專利名稱：一種用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及太陽能光熱技術(shù)于化工生產(chǎn)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用，具體地說是一種在原油輸送中利用太陽能的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性對(duì)原油進(jìn)行伴熱的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源是人類社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵因素，能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益加重，要求人們?cè)趯ふ倚履茉吹耐瑫r(shí)，更合理地實(shí)用已有能源。作為能源消耗的大戶，石油化工領(lǐng)域中在很多工藝流程中都可以采用新的能源技術(shù)來減少對(duì)化石能源的消耗。傳統(tǒng)的原油伴熱技術(shù)是直接由鍋爐將經(jīng)過除氧處理后的水直接加熱，熱水直接流入與原油管線相伴的伴熱管線。整套設(shè)備簡單、直接，但最大的缺陷在于加熱過程中消耗了大量的燃煤，同時(shí)產(chǎn)生大量的碳排放，于環(huán)境的破壞很大。而目前現(xiàn)存的太陽能原油伴熱技術(shù)還較為缺乏。在已公布的技術(shù)中，位于澳大利亞維克多省山楂市的太陽能公司研制了利用太陽能對(duì)原油加熱的技術(shù)。其主要原理是在管路外層布置太陽能吸收層，吸熱后通過熱二極管將熱傳給原油輸送管線。太陽能原油伴熱的關(guān)鍵技術(shù)在于可以保留現(xiàn)有管線能夠在太陽能缺乏或不足時(shí) (即陰雨天)，裝置具有儲(chǔ)熱或者輔助加熱裝置。目前的太陽能原油伴熱技術(shù)還存在很多明顯的不足，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面(1)不能保留原油管線。在技術(shù)應(yīng)用過程中，必須要考慮其經(jīng)濟(jì)性，如上例中澳大利亞的伴熱系統(tǒng)，需要重新建設(shè)專用的太陽能的加熱管線；如果不能保留原有管線，而重新建設(shè)新的管線，無疑會(huì)使技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性大打折扣。(2)對(duì)太陽能的不穩(wěn)定性應(yīng)對(duì)不足。太陽能具有清潔、可再生等重要特性；同時(shí)，由于其完全依賴太陽照射，也帶來了在供給穩(wěn)定性上的不足。而很多裝置在應(yīng)對(duì)太陽能的不穩(wěn)定供應(yīng)時(shí)，缺少行之有效的應(yīng)對(duì)策略。(3)缺乏晝夜連續(xù)運(yùn)作能力。由于夜間沒有太陽能供應(yīng)面，一般的裝置即采用電加熱或者空氣源熱泵進(jìn)行加熱，并不能夠利用白天來自太陽能的能量來支持裝置的夜間操作。(4)儲(chǔ)熱裝置占地大，缺乏靈活性。為了應(yīng)對(duì)太陽能的不穩(wěn)定性，并使裝置具有一定的夜間處理能力，傳統(tǒng)的裝置都會(huì)配備儲(chǔ)熱裝置。目前儲(chǔ)熱裝置主要為儲(chǔ)熱水箱，但是儲(chǔ)熱水箱往往具有占地大、熱損失大等缺點(diǎn)。如果需要晝夜連續(xù)使用太陽能操作，則需要更多的儲(chǔ)熱水箱將夜間需要使用的熱水儲(chǔ)存起來，這樣不僅使得整套裝置占地面積增大， 還帶來了成本上的增加以及經(jīng)濟(jì)性的下降。(5)輔助加熱裝置能耗大。一般的太陽能裝置多采用電加熱作為輔助加熱裝置來滿足太陽能供給不足時(shí)的加熱需求。但是電加熱同樣存在著能源消耗大的問題，而且由于電為二次能源，在加熱同樣重要，同樣溫升的水時(shí)，電加熱的消耗比單純鍋爐燒煤的消耗更大。(6)水在循環(huán)過程中過多的使用泵。傳統(tǒng)的太陽能光熱裝置往往使用泵幫助整個(gè)系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)來提高熱效率，但是考慮到化工行業(yè)中的特殊需求，即在某些場(chǎng)合下不允許使用電，泵有著明顯的使用限制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種集集熱、儲(chǔ)熱、溫度及流量控制、鍋爐加熱于一體且具有較高經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案解決的一種用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱陣列，所述太陽能集熱陣列的進(jìn)水口和出水口分別通過低溫水管和高溫水管與循環(huán)水箱相連，循環(huán)水箱通過高溫水管與除氧設(shè)備相連，除氧設(shè)備通過高溫水管與相變儲(chǔ)熱換熱器的下部一側(cè)相連，相變儲(chǔ)熱換熱器的下部另一側(cè)通過低溫水管與循環(huán)水箱相連；所述相變儲(chǔ)熱換熱器的上部設(shè)有穿過相變儲(chǔ)熱換熱器的原油輸送管。所述循環(huán)水箱與太陽能集熱陣列之間的低溫水管上設(shè)有流量傳感器，循環(huán)水箱與太陽能集熱陣列之間的高溫水管上設(shè)有溫度傳感器，所述的流量傳感器和溫度傳感器分別與控制器相連，控制器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。所述的循環(huán)水箱與太陽能集熱陣列之間的低溫水管上設(shè)有水泵，所述的水泵位于流量傳感器與循環(huán)水箱之間的低溫水管上，水泵與控制器相連，控制器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。所述的循環(huán)水箱與除氧設(shè)備之間的高溫水管上設(shè)有電磁閥，所述的電磁閥與控制器相連，控制器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。所述的循環(huán)水箱與補(bǔ)水管相連。所述的太陽能集熱陣列采用真空管集熱器組成。所述的除氧設(shè)備和相變儲(chǔ)熱換熱器之間設(shè)有鍋爐，鍋爐的進(jìn)水口和出水口分別通過高溫水管與除氧設(shè)備的出水口和相變儲(chǔ)熱換熱器下部一側(cè)進(jìn)水口相連。所述鍋爐的出水口通過高溫水管與除氧設(shè)備相連。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型通過在原有的伴熱裝置中加入真空管集熱器組成的太陽能集熱陣列和相變儲(chǔ)熱換熱器，在不需要重新修建管線的情況下，即可實(shí)現(xiàn)利用太陽能對(duì)原油進(jìn)行晝夜不間斷伴熱的目的，可操作性強(qiáng)且改造成本低。2、本實(shí)用新型通過采用相變儲(chǔ)熱換熱器替代原有的保溫水箱，具有占地小、儲(chǔ)熱多、熱損失小的特點(diǎn)，并具有更強(qiáng)的靈活性。3、本實(shí)用新型在采用太陽能集熱陣列和相變儲(chǔ)熱換熱器的基礎(chǔ)上，通過保留鍋爐加熱裝置，滿足了特殊天氣狀況下太陽能供給不足時(shí)仍然能夠完成不間斷的原油伴熱，承擔(dān)全部的加熱任務(wù)。4、本實(shí)用新型通過設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整套系統(tǒng)的自動(dòng)操作，并可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。5、本實(shí)用新型通過利用水在系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)過程中，由于溫度的不同產(chǎn)生的重力差，進(jìn)而自然循環(huán)，免去在某些敏感場(chǎng)合使用水泵，適用于化工行業(yè)中原料儲(chǔ)運(yùn)廠區(qū)的要求。

附圖1是本實(shí)用新型的原理示意圖。其中1 一太陽能集熱陣列；2—低溫水管；3—高溫水管；4一循環(huán)水箱；5—除氧設(shè)備；6—相變儲(chǔ)熱換熱器；7—原油輸送管；8—流量傳感器；9一溫度傳感器；10—控制器；11一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；12—水泵；13 —電磁閥；14一補(bǔ)水管；15—鍋爐。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1所示一種用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，包括采用真空管集熱器組成的太陽能集熱陣列1，該太陽能集熱陣列1的進(jìn)水口和出水口分別通過低溫水管2和高溫水管3與循環(huán)水箱4相連，循環(huán)水箱4通過高溫水管3與除氧設(shè)備5相連，除氧設(shè)備5通過高溫水管3與相變儲(chǔ)熱換熱器6的下部一側(cè)相連，相變儲(chǔ)熱換熱器6的下部另一側(cè)通過低溫水管2與循環(huán)水箱4相連，相變儲(chǔ)熱換熱器6的上部設(shè)有穿過相變儲(chǔ)熱換熱器6的原油輸送管7 ；為了保持循環(huán)水箱4內(nèi)的水量，循環(huán)水箱4與補(bǔ)水管14相連；高溫水通過高溫水管3從太陽能集熱陣列1依次通過循環(huán)水箱4、除氧設(shè)備5流向相變儲(chǔ)熱換熱器6，然后低溫水從相變儲(chǔ)熱換熱器6經(jīng)過循環(huán)水箱4流向太陽能集熱陣列1，完成整個(gè)循環(huán)的同時(shí)對(duì)穿過相變儲(chǔ)熱換熱器6的原油輸送管7中的原油進(jìn)行伴熱。另外為了根據(jù)高溫水的溫度控制水的流量，在循環(huán)水箱4與太陽能集熱陣列1之間的低溫水管2上設(shè)有流量傳感器8 ；循環(huán)水箱4與太陽能集熱陣列1之間的高溫水管3上設(shè)有溫度傳感器9 ；循環(huán)水箱4與太陽能集熱陣列1之間的低溫水管2上設(shè)有水泵12，該水泵12位于流量傳感器8與循環(huán)水箱4 之間的低溫水管2上；循環(huán)水箱4與除氧設(shè)備5之間的高溫水管3上設(shè)有電磁閥13，流量傳感器8、溫度傳感器9、水泵12和電磁閥13皆通過線路與控制器10相連，控制器10與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)11相連，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。在特殊天氣下，有可能出現(xiàn)長時(shí)間無陽光的極端天氣狀況，為了保證在此狀況下整個(gè)伴熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在除氧設(shè)備5和相變儲(chǔ)熱換熱器6之間設(shè)有鍋爐15，鍋爐15的進(jìn)水口和出水口分別通過高溫水管3與除氧設(shè)備5的出水口和相變儲(chǔ)熱換熱器6下部一側(cè)進(jìn)水口相連，并且為了節(jié)省管線和操作的便利性，經(jīng)太陽能集熱陣列1和鍋爐15出來的熱水皆經(jīng)過同一條高溫水管3進(jìn)入相變儲(chǔ)熱換熱器6內(nèi)；另外鍋爐15的出水口通過高溫水管3與除氧設(shè)備5相連，為除氧設(shè)備5提供必要的支持。本實(shí)用新型采用的循環(huán)水箱4和相變儲(chǔ)熱換熱器6具體工作原理如下，其中循環(huán)水箱4處于太陽能集熱陣列1和相變儲(chǔ)熱換熱器6之間，承擔(dān)著過渡、緩沖、循環(huán)水的作用。 在循環(huán)水箱4出口處設(shè)置的電磁閥13用于調(diào)節(jié)出水流量，并根據(jù)出水溫度的需求，不斷地調(diào)節(jié)循環(huán)水箱4與太陽能集熱陣列1之間的流量；同時(shí)循環(huán)水箱4的外層布置有保溫層，保證水箱內(nèi)的水的熱量不會(huì)產(chǎn)生過多的流失。相變儲(chǔ)熱換熱器6以管殼式換熱器為模型，將其殼程進(jìn)出口封死，管程從水平方向一分為二，下半部分通過熱水，上半部分通過原油，殼程空間填充相變材料。工作時(shí)，熱水經(jīng)高溫水管3先流入下半管程，傳熱給相變材料，一段時(shí)間后，原油經(jīng)原油輸送管7流入上辦管程，與相變材料發(fā)生傳熱，溫度升高。同時(shí)，出在殼程的相變材料由于通入熱水時(shí)溫度上升，密度減小，在于原油換熱后溫度下降，密度增大， 進(jìn)而產(chǎn)生了密度差，在殼程空間內(nèi)進(jìn)行自然循環(huán)，增強(qiáng)換熱效果。為減少熱損失，在相變儲(chǔ)熱換熱器6的外層會(huì)安裝有保溫層。另外相變儲(chǔ)熱換熱器6白天一邊為換熱操作提供熱量的同時(shí)也為夜間的原油加熱儲(chǔ)存熱量，進(jìn)而保證裝置全天晝夜工作。另外設(shè)置的控制器10 負(fù)責(zé)根據(jù)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)獲得溫度、流量信息，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，同時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)11 將數(shù)據(jù)采集至計(jì)算機(jī)，供監(jiān)視運(yùn)營使用。[0025]本實(shí)用新型的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)工作流程如下正常天氣下，水首先在太陽能集熱陣列1、循環(huán)水箱4之間進(jìn)行循環(huán)加熱，然后70-80°C的高溫水經(jīng)高溫水管 3流入相變儲(chǔ)熱換熱器6，將熱傳遞給相變儲(chǔ)熱換熱器6中的相變材料進(jìn)行儲(chǔ)熱，換熱之后的冷水經(jīng)低溫水管2流回循環(huán)水箱4，被太陽能集熱陣列1重新加熱。當(dāng)遇到陰雨天時(shí)，可以適當(dāng)或全部降低太陽能集熱陣列1的加熱溫度，即降低進(jìn)入鍋爐15的水的溫度，或者直接由冷水進(jìn)入鍋爐15，由鍋爐15進(jìn)行加熱使用。即在實(shí)際工作時(shí)，水在太陽能集熱陣列1、 循環(huán)水箱4、相變儲(chǔ)熱換熱器6、鍋爐15和伴熱管線中進(jìn)行循環(huán)使用，當(dāng)循環(huán)水箱4中的水量降低時(shí)，可經(jīng)由補(bǔ)水管14對(duì)循環(huán)水箱4進(jìn)行補(bǔ)水。以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)；本實(shí)用新型未涉及的技術(shù)均可通過現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱陣列(1)，其特征在于所述太陽能集熱陣列(1)的進(jìn)水口和出水口分別通過低溫水管(2 )和高溫水管(3 )與循環(huán)水箱(4)相連，循環(huán)水箱(4)通過高溫水管(3)與除氧設(shè)備(5)相連，除氧設(shè)備(5)通過高溫水管(3)與相變儲(chǔ)熱換熱器(6)的下部一側(cè)相連，相變儲(chǔ)熱換熱器(6)的下部另一側(cè)通過低溫水管(2)與循環(huán)水箱(4)相連；所述相變儲(chǔ)熱換熱器(6)的上部設(shè)有穿過相變儲(chǔ)熱換熱器(6)的原油輸送管(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，其特征在于所述循環(huán)水箱(4)與太陽能集熱陣列(1)之間的低溫水管(2)上設(shè)有流量傳感器(8)，循環(huán)水箱(4)與太陽能集熱陣列(1)之間的高溫水管(3 )上設(shè)有溫度傳感器(9 )，所述的流量傳感器(8 )和溫度傳感器(9 )分別與控制器(10 )相連，控制器(10 )與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(11)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，其特征在于所述的循環(huán)水箱(4)與太陽能集熱陣列(1)之間的低溫水管(2)上設(shè)有水泵(12)，所述的水泵(12)位于流量傳感器(8)與循環(huán)水箱(4)之間的低溫水管(2)上，水泵(12)與控制器(10)相連，控制器(10)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(11)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，其特征在于所述的循環(huán)水箱(4)與除氧設(shè)備(5)之間的高溫水管(3)上設(shè)有電磁閥(13)，所述的電磁閥(13)與控制器(10)相連，控制器(10)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(11)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，其特征在于所述的循環(huán)水箱(4)與補(bǔ)水管(14)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽能集熱陣列(1)采用真空管集熱器組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，其特征在于所述的除氧設(shè)備(5)和相變儲(chǔ)熱換熱器(6)之間設(shè)有鍋爐(15)，鍋爐(15)的進(jìn)水口和出水口分別通過高溫水管(3)與除氧設(shè)備(5)的出水口和相變儲(chǔ)熱換熱器(6)下部一側(cè)進(jìn)水口相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，其特征在于所述鍋爐(15)的出水口通過高溫水管(3)與除氧設(shè)備(5)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于原油的太陽能晝夜伴熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱陣列(1)，所述太陽能集熱陣列(1)的進(jìn)水口和出水口分別通過低溫水管(2)和高溫水管(3)與循環(huán)水箱(4)相連，循環(huán)水箱(4)通過高溫水管(3)與除氧設(shè)備(5)相連，除氧設(shè)備(5)通過高溫水管(3)與相變儲(chǔ)熱換熱器(6)的下部一側(cè)相連，相變儲(chǔ)熱換熱器(6)的下部另一側(cè)通過低溫水管(2)與循環(huán)水箱(4)相連；所述相變儲(chǔ)熱換熱器(6)的上部設(shè)有穿過相變儲(chǔ)熱換熱器(6)的原油輸送管(7)。本實(shí)用新型具有集熱效率高、存儲(chǔ)熱量大、熱損失小且設(shè)備安裝靈活、占地小的特點(diǎn)，在有效降低了生產(chǎn)中能源消耗的同時(shí)具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，適宜推廣使用。
文檔編號(hào)F24J2/40GK202328829SQ20112048116
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者刑偉, 周劍秋 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)