太陽能在線加熱技術在稠油集輸中的應用

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在稠油集輸中的應用

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

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

稠油；太陽能加熱；單井；集輸；計量站；節能

稠油油田原油黏度大，凝固點高，常溫下流動性差，在輸送過程中必須進行加熱與保溫。目前采用的熱源主要為天然氣、燃煤和電加熱，傳統的加熱方式造成大量的能源消耗和嚴重的環境污染問題。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的應用。如果利用太陽能加熱原油，可為油田節省大量的能源并減少環境污染。

1 太陽能在線加熱技術工藝

太陽能加熱系統由太陽能集熱器系統、換熱系統和自動控制系統三大子系統組成。

太陽能集熱器系統工程是指用太陽能加熱循環水回路系統，主要包括太陽能集熱器陣列、蓄熱水箱和循環泵。換熱系統是指原油換熱、加熱部分，由摻水管道入口至外輸構成，主要裝置為分體相變高效換熱器。自動控制系統是指對太陽能集熱系統進行自動控制的系統，實現太陽能系統的自動供熱與蓄熱、安全防護、數據管理等功能；被控設備包括循環泵和溫度傳感器。

其原理為利用可再生能源太陽能光熱轉換技術，采用太陽能供熱系統將光熱轉換為熱量，通過循環裝置進入分體相變高效換熱裝置與輸送管道內原液進行換熱，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，配套應用油田專用太陽能加熱裝置，提高摻水伴熱應用的污水溫度，滿足原油集輸流動需求。

2 現場應用情況

2.1 計量站生產現狀分析

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

2.2 工藝流程設計

根據7#計量站實際生產情況，確定采用太陽能在線加熱技術在摻水泵出口對摻水進行在線加熱以提升摻水溫度。該工程工藝流程設計如下：太陽能熱水系統YNJQRZ65—18T型集熱器擺放在儲油罐南側院內空場地上，南向，傾角為45°；采用串并聯連接方式，貯熱儲水箱高效換熱裝置放置在儲油罐西北側空場地，控制柜、循環泵、電動閥、補液箱等設置在設備間。

2.3 設備選型

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、保溫好、啟動快、技術綜合經濟性好，熱管真空管太陽能集熱器是北方地區太陽能集熱系統中最理想的集熱器產品。

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

為了滿足油田生產的特殊性，本系統設計采用換熱的方式來保證整個生產運行過程連續、安全、可靠，即使在檢修太陽能系統的時候也不影響油田的正常生產。

實際采光面積依據GB18713—2002標準的附錄A“系統集熱面積的確定”中的間接面積計算公式A2計算為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，根據現場擺放要整齊協調及集熱器的實際規格要求，實際選用集熱器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的主要裝置，是一種利用高效傳熱元件——熱管實現均勻快速加熱輸送管道內介質的結構產品。

典型熱管的結構一般是由管體、工質、吸液芯三個部分組成，將管內抽至較高的真空度后充以適量的工作流體后加以密封。熱管的結構按軸向來分可分為蒸發段、平衡段和冷凝段三個區域。

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

根據7#計量站的實際情況，原有鍋爐熱水管網改造后進入分體相變高效換熱裝置，保證冬季供應加熱。

2.3.3 儲熱裝置

儲熱水箱是根據集熱器的實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，另外根據太陽能在冬、夏季節吸熱相差較大特點及為了更好地適應本工程的應用，此處采用容量為0.3 t保溫儲熱水箱。蓄熱水箱內膽為SUS304—2B進口食品級不銹鋼，外面用50 mm聚氨酯整體發泡材料保溫。

2.3.4 智能控制系統

系統采用PLC+三維力控組態軟件實現自控運行，配合遠傳監控管理，全部控制元器件采用標準工業元器件集成，操作簡便、功能適用、運行穩定，抗干擾性強；全自動運行，實現計算機聯機自動數據采集。

3 效益分析

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

太陽能加熱節能技術是利用太陽能作為主要能源，并采用介質循環換熱，在此過程中用的是取之不盡、用之不竭的天然清潔能源，從而避免了傳統意義上電加熱棒、燃煤鍋爐等系統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