專利名稱：原油集輸?shù)募訜嵫b置及其加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原油集輸?shù)募訜嵫b置和加熱方法，特別是涉及一種利用太陽能加熱原油傳輸?shù)难b置及其方法，屬于新能源開發(fā)利用及原油傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前油田行業(yè)在采油、集輸?shù)拳h(huán)節(jié)需要消耗大量能源。我國的原油凝固點(diǎn)普遍較高，粘度大，常溫下流動性差，因此從油井出油后的運(yùn)輸過程中必須進(jìn)行加熱與保溫。在油田的采油、集輸?shù)冗^程中至少有20％左右的能耗用于原油加熱與處理，傳統(tǒng)的對原油在傳輸過程中進(jìn)行加熱的技術(shù)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(yán)重的環(huán)境污染問題，而且也存在不小的安全隱患。
能源危機(jī)與環(huán)境污染問題已成為當(dāng)今社會普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。日益緊迫的能源形勢對開發(fā)能源新技術(shù)和進(jìn)一步開發(fā)利用可再生能源提出了迫切要求。在削減油田開采能耗方面能夠采取的一個有效措施是利用替代能源或余熱。如果能夠用太陽能的熱量來加熱原油，可為油田節(jié)省大量的能源消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將太陽能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，將太陽能應(yīng)用于原油集輸加熱的原油集輸?shù)募訜嵫b置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種太陽能加熱原油集輸?shù)姆椒ā?br> 為了達(dá)到上述第一個發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種原油集輸?shù)募訜嵫b置，包括水路裝置、輸油裝置和控制裝置，所述控制裝置分別與水路裝置和輸油裝置電連接，所述水路裝置和輸油裝置通過水/油換熱器連接，所述水路裝置設(shè)置有太陽能加熱裝置。
上述技術(shù)方案中，所述水路裝置包括蓄水箱、水泵、太陽能集熱器、和相應(yīng)的輸水管道，所述蓄水箱的出水口通過水泵與太陽能集熱器的入口連接，太陽能集熱器的出口與水/油換熱器的入水口連接，水/油換熱器的出水口與蓄水箱的進(jìn)水口連接。通過此結(jié)構(gòu)，蓄水箱里的水可經(jīng)太陽能集熱器加熱后流入水/油換熱器，在水/油換熱器里與原油換熱，換熱后的水再流回蓄水箱，實(shí)現(xiàn)一個加熱換熱循環(huán)。
本發(fā)明的蓄水箱的進(jìn)水口還可以與太陽能集熱器的出口連接，蓄水箱的出水口還可以與水/油換熱器的入水口連接。在這種結(jié)構(gòu)下，蓄水箱的進(jìn)水口同時與太陽能集熱器的出口和水/油換熱器的出水口連接，而蓄水箱的出水口則同時與太陽能集熱器的入口和水/油換熱器的入水口連接，通過這種結(jié)構(gòu)，蓄水箱的水在流經(jīng)太陽能集熱器加熱后，可直接流回蓄水箱，實(shí)現(xiàn)一個加熱水循環(huán)，使得整個蓄水箱里的水升溫，升溫后再送入水/油換熱器與原油換熱，換熱后的水再流回蓄水箱，實(shí)現(xiàn)一個換熱水循環(huán)。當(dāng)環(huán)境條件允許太陽能集熱器工作時，可啟動加熱換熱循環(huán)工作；當(dāng)蓄水箱里的水溫達(dá)到可以加熱原油的時候，可把熱水直接流入水/油換熱器而對原油進(jìn)行換熱，不必開啟太陽能水/油換熱器工作，延長了太陽能水/油換熱器的使用壽命，而且也可以應(yīng)用在太陽能水/油換熱器無法工作而蓄水箱里的水溫足夠熱時。
本發(fā)明的水路裝置還設(shè)置有溫度計，所述的溫度計分別設(shè)置在蓄水箱、太陽能集熱器及輸水管道上。溫度計用于探測蓄水箱或太陽能集熱器或輸水管道上的水溫，用以當(dāng)作控制裝置發(fā)出控制指令的判斷參數(shù)之一。
本發(fā)明所述的輸油裝置與水/油換熱器的入油口和出油口連接的輸油管道組成。在油井開采出來的原油可通過輸油管道進(jìn)入水/油換熱器，在水/油換熱器里與熱水換熱。輸油裝置還可以設(shè)置水套爐和燃燒器，所述水套爐的原油入口和原油出口分別與輸油管道連接，且原油入口還與水/油換熱器的出油口連接，水套爐的外邊則設(shè)置有用于加熱水套爐的燃燒器。設(shè)置水套爐和燃燒器的目的在于防止太陽能能量不足而提供二次加熱，使得原油加熱更加充分。
本發(fā)明的控制裝置實(shí)現(xiàn)對水路裝置和輸油裝置的自動供熱與蓄熱控制；自動實(shí)現(xiàn)外界環(huán)境等物理參數(shù)隨機(jī)變化情況下的條件切換和穩(wěn)定控制；自動進(jìn)行原油管道低溫防凍保護(hù)；自動監(jiān)測控制系統(tǒng)安全運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)時數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計、查詢、日志管理；具有緊急故障應(yīng)急處理機(jī)制、自動報警、自動識別、安全狀態(tài)切換功能。
本發(fā)明充分利用太陽能對集輸管道中的原油進(jìn)行加熱，運(yùn)用工業(yè)計算機(jī)過程控制算法，實(shí)現(xiàn)在各種外界環(huán)境變化，如太陽輻射強(qiáng)度、原油流量、氣溫變化等的情況下對原油加熱進(jìn)行恒溫控制，實(shí)現(xiàn)高度自動化、智能化的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在太陽輻射強(qiáng)度符合條件時，啟動水泵將蓄水箱中的水抽出，進(jìn)入太陽能集熱器中進(jìn)行加熱，被太陽能集熱器加熱的高溫水再進(jìn)入水/油換熱器中，與原油進(jìn)行充分換熱，換熱后的低溫循環(huán)水由水/油換熱器流回蓄熱水箱，完成太陽能加熱換熱循環(huán)。
原油首先進(jìn)入水/油換熱器，與被太陽能加熱后的高溫水充分換熱，被加熱的原油流出，系統(tǒng)判斷原油溫度是否符合生產(chǎn)要求，符合則原油經(jīng)輸油管道外輸；溫度不夠則流入水套爐，且自動啟動燃燒器點(diǎn)火，控制火焰大小，對水套爐進(jìn)行加溫，使原油在水套爐進(jìn)行二次換熱，實(shí)現(xiàn)恒溫控制，直到原油溫升符合生產(chǎn)要求外輸。在實(shí)際使用中，水/油換熱器都與水套爐連接，如果不用燃燒器二次加熱，則通過水/油換熱器換熱后的原油經(jīng)水套爐外輸，否則在水套爐里二次加熱后再外輸。
為了實(shí)現(xiàn)后一發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種原油集輸?shù)募訜岱椒ǎ葘⑿钏渲械乃腿胩柲芗療崞髦羞M(jìn)行加熱，再將太陽能集熱器加熱后的高溫水送入水/油換熱器，同時也將原油送入水/油換熱器，在水/油換熱器里實(shí)現(xiàn)高溫水與低溫原油之間的換熱，最后將換熱后的低溫水流回蓄水箱。
本發(fā)明所述的原油集輸?shù)募訜岱椒ǎㄟ^太陽能集熱器加熱后的熱水可先直接送回蓄水箱，如此循環(huán)直到蓄水箱里的水整體升溫，再將蓄水箱里升溫后的水送入水/油換熱器，與原油進(jìn)行換熱。
在水/油換熱器里換熱升溫后的原油還可以流入水套爐，同時啟動燃燒器燃燒加熱水套爐，實(shí)現(xiàn)對原油的二次加熱。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活，而且可充分利用太陽能這種天然能源，當(dāng)不用加熱原油時，可以先加熱蓄水箱里的水備用，然后利用蓄水箱的熱水加熱原油，達(dá)到盡可能高的利用太陽能的目的，因為有時候陽光充足時，可能不到原油傳輸?shù)臅r間，而等到原油傳輸時，可能陽光又不夠充足，不足以加熱原油，通過這個替代方法，使得太陽能的利用率大大提高。
本發(fā)明提供的加熱方法也可省略燃燒器加熱水套爐，即水套爐也只是作為輸油管道的一部分，此時可使得本發(fā)明提供的同一設(shè)備具有兩種方法的原油加熱，即太陽能加熱足夠時，不必啟動燃燒器輔助加熱，而當(dāng)太陽能提供的熱量不足以加熱原油時，可啟動燃燒器燃燒輔助加熱。
本發(fā)明成功的將太陽能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，將太陽能應(yīng)用于原油集輸加熱，在國內(nèi)和國際上是一個很好的示范和成功的先例；在能源新技術(shù)革命、開發(fā)利用可再生能源方面是一個突破。目前在國內(nèi)外還未見有太陽能技術(shù)在油田開采輸送過程中的應(yīng)用先例，本項目的完成及應(yīng)用填補(bǔ)了國際和國內(nèi)空白，在節(jié)能降耗及綠色環(huán)保方面取得了積極的示范和推廣作用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


圖1為本發(fā)明提供的原油集輸?shù)募訜嵫b置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明所提供的原油集輸?shù)募訜嵫b置的示意圖如附圖1所示，水路裝置包括蓄水箱1，循環(huán)泵2、3，電磁閥4，太陽能集熱器陣列5，溫度傳感器6，水路流量計7，電動調(diào)節(jié)閥8，水/油換熱器9，輸油裝置包括水/油換熱器9、氣路流量計10，燃燒器11，水套爐12，油路手動閥13；蓄水箱1的出水口通過循環(huán)泵2、3和電磁閥4與太陽能集熱器陣列5的入口和水/油換熱器9的入水口連接，太陽能集熱器陣列5的出口與蓄水箱1的進(jìn)水口和水/油換熱器9的入水口連接，水/油換熱器9的出水口與蓄水箱1的進(jìn)水口連接，水/油換熱器9通過原油進(jìn)口與輸油管道連接，而水/油換熱器9還與水套爐12連接，水套爐12再通過原油出口與輸油管道連接，水套爐12的旁邊設(shè)置有專門用于給水套爐12加熱的燃燒器11，水套爐12和燃燒器11可采用多套相同的設(shè)備，可使得加熱效果更明顯，也可備用。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)對水路裝置和輸油裝置進(jìn)行自動控制，被控設(shè)備包括循環(huán)泵2、3，電磁閥4，電動調(diào)節(jié)閥8，溫度傳感器6，流量計7、10，燃燒器11，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)太陽能系統(tǒng)的自動供熱與蓄熱控制；自動實(shí)現(xiàn)外界環(huán)境等物理參數(shù)隨機(jī)變化情況下的條件切換和穩(wěn)定控制；自動進(jìn)行原油管道低溫防凍保護(hù)；自動監(jiān)測控制系統(tǒng)安全運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)時數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計、查詢、日志管理；具有緊急故障應(yīng)急處理機(jī)制、自動報警、自動識別、安全狀態(tài)切換功能。
本發(fā)明的用于給原油傳輸加熱的方法，其工作過程分為太陽能加熱水循環(huán)和原油換熱傳輸兩大部分，所述的太陽能加熱水循環(huán)包括如下步驟(1)、將蓄水箱1中的水通過大循環(huán)泵2抽出，然后送入太陽能集熱器陣列5中進(jìn)行加熱，(2)、將通過太陽能集熱器陣列5加熱后的高溫水送入水/油換熱器9的殼程，(3)、高溫水在水/油換熱器9的殼程里與在水/油換熱器9的管程里流動的原油進(jìn)行換熱，使得原油升溫，而水則降溫，(4)、將換熱后的低溫水從水/油換熱器9流回蓄水箱1，完成太陽能加熱水循環(huán)；所述的原油換熱傳輸包括如下步驟(I)、原油通過水/油換熱器9的原油進(jìn)口進(jìn)入水/油換熱器9的管程，(II)、原油在水/油換熱器9里與水/油換熱器9的殼程高溫水進(jìn)行換熱，
(III)、換熱后的原油通過水/油換熱器9的原油出口流出，流進(jìn)輸油管道，實(shí)現(xiàn)原油換熱傳輸。
上述兩大步驟同時進(jìn)行，不斷對原油進(jìn)行加熱傳輸，本實(shí)施例中，原有在水/油換熱器9加熱后還流進(jìn)水套爐12，然后再由水套爐12流入輸油管道，如果由于太陽輻射不充分或其它原因是的加熱效果不是很明顯，也可采用燃燒器11燃燒加熱水套爐12來實(shí)現(xiàn)二次加熱。
當(dāng)太陽輻射可利用，而暫不進(jìn)行原油加熱時，可以利用太陽能集熱器陣列5對蓄水箱1里的水進(jìn)行加熱，將蓄水箱1中的水通過大循環(huán)泵2抽出，然后送入太陽能集熱器陣列5中進(jìn)行加熱；將通過太陽能集熱器陣列5加熱后的高溫水直接送入蓄水箱1。如此循環(huán)，把蓄水箱1的水加熱。
如果太陽輻射不足，難以用太陽能集熱器5來加熱原油，而蓄水箱1里的水又存有余熱時，可直接利用蓄水箱1里的熱水來加熱原油，其方法如附圖4所示把蓄水箱1里的熱水抽出送入水/油換熱器9的殼程，然后經(jīng)水/油換熱器9的出水口流回蓄水箱1，與此同時，原油在水/油換熱器9的管程流動，實(shí)現(xiàn)與熱水的換熱。如果蓄水箱1的熱水換熱不夠充分，還可以結(jié)合燃燒器11和水套爐12來二次加熱，達(dá)到很好的加熱效果。
權(quán)利要求
1.一種原油集輸?shù)募訜嵫b置，其特征在于包括水路裝置、輸油裝置和控制裝置，所述控制裝置分別與水路裝置和輸油裝置電連接，所述水路裝置和輸油裝置通過水/油換熱器連接，所述水路裝置設(shè)置有太陽能加熱裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油集輸?shù)募訜嵫b置，其特征在于所述水路裝置包括蓄水箱、水泵、太陽能集熱器、和相應(yīng)的輸水管道，所述蓄水箱的出水口通過水泵與太陽能集熱器的入口連接，太陽能集熱器的出口與水/油換熱器的入水口連接，水/油換熱器的出水口與蓄水箱的進(jìn)水口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原油集輸?shù)募訜嵫b置，其特征在于所述蓄水箱的進(jìn)水口還與太陽能集熱器的出口連接，所述蓄水箱的出水口還與水/油換熱器的入水口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的原油集輸?shù)募訜嵫b置，其特征在于所述的水路裝置還設(shè)置有溫度計，所述的溫度計分別設(shè)置在蓄水箱、太陽能集熱器及輸水管道上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原油集輸?shù)募訜嵫b置，其特征在于所述的輸油裝置由輸油管道組成，所述輸油管道與水/油換熱器的入油口和出油口連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的原油集輸?shù)募訜嵫b置，其特征在于所述的輸油裝置還設(shè)置有水套爐和燃燒器，所述水套爐的原油入口和原油出口分別與輸油管道連接，且原油入口還與水/油換熱器的出油口連接，水套爐的外邊則設(shè)置有用于加熱水套爐的燃燒器。
7.一種采用權(quán)利要求1所述加熱裝置的原油集輸?shù)募訜岱椒?，其特征在于先將蓄水箱中的水送入太陽能集熱器中進(jìn)行加熱，再將太陽能集熱器加熱后的高溫水送入水/油換熱器，同時也將原油送入水/油換熱器，在水/油換熱器里實(shí)現(xiàn)高溫水與低溫原油之間的換熱，最后將換熱后的低溫水流回蓄水箱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述原油集輸?shù)募訜岱椒?，其特征在于通過太陽能集熱器加熱后的熱水可先直接送回蓄水箱，如此循環(huán)直到蓄水箱里的水整體升溫，再將蓄水箱里升溫后的水送入水/油換熱器，與原油進(jìn)行換熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的原油集輸?shù)募訜岱椒ǎ涮卣髟谟谠谒?油換熱器里換熱升溫后的原油還可以流入水套爐，同時啟動燃燒器燃燒加熱水套爐，實(shí)現(xiàn)對原油的二次加熱。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種原油集輸?shù)募訜嵫b置及其加熱方法，包括水路裝置、輸油裝置和控制裝置，所述控制裝置分別與水路裝置和輸油裝置電連接，所述水路裝置和輸油裝置通過水/油換熱器連接，所述水路裝置設(shè)置有太陽能加熱裝置，本發(fā)明先將蓄水箱中的水送入太陽能集熱器中進(jìn)行加熱，再將太陽能集熱器加熱后的高溫水送入水/油換熱器，同時也將原油送入水/油換熱器，在水/油換熱器里實(shí)現(xiàn)高溫水與低溫原油之間的換熱，最后將換熱后的低溫水流回蓄水箱。本發(fā)明成功的將太陽能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，將太陽能應(yīng)用于原油集輸加熱，適合在原油開采傳輸領(lǐng)域推廣使用。
文檔編號F17D1/00GK1670422SQ200510033760
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者丁月華, 陳渝廣, 李適倫, 范寧寧, 曾憲強(qiáng), 黃紹雄, 馮毅 申請人:華南理工大學(xué)