)的頂部和底部均設置為圓臺形。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝，其特征在于，所述罐體(1)頂部與所述頂面(3)連接處的開口直徑小于所述罐體(1)圓柱形部分的直徑，罐體(1)底部與所述底面(2)連接處的開口直徑小于所述罐體(1)圓柱形部分的直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝，其特征在于，所述罐體(1)、底面(2)和頂面(3)的材質(zhì)均為鋁制。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝，其特征在于，所述罐體(1)圓柱形部分的直徑設置為66.88mm，罐體(1)最底端到最頂端的高度設置為167mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝，其特征在于，還包括承載所述封裝單元的框體(5)，所述框體(5)內(nèi)放置若干個所述封裝單元。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝，其特征在于，所述框體(5)設置為矩形框。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝，其特征在于，所述框體(5)的長設置為505mm,寬設置為345mm,高設置為165mm。

9.基于權(quán)利要求1所述的適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝的封裝方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝的封裝方法，其特征在于，所述步驟s3中，復合相變材料流入封裝單元罐體(1)的空腔中，每個罐體(1)內(nèi)留有百分之十的體積余量，防止溫度升高時發(fā)生漲罐現(xiàn)象。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于相變蓄熱裝置的罐型封裝及封裝方法，涉及目標儲能技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)方案為，包括封裝單元，封裝單元包括內(nèi)部設置有空腔的罐體、底面以及頂面，底面的邊緣與罐體的底部內(nèi)壁固定連接，頂面的邊緣與罐體頂部內(nèi)壁固定連接，頂面上設置開口，開口處設置有開口片，開口片一側(cè)設置有拉環(huán)。本發(fā)明的有益效果是：本方案將相變材料進行宏觀封裝，實現(xiàn)熱能的存儲及釋放，將復合相變材料填充于罐型封裝內(nèi)部制成蓄熱封裝單元，基于復合相變材料潛熱高的特點，并根據(jù)不同的蓄熱場景需求，以及根據(jù)谷電、峰電不同的時間段，在谷電時蓄熱，在峰電時放出熱量，達到降本增效，充分挖掘峰谷電價節(jié)費潛力的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：宋長山,王曉東,劉杰,李煒,鄒林,劉紹鵬,王新燕,張杰,劉曉磊
受保護的技術(shù)使用者：中國石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10