[发明专利]一种太阳能相变储换热装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能相变储换热装置及方法，用于在油田原油太阳能加温输送过程中最大程度的利用太阳能，减少生产环节常规能源的消耗。

背景技术

目前将太阳能应用于油田管输原油加热的太阳能热水系统中，往往设置储热水箱和原油换热器来实现将太阳能通过集热循环加热储热水箱内的介质水，再通过将介质热水循环至换热器实现对原油的加热。在这样的系统中，储热水箱本身的散热会造成热能损失，二次换热会造成热能损失，太阳能集热产出的热水温度较低（60℃）使得原油换热器不得不采用较大的换热面积，使得系统内的循环水总量加大，增加循环泵的能耗损失。同时，这样的系统占地面积和投资较大，并不满足多数油田的生产现场的使用要求。

在撬装式原油太阳能辅助加热装置中通过设置撬装式集热换热水箱，减少了太阳能系统的占地面积，初步提高了太阳能的系统利用率，满足了油田现场条件的要求，实现了在优先使用太阳能的条件下原油全年不间断加温、原油外输温度可控等功能，原油输送温度可控制在40℃以上。在现场应用中一体式集热换热水箱内的介质水被控制在一个最低温度值（如50℃），当晴日阳光照射时间段，水箱温度会逐步提升，起到一定的储能作用，与此同时，随着水箱温度提升外输原油的温度也在该时段内会相应提升，这种现象会造成该时段内外输的原油过多的带走水箱内的热量，使可利用的太阳能能量提前损失，导致之后时段辅助常规能源的消耗增大，造成一定的能源浪费。

发明内容

为了克服太阳充足时段富余的太阳能量过多的被流动原油带走而造成的常规能源的浪费问题，本发明提供的一种太阳能相变储换热装置及方法，实现在晴日阳光照射时间段相变储换热装置在水箱内介质水温度不提升或小范围提升，保持外输原油的温度稳定，同时储存更多的太阳能量，增加系统内太阳能的利用时间，减少常规能源消耗，取得良好的经济效益。

本发明采用的技术方案为：

一种太阳能相变储换热装置，包括保温水箱和托盘，所述保温水箱固定在托盘上，所述保温水箱内设置原油盘管，所述原油盘管的原油出口和原油入口位于保温水箱一侧，所述保温水箱另一侧的托盘上还设有控制柜和循环水泵，循环水泵和保温水箱均与控制柜信号连接；所述保温水箱上端设有循环水回水口，所述保温水箱下端设有循环水出水口，循环水出水口与循环水泵连接；所述保温水箱内设有多根金属棒，所述金属棒与原油盘管相互垂直。

所述保温水箱上靠近控制柜的一侧设置有辅助电加热器，所述辅助电加热器位于保温水箱内，辅助电加热器与控制柜信号连接。

所述原油盘管为多层，所述金属棒在原油盘管垂直方向焊接在保温水箱内部，每根金属棒在保温水箱的两侧保留开口，开口采用内丝螺纹。

所述金属棒内添加有相变储热材料，金属棒两端开口通过丝堵密封。

所述原油盘管采用Ф60无缝钢管，公称压力为10MPa；所述金属棒3采用Ф100无缝钢管。

所述保温水箱内胆材质为5mm热轧钢板，保温为双层保温，内层3.0cm橡塑保温，外层为5.0cm聚苯乙烯泡沫彩钢夹心板。

所述保温水箱内径为3.0m×2.0m×1.8m，所述托盘11尺寸为3.8 m×2.2m×0.1m。

所述保温水箱内部涂有防腐材料。

一种太阳能相变储换热方法，具体步骤为：

步骤一 将本装置通过循环水回水口和循环水出水口与太阳能集热器连接，并监测太阳能集热器温度和保温水箱温度，当二者温差大于程序设定值5-8℃时，打开集热循环水泵，使保温水箱内的低温水流经集热器进行加温后返回保温水箱，当二者温差达到程序设定的循环停止值2-3℃时，关闭循环水泵停止循环；

步骤二 根据现场的原油输油温度选择相应的换热相变材料进行储热，当晴日太阳能量充足的时段内，富余太阳能量提升保温水箱的温度到达相变储热材料的相变温度后，储热材料发生相变从固态至液态，在吸收储存了富余太阳能量的同时，保温水箱温度和被加热的原油温度保持稳定；当太阳能量减弱后，保温水箱温度降低，储热材料发生相变从液态至固态，并逐步释放热量，直至热量释放完成；

步骤三 当保温水箱温度降至设定温度后辅助电加热器开启保温运行。

本发明的有益效果为：