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    储油罐太阳能加热系统设计方案

上海太阳能工程-上海镁双莲太阳能公司135-6460-1168是一家以太阳能热水器生产为主的太阳能工程厂家,公司在太阳能行业有做过的工程案例有:平板太阳能热水器,阳台壁挂式太阳能热水器,分体太阳能,平板分体太阳能热水器工程,等,公司承接太阳能热水器工程,太阳能采暖,太阳能发电,太阳能空调等。
如果您有这方面的需要,我们可以免费给您勘察现场,给您免费做方案与预算报价等,一套太阳能热水工程设备系统,所投资成本是现在所用能源三年费用的上一套太阳能热水工程设备,前三年收回投资成本后可以免费使用七到十年以上,节能环保省钱看得到。
目前各油田的单井储油罐,由于保温效果差,散热很快,原油进入油罐后很快降温,气温较低时粘度开始增大,并逐渐凝结,运油时需要提前一天烧煤或用电对油加热至可以流动的液态,然后再通过放油口放进运油车进行运输。每次加热要耗掉1~2吨煤,全年大约耗掉200吨煤,这样既浪费煤、电,又造成了环境污染,还增加了看井工人的劳动强度,因为需要二十几小时连续往炉膛添煤,劳动量很大。
为解决储油罐加热时的能源浪费及污染排放问题,我们设计出一种太阳能石油储罐加热系统,它可以克服以上缺点,使用自然能源中的太阳能持续为油罐加热,并能将热量储存以备阳光不足时释放热量;还可以在无电地区利用太阳能光伏发电系统供提供系统用电及看井工人生活用电。
该系统其技术问题所采用的技术方案是:将储油罐设计为内外两层,外层有加厚保温层,两层之间为一空腔,其间装有换热器,换热器周围内充满相变材料,用来传导热量给相变材料,而且罐内也装有换热器,可以使罐内中央热量较难传到的区域同时受热,杜绝加热盲区。相变材料可以吸收换热器传导的热量,并把热量储存,然后再逐渐释放出来,热量通过罐壁的传导传给罐内的原油,这样在没有阳光的晚上或阴雨天也可以为油罐加热,保证油温不会下降,以利于运输。太阳能集热部分采用热管式联集管集热器,热管式联集管集热器是靠真空管内的热管吸收真空管收集的太阳的热量,再通过热管内的工质蒸发、冷凝传输给联集管水箱中的工质(热媒),真空管内无液体工质,杜绝了系统因为工质泄漏造成故障的现象,且单管破损也不影响系统运行。循环管路分为两条,一条与夹层内换热器相连,一条与油罐内部换热器相连,两条循环管路同时运行,保证原油均匀受热。在自动控制系统的控制下循环泵启动,循环管路开始循环,联集管水箱内的工质(热媒)通过循环管路将热量输送至储油罐的夹层中,通过换热器把热量传给相变材料。系统控制所需电力由太阳能光伏发电部分提供。在太阳能光伏发电部分,通过太阳光电池板将太阳能转化为电能储存在蓄电池内,系统用电时,光电控制器控制逆变器将蓄电池内的直流电转换为交流电传输给各用电器。在无电地区也可以为看井工人提供生活用电及系统照明用电。
利用太阳能为石油储灌加温的有益效果是,减少污染排放;节约常规能源;减少热量散失;原油受热充分;系统控制操作简单,降低看井工人的劳动强度;为无电地区油井提供电力。
下面结合附图和实施例对系统进一步说明。
一、系统说明

1.循环泵2.换热器3.相变材料4.循环管路
5.热管式联集管集热器6.太阳光电池板7.蓄电池
8.光电控制器Tarom2359.逆变器SPM600-224
10.控制柜HKG-I11.换热器

图6.2.12夹层油罐示意图
12.辅助能源接13.保温层14.油罐外壁
15.油罐内壁16.换热器接
其中换热器为盘管式换热器,排列方式有螺旋形排列和S形排列。由导热性好的金属管制成,工作时高温工作介质在管内流动,管外为温度较低的物质,工作介质的热量通过换热器的传导将热量传给低温物质,起到换热的目的。
相变材料是一种能够储存能量并延时释放出能量的物质。它的工作原理为:利用太阳能或低峰谷电能加热相变材料,使其吸收能量发生相变(如从固态变为液态),把太阳能储存起来。在没有太阳的时间里,又从液态回复到固态,并释放出热能。相变贮能是针对物质的潜热贮存提出来的,它不同于太阳热水器利用介质的显热贮能,对应温度波动较小的循环过程,相变贮能非常高效。对选择相变材料的要求非常严格:相变温度适宜;相变潜热高;相变是可逆的,重复循环不变质;液相和固相的导热系数河导温系数高;密度大;比热容大;相变体积变化小等。现已开发的相变贮能物质为水化盐类,如Na2SO4•10H2O(芒硝);熔盐类,如硝酸盐类。
逆变器全称直流-交流逆变器,是把直流直流电能转变为交流电能供给负载的一种电能转变装置,它是整流装置的逆向变换功能器件。光伏发电系统中,太阳光电池板在太阳光照射下产生直流电,然而绝大部分用电器不能直接用直流电供电,因而需要将直流电转变为交流电,转变装置即为逆变器。
控制柜是太阳能集热系统的大型控制仪器,它不仅具备水位水温显示、自动上水、水位设置、水温设置、即时加热、手动加热、电热恒温控制、管道循环、温差循环等功能,而且具备防干烧、漏电保护、自动报警、传感器故障自动闭锁等多重保护功能,可对太阳集热系统进行自动监测和控制,实现无人职守。

二、石油储罐太阳能加热系统实例
由于目前相变储热技术应用还不是很完善,且有一定的应用局限,实际应用存在一定的难度,我们可以用热水代替夹层油罐中的相变材料,使热水跟集热器串联在循环回路内参与循环换热,将油罐内的换热器保留,形成简易石油储罐太阳能加温系统。下面我们以胜利油田某石油储罐太阳能加热系统为例介绍该系统的设计方案。
2.1、设计计算
2.1.1、集热参数计算
2.1.1.1、相关参数
(1)原油参数
表6.2.6、原油参数

(2)储油罐容量:30m3
需加热油按20m3计算,需要保持油温为60℃,原油温度按30℃计。
2.1.1.2、加热原油所需热量
将20m3初温为30℃的原油加热到60℃,所需的热量为:
Q=C油ρ油VΔt
=2.53×0.96×103×20×(60-30)
=1.46×106KJ
2.1.1.3、换热用水温为80℃,则加热油温至60℃所需水量为:
Q=1.46×106KJ=CmΔt
m=1.46×106KJ/(4.2×103×20)=17.38T
2.1.2、热力计算
2.1.2.1、热损失计算
(1)每㎡保温层外表面的散热量计算
式中T0——设备外表面温度,℃
Ta——环境温度,℃
——保温层厚度,m
λ——保温结构在平均温度T的导热系数,w/(m•℃)
αs——表面放热系数,w/(m2•℃)
以上参数中T0取40℃,Ta取-10℃,取0.08m,λ取0.0275w/(m•℃)
αs=1.163×(6+3)w/(m2•℃),为当地平均风速,取3m/s
则αs=13w/(m2•℃)
Q损===16.74w/㎡=23.436J/(㎡•s)
(2)油罐表面积计算
A=75.77㎡
(3)每日总体散热量
Q散=Q•A•t=23.436×75.77×3600×24=153.42MJ
2.1.2.2、换热面积计算
(1)传热公式:Q=UAΔt
式中:U——传热系数kcal/(h•㎡•℃);
A——换热面积;
Δt——对数平均温差。
Δt=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=[(80-60)-(60-30)]/ln(80-60)/(60-30)
=24.66℃
设加热时间为10h,则每小时换热量
Q’=(Q+Q散)/8=(1460+153.42)/8=161.34MJ
(2)传热系数选择

2.1.3、集热面积计算
(1)日辐照量计算
此方案中选择济南的太阳辐照量作为参考。
根据中国气象局国家气象中心气象台提供的2000年济南每月及年总辐射数据(单位:MJ/m2)

以3月份和9月份的月均辐照量为依据计算:
(527.88+438.41)/2=483.145MJ/m2
平均日辐照量为:
H=483.15/30=16.105MJ/m2
(2)集热面积
A=Q/Hη=(1.46×106+1.53×105)KJ/(16.105×106J/m2×50%)
=200.31㎡
储油罐存储20m3原油所需时间一般为3天。考虑到储油罐每天都在接受太阳的热量加温,则存满20m3油时油温已经被加热到较高温度,考虑到天气影响设定3天集够所需热量,则所需集热面积为:
A=200.31/3=66.77㎡
(3)集热器
采用联集管集热器作为集热单元,HJII-48LX18-45°型联集管集热器每台集热面积为7.2㎡,所需集热器数量为:66.77/7.2=10台
2.2、系统原理
储油罐为双层结构,内外夹层间是一空腔用来储存热水,靠热水来给油加热和保温。油罐外层进出水口连接管路与大部分集热器串联成循环回路。同时,罐内靠近出油口处也装有换热器,换热器两端与一部分集热器串联形成循环管路。罐内加装一铜盲管,用来安装温度传感器。系统由温差循环提供换热器所需热水,当T1高于T210℃时,泵即启动,开始循环,T1—T2<3℃时,泵停止。
2.3、光伏发电部分
由于有些油井在野外空旷地带,没有电源,而系统的运行控制都需要电,为解决此问题,可以采用太阳能光电池板发电,并把电量储存起来,不仅解决了系统运行与控制用电问题还可以提供看井人员的生活用电。该部分设计如下:
(1)系统用电
循环泵PH-123E,输入功率271W,125W;
控制系统消耗功率20W;
合计工作5h/天,计290w×5h=1.6Kw•h
(2)生活用电
照明:室内40W×4h,室外40W×10h;
电视:100w×8h;
合计1.36Kw•h
参考济南地区气象条件,日照时间按4.5h/天计,本系统可连续工作4天。
实例照片

平板太阳能的应用
编辑:上海太阳能工程
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