太陽能在線加熱技術(shù)在稠油集輸中的應(yīng)用

袁秀麗 宋萍萍 李萍 徐太宗 張興可 河南油田分公司采油二廠

太陽能在線加熱技術(shù)在稠油集輸中的應(yīng)用

袁秀麗 宋萍萍 李萍 徐太宗 張興可 河南油田分公司采油二廠

河南油田某計(jì)量站采用太陽能在線加熱技術(shù)在摻水泵出口對摻水進(jìn)行在線加熱以提升摻水溫度。該工程工藝流程設(shè)計(jì)如下：太陽能熱水系統(tǒng)YNJQRZ65—18T型集熱器擺放在儲油罐南側(cè)院內(nèi)空場地上，南向，傾角為45°；采用串并聯(lián)連接方式，貯熱儲水箱高效換熱裝置放置在儲油罐西北側(cè)空場地，控制柜、循環(huán)泵、電動閥、補(bǔ)液箱等設(shè)置于設(shè)備間。該系統(tǒng)共安裝太陽能集熱器27組，分體相變高效換熱裝置3個。安裝本系統(tǒng)后年節(jié)約電量30.006×104kW·h，節(jié)約燃煤51.84 t。

稠油；太陽能加熱；單井；集輸；計(jì)量站；節(jié)能

稠油油田原油黏度大，凝固點(diǎn)高，常溫下流動性差，在輸送過程中必須進(jìn)行加熱與保溫。目前采用的熱源主要為天然氣、燃煤和電加熱，傳統(tǒng)的加熱方式造成大量的能源消耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。河南油田氣候條件良好，有比較豐富的太陽能資源，有利于太陽能加溫技術(shù)的應(yīng)用。如果利用太陽能加熱原油，可為油田節(jié)省大量的能源并減少環(huán)境污染。

1 太陽能在線加熱技術(shù)工藝

太陽能加熱系統(tǒng)由太陽能集熱器系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)三大子系統(tǒng)組成。

太陽能集熱器系統(tǒng)工程是指用太陽能加熱循環(huán)水回路系統(tǒng)，主要包括太陽能集熱器陣列、蓄熱水箱和循環(huán)泵。換熱系統(tǒng)是指原油換熱、加熱部分，由摻水管道入口至外輸構(gòu)成，主要裝置為分體相變高效換熱器。自動控制系統(tǒng)是指對太陽能集熱系統(tǒng)進(jìn)行自動控制的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽能系統(tǒng)的自動供熱與蓄熱、安全防護(hù)、數(shù)據(jù)管理等功能；被控設(shè)備包括循環(huán)泵和溫度傳感器。

其原理為利用可再生能源太陽能光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)，采用太陽能供熱系統(tǒng)將光熱轉(zhuǎn)換為熱量，通過循環(huán)裝置進(jìn)入分體相變高效換熱裝置與輸送管道內(nèi)原液進(jìn)行換熱，特殊天氣或儲蓄貯熱水箱換熱裝置溫度不足時，再由燃煤鍋爐加熱的熱水進(jìn)入到分體相變高效換熱裝置提高到所需溫度滿足熱源供給，配套應(yīng)用油田專用太陽能加熱裝置，提高摻水伴熱應(yīng)用的污水溫度，滿足原油集輸流動需求。

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2.1 計(jì)量站生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

7#計(jì)量站共承擔(dān)著9口油井的集油、摻水任務(wù)，共有50 m3儲油罐4臺，分離罐每天進(jìn)液量為250～350 m3，原液含水率60%左右，原液來液溫度50～60℃，分離后的污水進(jìn)入摻水罐要求溫度保持在60～70℃，但是該計(jì)量站燃煤鍋爐裝配容量小，摻水溫度不穩(wěn)定，影響稠油集輸。

2.2 工藝流程設(shè)計(jì)

根據(jù)7#計(jì)量站實(shí)際生產(chǎn)情況，確定采用太陽能在線加熱技術(shù)在摻水泵出口對摻水進(jìn)行在線加熱以提升摻水溫度。該工程工藝流程設(shè)計(jì)如下：太陽能熱水系統(tǒng)YNJQRZ65—18T型集熱器擺放在儲油罐南側(cè)院內(nèi)空場地上，南向，傾角為45°；采用串并聯(lián)連接方式，貯熱儲水箱高效換熱裝置放置在儲油罐西北側(cè)空場地，控制柜、循環(huán)泵、電動閥、補(bǔ)液箱等設(shè)置在設(shè)備間。

2.3 設(shè)備選型

2.3.1 集熱器的選型確定

熱管式集熱器的熱效率高、抗凍能力強(qiáng)、保溫好、啟動快、技術(shù)綜合經(jīng)濟(jì)性好，熱管真空管太陽能集熱器是北方地區(qū)太陽能集熱系統(tǒng)中最理想的集熱器產(chǎn)品。

按照污水輸送耗熱量，每日平均190 m3輸送量補(bǔ)償ΔT=3℃的耗熱量。根據(jù)熱量計(jì)算公式可計(jì)算得出耗熱量為2 386.5 MJ（662.9 kW·h），采光面積按公式計(jì)算后可得94 m2。

為了滿足油田生產(chǎn)的特殊性，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用換熱的方式來保證整個生產(chǎn)運(yùn)行過程連續(xù)、安全、可靠，即使在檢修太陽能系統(tǒng)的時候也不影響油田的正常生產(chǎn)。

實(shí)際采光面積依據(jù)GB18713—2002標(biāo)準(zhǔn)的附錄A“系統(tǒng)集熱面積的確定”中的間接面積計(jì)算公式A2計(jì)算為102.2 m2。本工程選用YNJQRZ6520T/4.0/ 65×1800集熱器，每組集熱面積4m2，采用d=65mm× 1 800 mm的玻璃金屬熱管20支，則102.2÷4≈26組，根據(jù)現(xiàn)場擺放要整齊協(xié)調(diào)及集熱器的實(shí)際規(guī)格要求，實(shí)際選用集熱器27組，集熱面積為108 m2。

2.3.2 分體相變高效換熱裝置

分體相變高效換熱裝置是換熱系統(tǒng)的主要裝置，是一種利用高效傳熱元件——熱管實(shí)現(xiàn)均勻快速加熱輸送管道內(nèi)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。

典型熱管的結(jié)構(gòu)一般是由管體、工質(zhì)、吸液芯三個部分組成，將管內(nèi)抽至較高的真空度后充以適量的工作流體后加以密封。熱管的結(jié)構(gòu)按軸向來分可分為蒸發(fā)段、平衡段和冷凝段三個區(qū)域。

熱管由于具有很高的導(dǎo)熱性和優(yōu)良的等溫性，所以在工業(yè)應(yīng)用中越來越廣泛。分體相變高效換熱裝置易清洗、壽命長、耐腐蝕、效率高。

根據(jù)7#計(jì)量站的實(shí)際情況，原有鍋爐熱水管網(wǎng)改造后進(jìn)入分體相變高效換熱裝置，保證冬季供應(yīng)加熱。

2.3.3 儲熱裝置

儲熱水箱是根據(jù)集熱器的實(shí)際采光面積配備容量的，本工程水箱配備的容量大約為0.54 t，另外根據(jù)太陽能在冬、夏季節(jié)吸熱相差較大特點(diǎn)及為了更好地適應(yīng)本工程的應(yīng)用，此處采用容量為0.3 t保溫儲熱水箱。蓄熱水箱內(nèi)膽為SUS304—2B進(jìn)口食品級不銹鋼，外面用50 mm聚氨酯整體發(fā)泡材料保溫。

2.3.4 智能控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用PLC+三維力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)自控運(yùn)行，配合遠(yuǎn)傳監(jiān)控管理，全部控制元器件采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)元器件集成，操作簡便、功能適用、運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)；全自動運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)自動數(shù)據(jù)采集。

3 效益分析

2010年12月20日完成了7#計(jì)量站太陽能加熱系統(tǒng)的安裝和試用。本系統(tǒng)共安裝太陽能集熱器27組，分體相變高效換熱裝置3個。安裝本系統(tǒng)后年節(jié)約電量30.006×104kW·h，節(jié)約燃煤51.84 t。

太陽能加熱節(jié)能技術(shù)是利用太陽能作為主要能源，并采用介質(zhì)循環(huán)換熱，在此過程中用的是取之不盡、用之不竭的天然清潔能源，從而避免了傳統(tǒng)意義上電加熱棒、燃煤鍋爐等系統(tǒng)存在漏電和爆炸等安全隱患，具有明顯的安全效益，同時還不污染環(huán)境，具有較好的社會效益。

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.035