技術領域

本發明涉及一種太陽能相變儲換熱裝置及方法，用于在油田原油太陽能加溫輸送過程中最大程度的利用太陽能，減少生產環節常規能源的消耗。

背景技術

目前將太陽能應用于油田管輸原油加熱的太陽能熱水系統中，往往設置儲熱水箱和原油換熱器來實現將太陽能通過集熱循環加熱儲熱水箱內的介質水，再通過將介質熱水循環至換熱器實現對原油的加熱。在這樣的系統中，儲熱水箱本身的散熱會造成熱能損失，二次換熱會造成熱能損失，太陽能集熱產出的熱水溫度較低（60℃）使得原油換熱器不得不采用較大的換熱面積，使得系統內的循環水總量加大，增加循環泵的能耗損失。同時，這樣的系統占地面積和投資較大，并不滿足多數油田的生產現場的使用要求。

在撬裝式原油太陽能輔助加熱裝置中通過設置撬裝式集熱換熱水箱，減少了太陽能系統的占地面積，初步提高了太陽能的系統利用率，滿足了油田現場條件的要求，實現了在優先使用太陽能的條件下原油全年不間斷加溫、原油外輸溫度可控等功能，原油輸送溫度可控制在40℃以上。在現場應用中一體式集熱換熱水箱內的介質水被控制在一個最低溫度值（如50℃），當晴日陽光照射時間段，水箱溫度會逐步提升，起到一定的儲能作用，與此同時，隨著水箱溫度提升外輸原油的溫度也在該時段內會相應提升，這種現象會造成該時段內外輸的原油過多的帶走水箱內的熱量，使可利用的太陽能能量提前損失，導致之后時段輔助常規能源的消耗增大，造成一定的能源浪費。

發明內容

為了克服太陽充足時段富余的太陽能量過多的被流動原油帶走而造成的常規能源的浪費問題，本發明提供的一種太陽能相變儲換熱裝置及方法，實現在晴日陽光照射時間段相變儲換熱裝置在水箱內介質水溫度不提升或小范圍提升，保持外輸原油的溫度穩定，同時儲存更多的太陽能量，增加系統內太陽能的利用時間，減少常規能源消耗，取得良好的經濟效益。

本發明采用的技術方案為：

一種太陽能相變儲換熱裝置，包括保溫水箱和托盤，所述保溫水箱固定在托盤上，所述保溫水箱內設置原油盤管，所述原油盤管的原油出口和原油入口位于保溫水箱一側，所述保溫水箱另一側的托盤上還設有控制柜和循環水泵，循環水泵和保溫水箱均與控制柜信號連接；所述保溫水箱上端設有循環水回水口，所述保溫水箱下端設有循環水出水口，循環水出水口與循環水泵連接；所述保溫水箱內設有多根金屬棒，所述金屬棒與原油盤管相互垂直。

所述保溫水箱上靠近控制柜的一側設置有輔助電加熱器，所述輔助電加熱器位于保溫水箱內，輔助電加熱器與控制柜信號連接。

所述原油盤管為多層，所述金屬棒在原油盤管垂直方向焊接在保溫水箱內部，每根金屬棒在保溫水箱的兩側保留開口，開口采用內絲螺紋。

所述金屬棒內添加有相變儲熱材料，金屬棒兩端開口通過絲堵密封。

所述原油盤管采用Ф60無縫鋼管，公稱壓力為10MPa；所述金屬棒3采用Ф100無縫鋼管。

所述保溫水箱內膽材質為5mm熱軋鋼板，保溫為雙層保溫，內層3.0cm橡塑保溫，外層為5.0cm聚苯乙烯泡沫彩鋼夾心板。

所述保溫水箱內徑為3.0m×2.0m×1.8m，所述托盤11尺寸為3.8 m×2.2m×0.1m。

所述保溫水箱內部涂有防腐材料。

一種太陽能相變儲換熱方法，具體步驟為：

步驟一 將本裝置通過循環水回水口和循環水出水口與太陽能集熱器連接，并監測太陽能集熱器溫度和保溫水箱溫度，當二者溫差大于程序設定值5-8℃時，打開集熱循環水泵，使保溫水箱內的低溫水流經集熱器進行加溫后返回保溫水箱，當二者溫差達到程序設定的循環停止值2-3℃時，關閉循環水泵停止循環；

步驟二 根據現場的原油輸油溫度選擇相應的換熱相變材料進行儲熱，當晴日太陽能量充足的時段內，富余太陽能量提升保溫水箱的溫度到達相變儲熱材料的相變溫度后，儲熱材料發生相變從固態至液態，在吸收儲存了富余太陽能量的同時，保溫水箱溫度和被加熱的原油溫度保持穩定；當太陽能量減弱后，保溫水箱溫度降低，儲熱材料發生相變從液態至固態，并逐步釋放熱量，直至熱量釋放完成；

步驟三 當保溫水箱溫度降至設定溫度后輔助電加熱器開啟保溫運行。

本發明的有益效果為：