太阳能在线加热技术在稠油集输中的应用

2014-03-09袁秀丽宋萍萍李萍徐太宗张兴可河南油田分公司采油二厂

油气田地面工程 2014年5期

袁秀丽宋萍萍李萍徐太宗张兴可河南油田分公司采油二厂

太阳能在线加热技术在稠油集输中的应用

袁秀丽宋萍萍李萍徐太宗张兴可河南油田分公司采油二厂

河南油田某计量站采用太阳能在线加热技术在掺水泵出口对掺水进行在线加热以提升掺水温度。该工程工艺流程设计如下：太阳能热水系统YNJQRZ65—18T型集热器摆放在储油罐南侧院内空场地上，南向，倾角为45°；采用串并联连接方式，贮热储水箱高效换热装置放置在储油罐西北侧空场地，控制柜、循环泵、电动阀、补液箱等设置于设备间。该系统共安装太阳能集热器27组，分体相变高效换热装置3个。安装本系统后年节约电量30.006×104kW·h，节约燃煤51.84 t。

稠油；太阳能加热；单井；集输；计量站；节能

稠油油田原油黏度大，凝固点高，常温下流动性差，在输送过程中必须进行加热与保温。目前采用的热源主要为天然气、燃煤和电加热，传统的加热方式造成大量的能源消耗和严重的环境污染问题。河南油田气候条件良好，有比较丰富的太阳能资源，有利于太阳能加温技术的应用。如果利用太阳能加热原油，可为油田节省大量的能源并减少环境污染。

1 太阳能在线加热技术工艺

太阳能加热系统由太阳能集热器系统、换热系统和自动控制系统三大子系统组成。

太阳能集热器系统工程是指用太阳能加热循环水回路系统，主要包括太阳能集热器阵列、蓄热水箱和循环泵。换热系统是指原油换热、加热部分，由掺水管道入口至外输构成，主要装置为分体相变高效换热器。自动控制系统是指对太阳能集热系统进行自动控制的系统，实现太阳能系统的自动供热与蓄热、安全防护、数据管理等功能；被控设备包括循环泵和温度传感器。

其原理为利用可再生能源太阳能光热转换技术，采用太阳能供热系统将光热转换为热量，通过循环装置进入分体相变高效换热装置与输送管道内原液进行换热，特殊天气或储蓄贮热水箱换热装置温度不足时，再由燃煤锅炉加热的热水进入到分体相变高效换热装置提高到所需温度满足热源供给，配套应用油田专用太阳能加热装置，提高掺水伴热应用的污水温度，满足原油集输流动需求。

2 现场应用情况

2.1 计量站生产现状分析

7#计量站共承担着9口油井的集油、掺水任务，共有50 m3储油罐4台，分离罐每天进液量为250～350 m3，原液含水率60%左右，原液来液温度50～60℃，分离后的污水进入掺水罐要求温度保持在60～70℃，但是该计量站燃煤锅炉装配容量小，掺水温度不稳定，影响稠油集输。

2.2 工艺流程设计

根据7#计量站实际生产情况，确定采用太阳能在线加热技术在掺水泵出口对掺水进行在线加热以提升掺水温度。该工程工艺流程设计如下：太阳能热水系统YNJQRZ65—18T型集热器摆放在储油罐南侧院内空场地上，南向，倾角为45°；采用串并联连接方式，贮热储水箱高效换热装置放置在储油罐西北侧空场地，控制柜、循环泵、电动阀、补液箱等设置在设备间。

2.3 设备选型

2.3.1 集热器的选型确定

热管式集热器的热效率高、抗冻能力强、保温好、启动快、技术综合经济性好，热管真空管太阳能集热器是北方地区太阳能集热系统中最理想的集热器产品。

按照污水输送耗热量，每日平均190 m3输送量补偿ΔT=3℃的耗热量。根据热量计算公式可计算得出耗热量为2 386.5 MJ（662.9 kW·h），采光面积按公式计算后可得94 m2。

为了满足油田生产的特殊性，本系统设计采用换热的方式来保证整个生产运行过程连续、安全、可靠，即使在检修太阳能系统的时候也不影响油田的正常生产。

实际采光面积依据GB18713—2002标准的附录A“系统集热面积的确定”中的间接面积计算公式A2计算为102.2 m2。本工程选用YNJQRZ6520T/4.0/ 65×1800集热器，每组集热面积4m2，采用d=65mm× 1 800 mm的玻璃金属热管20支，则102.2÷4≈26组，根据现场摆放要整齐协调及集热器的实际规格要求，实际选用集热器27组，集热面积为108 m2。

2.3.2 分体相变高效换热装置

分体相变高效换热装置是换热系统的主要装置，是一种利用高效传热元件——热管实现均匀快速加热输送管道内介质的结构产品。

典型热管的结构一般是由管体、工质、吸液芯三个部分组成，将管内抽至较高的真空度后充以适量的工作流体后加以密封。热管的结构按轴向来分可分为蒸发段、平衡段和冷凝段三个区域。

热管由于具有很高的导热性和优良的等温性，所以在工业应用中越来越广泛。分体相变高效换热装置易清洗、寿命长、耐腐蚀、效率高。

根据7#计量站的实际情况，原有锅炉热水管网改造后进入分体相变高效换热装置，保证冬季供应加热。

2.3.3 储热装置

储热水箱是根据集热器的实际采光面积配备容量的，本工程水箱配备的容量大约为0.54 t，另外根据太阳能在冬、夏季节吸热相差较大特点及为了更好地适应本工程的应用，此处采用容量为0.3 t保温储热水箱。蓄热水箱内胆为SUS304—2B进口食品级不锈钢，外面用50 mm聚氨酯整体发泡材料保温。

2.3.4 智能控制系统

系统采用PLC+三维力控组态软件实现自控运行，配合远传监控管理，全部控制元器件采用标准工业元器件集成，操作简便、功能适用、运行稳定，抗干扰性强；全自动运行，实现计算机联机自动数据采集。