太陽能供暖技術(shù)在油田中的應(yīng)用

夏玲娜（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

太陽能供暖技術(shù)在油田中的應(yīng)用

夏玲娜（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

太陽能作為一種清潔、高效、可持續(xù)的熱輻射能源，日益受到社會(huì)各界的重視。大慶所處的經(jīng)度和緯度，其太陽能資源豐富，采暖期日照率高，對(duì)利用太陽能供暖提供了優(yōu)越的條件。它以較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、改善環(huán)境的方法，適合油礦的供暖方式，在采油廠得到了大力推廣和應(yīng)用。

太陽能 采暖 應(yīng)用 能耗

太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。太陽能的利用在大慶油田采油六廠第三油礦已得到大力的推廣并進(jìn)入實(shí)用階段。針對(duì)配水間室溫較低的情況，在喇62、喇65配水間開展了太陽能和電能采暖對(duì)比試驗(yàn)，經(jīng)過2010—2011年一個(gè)采暖期的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,年節(jié)約費(fèi)用5362元，太陽墻加熱裝置回收周期為2.96年。在應(yīng)用過程中，針對(duì)裝置存在的問題，不斷地完善、改進(jìn)，開發(fā)研制出第二代太陽能加熱系統(tǒng)，目前三礦有10座配水間計(jì)劃安裝太陽墻用于冬季取暖。隨著太陽能在油田逐步推廣應(yīng)用，油田的整體能耗將進(jìn)一步降低。

1 太陽能供暖技術(shù)及工作原理

1.1 太陽能供暖技術(shù)

太陽能供暖技術(shù)是一種把自然能源轉(zhuǎn)換為熱能的新型技術(shù)，通過一種先進(jìn)設(shè)備的互換處理以空氣為介質(zhì)，把太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，從而達(dá)到了采暖的效果。只需一次性支出，減少了人員和資金的不斷投入，充分發(fā)揮了自然環(huán)境的潛能，大幅節(jié)約了寶貴的不可再生能源。

1.2 太陽墻的工作原理

太陽墻系統(tǒng)由集熱器、供熱管道和風(fēng)機(jī)組成。主要熱轉(zhuǎn)換部件是太陽墻板，太陽墻板是在鋼板或鋁板表面鍍上一層熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)80%的高科技涂層，并經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)和加工處理制成，能最大限度地將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能。

太陽墻板在太陽輻射作用下升到較高溫度，同時(shí)太陽墻與墻體之間的空氣間層在風(fēng)機(jī)作用下形成負(fù)壓，室外冷空氣在負(fù)壓作用下通過太陽墻板上的孔縫進(jìn)入空氣間層，同時(shí)被加熱，到達(dá)太陽墻頂部的熱空氣被風(fēng)機(jī)通過管道系統(tǒng)送至房間，通過空氣置換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供暖和換氣雙重功效，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行取暖。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

2009年，各轉(zhuǎn)油站實(shí)行了冬季冷輸和低溫輸送，所有冷輸轉(zhuǎn)油站帶的配水間值班室溫度都很低，影響員工正常工作。而員工每天工作的時(shí)間（8∶00—16∶00），正是利用太陽能的最佳時(shí)段，此時(shí)的陽光充足，太陽能供暖系統(tǒng)能達(dá)到最好的運(yùn)行效果?；ㄙM(fèi)少量電能就可以得到較高的熱量，緩解能源短缺，改善空氣質(zhì)量，帶來可觀的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，所以，利用太陽能供暖是完全可行的。

2010年我們引進(jìn)了太陽能供暖技術(shù)，在喇62配水間安裝4 m2太陽墻，對(duì)這種新型能源進(jìn)行嘗試，開展太陽能和電能采暖對(duì)比試驗(yàn)，進(jìn)一步了解其中的節(jié)能潛力。

喇62和喇65配水間均為磚混結(jié)構(gòu)，值班室和庫房建筑面積20m2。我們?cè)趦勺渌g采取了不同采暖方式，喇62配水間采用太陽能采暖輔助電采暖方式，在值班室安裝2組2500W電暖氣，庫房安裝1組2000W電暖氣，室外屋頂安裝太陽墻；而喇65配水間只采取電采暖方式，在值班室安裝2組2500W電暖氣，庫房安裝1組2000W電暖氣。

為搞清太陽能和電能采暖應(yīng)用情況及耗能，首先設(shè)定了一個(gè)基礎(chǔ)方案，即在一個(gè)采暖期內(nèi)對(duì)兩座配水間的耗電量進(jìn)行實(shí)測(cè)，通過測(cè)試數(shù)據(jù)分析各配水間采暖的應(yīng)用效果，并不斷調(diào)整裝置在使用過程中所暴露的問題，縮短太陽墻裝置投資回收周期。

2010年3月，在喇62、喇65配水間分別安裝了電量計(jì)量?jī)x表、溫度顯示儀表，同時(shí)開始試驗(yàn)并錄取數(shù)據(jù)，見圖1。

2010年4月，實(shí)際測(cè)量，太陽墻輔助電采暖日均耗電僅有2k W h左右，裝置最高出口溫度可達(dá)65℃，而電采暖日均耗電達(dá)到39k W h，節(jié)電效果非常顯著。到10、11月，耗電量也在逐步增加，喇62配水間日均耗電在7.5 k W h左右，由于晝夜溫差大，員工上崗后，室內(nèi)溫度仍較低，裝置的有效工作時(shí)間較短，影響了節(jié)能效果。我們嘗試改進(jìn)輔助電加熱系統(tǒng)，使裝置工作時(shí)間更加合理，保證室內(nèi)溫度。

進(jìn)入12月份以后，陰天及下雪天較多，最低溫度為零下31℃，由于室內(nèi)外溫差較大，太陽墻板附著水蒸汽后結(jié)霜嚴(yán)重，無法發(fā)揮裝置的優(yōu)點(diǎn)，裝置出口溫度大大降低，最高溫度僅有40℃，影響了采暖效果。針對(duì)這種情況，我們采取了不同的措施，最終通過化學(xué)藥劑除霜，取得較好的效果，經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行，裝置出口溫度明顯提高，最高可達(dá)50℃，裝置結(jié)霜問題基本得到解決，提高了熱效率。

數(shù)據(jù)顯示，2010年12月—2011年2月，喇62配水間太陽墻輔助電采暖日均耗電18k W h左右，喇65配水間電采暖日均耗電67k W h。太陽墻采暖在結(jié)霜的情況下，每天仍能節(jié)電49k W h左右，隨著裝置結(jié)霜問題的解決，節(jié)電效果將更加明顯，滿足了我們對(duì)節(jié)能、環(huán)保的需求。

通過一年來的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，喇62配水間室內(nèi)溫度明顯升高，見圖2。白天光線充足，太陽墻送風(fēng)溫度大幅度提高，室內(nèi)熱環(huán)境明顯改善，利用太陽墻來達(dá)到一定的保溫效果，這就相當(dāng)于加厚墻體保溫層。同時(shí)太陽墻系統(tǒng)將室外新鮮空氣傳遞到室內(nèi)，置換室內(nèi)污濁空氣，起到供暖和換氣雙重功效。其供熱狀況良好、節(jié)電效果明顯，解決了野外配水間值班室采暖的問題。

通過2010—2011年一個(gè)采暖期的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（見表1），安裝太陽墻加熱裝置的配水間共耗電2130k W h，合計(jì)費(fèi)用1166元(太陽墻板材料改進(jìn)后，耗電量將進(jìn)一步降低)；使用電采暖裝置的配水間共耗電11928k W h，費(fèi)用6528元（電量按0.55元/k W h計(jì)算）。太陽墻裝置每座配水間需投資15811元，年節(jié)約費(fèi)用5362元，因此，太陽墻加熱裝置投資回收周期為2.96年。

表1 太陽能采暖與電能采暖費(fèi)用對(duì)比表

3 太陽能加熱系統(tǒng)改進(jìn)措施

在試驗(yàn)過程中，我們針對(duì)裝置存在的問題，與廠家溝通，不斷提出改進(jìn)意見。開發(fā)研制出第二代太陽能空氣加熱系統(tǒng)，最大限度地利用自然能源，降低能耗，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)區(qū)域的環(huán)境和諧。

3.1 完善輔助電加熱控制系統(tǒng)

原溫控裝置與輔助電加熱裝置之間為插座聯(lián)接，崗位員工可自行改變聯(lián)接方式，針對(duì)這一問題，對(duì)輔助電加熱裝置進(jìn)行了改進(jìn)，使崗位員工不能自行調(diào)整。通過運(yùn)用智能化的控制系統(tǒng)來設(shè)定裝置的啟、停時(shí)間，加熱裝置可按設(shè)定參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)開啟，有利于整套系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。

3.2 對(duì)墻板材料進(jìn)行改進(jìn)

使用原太陽墻板材料，整套裝置的出口溫度低，造成裝置供熱效果不好，通過改進(jìn)太陽墻板材料，第二代加熱裝置的出口溫度有效提高，耗電量明顯下降，節(jié)能效果也將更加明顯，解決了全天候供熱問題。

3.3 完善裝置的除霜技術(shù)

由于室內(nèi)外溫差大，太陽墻室外裝置表面易結(jié)霜，影響其采暖效果，通過不斷試驗(yàn)，結(jié)霜問題得到解決，第二代太陽能系統(tǒng)的除霜技術(shù)更加完善，整套裝置的投資回收周期將進(jìn)一步縮短。

3.4 加強(qiáng)集熱器密封性

由于配水間夜間無電輔助供熱，造成濕空氣順著風(fēng)道流向集熱器，要想解決此問題，集熱器腹腔溫度必須高于室內(nèi)溫度，最低也要和室內(nèi)平衡，空氣互不流動(dòng)，為此引進(jìn)了全玻璃真空太陽集熱管，從而提高了集熱器密封性、保溫性能。

4 第二代太陽能加熱系統(tǒng)

為了使太陽能供熱系統(tǒng)在創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，充分發(fā)揮其潛能，我們與廠家協(xié)商，更新設(shè)計(jì)理念，圍繞上述不足之處逐一改進(jìn)，開發(fā)研制出適合采油礦經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀的第二代太陽能加熱系統(tǒng)。

4.1 使用現(xiàn)狀

目前，第二代太陽能加熱系統(tǒng)在喇64配水間剛剛安裝完成，該系統(tǒng)由金屬集熱器吸收太陽能，在進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換同時(shí)加熱空氣，利用陽光罩的溫室效應(yīng)起到隔熱保溫的作用，最后進(jìn)入真空裝置，經(jīng)過二次加熱，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行供暖。同時(shí)安裝電量顯示儀表及溫度顯示儀表，要求崗位工人每天錄取數(shù)據(jù)，仔細(xì)對(duì)比分析，進(jìn)一步挖掘第二代太陽能系統(tǒng)的節(jié)能潛力。

4.2 第二代太陽能加熱系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

第二代太陽能系統(tǒng)在晴朗天氣完全可以獨(dú)立取暖，把原一次加熱直排熱風(fēng)取暖改為二次加熱取暖，增加了滲透型板式太陽能吸收體,使太陽能吸收率提高了約10%，發(fā)射率降低約30%，熱轉(zhuǎn)換效率由原來70%~80%提高到90%以上，提高了產(chǎn)品的光熱轉(zhuǎn)換效率，也減少了熱損失。同時(shí)采用熱轉(zhuǎn)換效率更高的全玻璃真空太陽集熱管，可形成長(zhǎng)達(dá)48h的高溫真空，防止夜間室內(nèi)潮濕高溫的空氣回流，解決裝置結(jié)霜問題。隨著熱效率的逐步上升、能耗的不斷降低，其投資回收周期也會(huì)逐步縮短。

第二代太陽能系統(tǒng)增大了進(jìn)風(fēng)口尺寸，取消原裝置的兩臺(tái)直排式軸流風(fēng)機(jī)，在一次加熱后采用離心風(fēng)機(jī)送風(fēng)進(jìn)行二次加熱的方式，增大了進(jìn)入室內(nèi)的熱風(fēng)量，以200m3/h的熱空氣送入配水間，每小時(shí)置換4次之多，使崗位工人能夠精神飽滿地工作，充分體現(xiàn)資源的節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展，是一項(xiàng)減少污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的綠色工程。

5 下步設(shè)想

通過對(duì)太陽能供暖系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，可預(yù)測(cè)其長(zhǎng)期節(jié)能效果，其使用安全、無需維修，不但有效地減少常規(guī)能源的使用量，而且對(duì)改善室內(nèi)空氣的質(zhì)量也有實(shí)質(zhì)性的突破，為員工創(chuàng)造一個(gè)安全、健康的工作環(huán)境。

目前，采油礦打算在10座配水間安裝太陽墻用于冬季取暖，并陸續(xù)在計(jì)量間及變電所開展太陽能系統(tǒng)的應(yīng)用試驗(yàn)。隨著太陽能裝置在油田各個(gè)領(lǐng)域中的逐步推廣應(yīng)用，為油田構(gòu)建了多元的能源應(yīng)用體系，使其具有更廣闊的發(fā)展前景。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.03.009

夏玲娜，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，石油工程專業(yè)，從事地質(zhì)儀表管理，E-mail：33689678@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田采油六廠第三油礦地質(zhì)隊(duì)，1634114。

2012-02-03）