專利名稱：原油集輸的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加熱原油傳輸的裝置及其方法，屬于新能源開發利用及原油傳輸技術領域。
背景技術：
目前油田行業在采油、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，因此從油井出油后的運輸過程中必須進行加熱與保溫。在油田的采油、集輸等過程中至少有20％左右的能耗用于原油加熱與處理，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污染問題，而且也存在不小的安全隱患。
能源危機與環境污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，可為油田節省大量的能源消耗。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種將太陽能應用于工業生產，將太陽能應用于原油集輸加熱的原油集輸的加熱裝置。
本發明的另一目的在于提供一種太陽能加熱原油集輸的方法。
為了達到上述第一個發明目的，本發明采用的技術方案如下一種原油集輸的加熱裝置，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，所述水路裝置設置有太陽能加熱裝置。
上述技術方案中，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水口連接。通過此結構，蓄水箱里的水可經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，實現一個加熱換熱循環。
本發明的蓄水箱的進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。在這種結構下，蓄水箱的進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，通過這種結構，蓄水箱的水在流經太陽能集熱器加熱后，可直接流回蓄水箱，實現一個加熱水循環，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，實現一個換熱水循環。當環境條件允許太陽能集熱器工作時，可啟動加熱換熱循環工作；當蓄水箱里的水溫達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。
本發明的水路裝置還設置有溫度計，所述的溫度計分別設置在蓄水箱、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，用以當作控制裝置發出控制指令的判斷參數之一。
本發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，水套爐的外邊則設置有用于加熱水套爐的燃燒器。設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。
本發明的控制裝置實現對水路裝置和輸油裝置的自動供熱與蓄熱控制；自動實現外界環境等物理參數隨機變化情況下的條件切換和穩定控制；自動進行原油管道低溫防凍保護；自動監測控制系統安全運行狀態；實時數據管理、統計、查詢、日志管理；具有緊急故障應急處理機制、自動報警、自動識別、安全狀態切換功能。
本發明充分利用太陽能對集輸管道中的原油進行加熱，運用工業計算機過程控制算法，實現在各種外界環境變化，如太陽輻射強度、原油流量、氣溫變化等的情況下對原油加熱進行恒溫控制，實現高度自動化、智能化的安全穩定運行。在太陽輻射強度符合條件時，啟動水泵將蓄水箱中的水抽出，進入太陽能集熱器中進行加熱，被太陽能集熱器加熱的高溫水再進入水/油換熱器中，與原油進行充分換熱，換熱后的低溫循環水由水/油換熱器流回蓄熱水箱，完成太陽能加熱換熱循環。
原油首先進入水/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，系統判斷原油溫度是否符合生產要求，符合則原油經輸油管道外輸；溫度不夠則流入水套爐，且自動啟動燃燒器點火，控制火焰大小，對水套爐進行加溫，使原油在水套爐進行二次換熱，實現恒溫控制，直到原油溫升符合生產要求外輸。在實際使用中，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水套爐外輸，否則在水套爐里二次加熱后再外輸。
為了實現后一發明目的，本發明采用的技術方案為一種原油集輸的加熱方法，先將蓄水箱中的水送入太陽能集熱器中進行加熱，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/油換熱器里實現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。
本發明所述的原油集輸的加熱方法，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，實現對原油的二次加熱。
本發明結構簡單，應用靈活，而且可充分利用太陽能這種天然能源，當不用加熱原油時，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，可能不到原油傳輸的時間，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，此時可使得本發明提供的同一設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。
本發明成功的將太陽能應用于工業生產，將太陽能應用于原油集輸加熱，在國內和國際上是一個很好的示范和成功的先例；在能源新技術革命、開發利用可再生能源方面是一個突破。目前在國內外還未見有太陽能技術在油田開采輸送過程中的應用先例，本項目的完成及應用填補了國際和國內空白，在節能降耗及綠色環保方面取得了積極的示范和推廣作用，具有很好的經濟效益和社會效益。
圖1為本發明提供的原油集輸的加熱裝置結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
本發明所提供的原油集輸的加熱裝置的示意圖如附圖1所示，水路裝置包括蓄水箱1，循環泵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，電動調節閥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的進水口連接，水/油換熱器9通過原油進口與輸油管道連接，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備，可使得加熱效果更明顯，也可備用。
本發明的控制系統對水路裝置和輸油裝置進行自動控制，被控設備包括循環泵2、3，電磁閥4，電動調節閥8，溫度傳感器6，流量計7、10，燃燒器11，控制系統實現太陽能系統的自動供熱與蓄熱控制；自動實現外界環境等物理參數隨機變化情況下的條件切換和穩定控制；自動進行原油管道低溫防凍保護；自動監測控制系統安全運行狀態；實時數據管理、統計、查詢、日志管理；具有緊急故障應急處理機制、自動報警、自動識別、安全狀態切換功能。
本發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和原油換熱傳輸兩大部分，所述的太陽能加熱水循環包括如下步驟(1)、將蓄水箱1中的水通過大循環泵2抽出，然后送入太陽能集熱器陣列5中進行加熱，(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；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的原油進口進入水/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，流進輸油管道，實現原油換熱傳輸。
上述兩大步驟同時進行，不斷對原油進行加熱傳輸，本實施例中，原有在水/油換熱器9加熱后還流進水套爐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來實現二次加熱。
當太陽輻射可利用，而暫不進行原油加熱時，可以利用太陽能集熱器陣列5對蓄水箱1里的水進行加熱，將蓄水箱1中的水通過大循環泵2抽出，然后送入太陽能集熱器陣列5中進行加熱；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，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，實現與熱水的換熱。如果蓄水箱1的熱水換熱不夠充分，還可以結合燃燒器11和水套爐12來二次加熱，達到很好的加熱效果。
權利要求
1.一種原油集輸的加熱裝置，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，所述水路裝置設置有太陽能加熱裝置。
2.根據權利要求1所述的原油集輸的加熱裝置，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水口連接。
3.根據權利要求2所述的原油集輸的加熱裝置，其特征在于所述蓄水箱的進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.根據權利要求2或3所述的原油集輸的加熱裝置，其特征在于所述的水路裝置還設置有溫度計，所述的溫度計分別設置在蓄水箱、太陽能集熱器及輸水管道上。
5.根據權利要求4所述的原油集輸的加熱裝置，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.根據權利要求5所述的原油集輸的加熱裝置，其特征在于所述的輸油裝置還設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，水套爐的外邊則設置有用于加熱水套爐的燃燒器。
7.一種采用權利要求1所述加熱裝置的原油集輸的加熱方法，其特征在于先將蓄水箱中的水送入太陽能集熱器中進行加熱，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/油換熱器里實現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.根據權利要求7所述原油集輸的加熱方法，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，與原油進行換熱。
9.根據權利要求7或8所述的原油集輸的加熱方法，其特征在于在水/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，實現對原油的二次加熱。
全文摘要
本發明提供了一種原油集輸的加熱裝置及其加熱方法，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，所述水路裝置設置有太陽能加熱裝置，本發明先將蓄水箱中的水送入太陽能集熱器中進行加熱，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/油換熱器里實現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。本發明成功的將太陽能應用于工業生產，將太陽能應用于原油集輸加熱，適合在原油開采傳輸領域推廣使用。
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 優先權日2005年3月25日
發明者丁月華, 陳渝廣, 李適倫, 范寧寧, 曾憲強, 黃紹雄, 馮毅 申請人:華南理工大學