技术领域
[0001] 本实用新型涉及中温太阳能热技术领域，特别是涉及一种槽式太阳能耦合高温污
水源热泵集输伴热系统。
背景技术
[0002] 我国
原油的普遍特点是含蜡高、凝点低和
粘度高，在开采和集输过程中需要通过加热等方法确保原油输出端
温度在55℃-65℃，保持原油良好流动性。石油开采中产生了大量35℃以上的含油污水，含有的热量较大，由于品味较低，利用难度较大，白白浪费。
[0003] 在油田的采油、集输等过程中至少有20％的能耗用于原油加热与处理，目前，大多使用
煤、原油、
天然气等常规
能源加热，在用加热
锅炉有燃煤锅炉、
燃油锅炉、燃气锅炉，每年共消耗燃煤几百万吨，能源浪费严重。同时，在燃烧过程中会产生严重的大气污染，每年排放二
氧化
碳几百万吨，产生大量的二氧化硫、氮氧化合物，对环境造成极大危害。
现有技术中还没有有效解决原油输送中存在能源浪费、环境污染以及生产成本高的问题。
[0004] 油田提炼的原油在传输和精炼过程中都需要加热以提高原油温度，中国主要陆上油田都分布在太阳能资源丰富的地区。传统的对储油罐进行加热和保温的方法是燃烧煤、油、气等矿物
燃料对储油罐进行加热，该方法不仅会消耗大量的能源，系统效率低，耗用金属材料多，而且安全隐患大，操作复杂。需要一种新的技术，来替代传统燃煤、燃油锅炉的加热方式，充分利用免费的太阳能与污水余热。
[0005]
专利CN201520511893虽然提出了一种利用油田污水余热的方法，但是没有考虑充分利用油田地区的太阳能资源，节能效果不理想。实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是提供一种槽式太阳能耦合高温污水源热泵集输伴热系统，解决高凝点原油的输送问题，缓解油田企业环保和生产压
力，实现节约能源。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种槽式太阳能耦合高温污水源热泵集输伴热系统，包括第一循环通路、第二循环通路和第三循环通路，所述第一循环通路与所述第三循环通路之间通过太阳能油水换热器相连，所述第二循环通路与所述第三循环通路之间通过高温污水源热泵相连；
[0008] 所述第一循环通路包括依次连接的
导热油循环泵、第一电动三通
阀、
槽式集热器、第二电动三通阀、
蓄能器和油气分离器，所述第一电动三通阀的第一端与所述导热油循环泵的出油端连通，所述第一电动三通阀的第二端与所述槽式集热器的进油口端连通，所述第一电动三通阀的第三端与所述槽式集热器的出油口端连通，所述第二电动三通阀的第一端与所述槽式集热器的出油口端连通，所述第二电动三通阀的第二端与所述蓄能器的出油端相连，所述第二电动三通阀的第三端与所述蓄能器的入油端相连，所述太阳能油水换热器位于所述蓄能器与所述油气分离器之间；
[0009] 所述第二循环通路包括依次连接的低温循环泵、污水换热器和高温污水源热泵，所述污水换热器的污水管道上设有连通的污水供管道和污水回管道，所述污水供管道上设有污水
过滤器，所述污水换热器的出水口端与所述高温污水源热泵的
蒸发器进水端相连，所述高温污水源热泵的
蒸发器出水端与所述低温循环泵的进水口相连；
[0010] 所述第三循环通路包括依次连接的原油换热器、高温循环泵和太阳能油水换热器，所述原油换热器的原油通道一端设有连通的原油供管道和原油回管道，所述高温循环泵的出水端与所述太阳能油水换热器的入水端相连，所述太阳能油水换热器的出水端与所述高温污水源热泵的
冷凝器入水端相连，所述高温污水源热泵的冷凝器出水端与所述原油换热器的入水端相连，所述原油换热器的出水端与所述高温循环泵的入水端相连。
[0011] 优选的，所述蓄能器的出油端与所述太阳能油水换热器的入油口端相连，所述太阳能油水换热器的出油口端与所述油气分离器的入油口相连。
[0012] 优选的，所述低温循环泵的入水口出设有第一定压补水机构，所述高温循环泵的入口端设有第二定压补水机构。
[0013] 优选的，所述导热油循环泵和所述第一电动三通阀之间设有第一温度
传感器，所述槽式集热器的出油口与所述蓄能器的入口之间设有第二温度传感器，所述蓄能器的上方设有第三温度传感器和
安全阀，所述蓄能器内部设有换
热管道。
[0014] 优选的，所述油气分离器的第一端与所述导热油循环泵相连，其第二端与所述太阳能油水换热器相连，其第三端通过膨胀管与高低位槽机构连接。
[0015] 因此，本实用新型采用上述结构的槽式太阳能耦合高温污水源热泵集输伴热系统，具有如下优点：
[0016] 1、通过第一循环通路、第二循环通路、第三循环通路，充分利用太阳能与15-40℃的低品位含油污水，分别从其中收集热量与回收热量，可制取可高达85℃以上的高温热水，用于原油的加热降粘，使原油温度达到55-65℃，降低原油的运动粘度，使其具备很好的流动性。
[0017] 2、本实用新型具备太阳能单独加热原油、太阳能与蓄能器共同加热原油、蓄能器加热原油、污水源热泵加热原油的4种工作模式，实现了太阳能与污水余热的耦合利用，可以取代燃煤、燃油、燃气锅炉，具备可观的经济效益与环境效益。
[0018] 下面通过
附图和
实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0019] 图1是本实用新型槽式太阳能耦合高温污水源热泵集输伴热系统实施例的示意图；
[0020] 图2是本实用新型槽式太阳能耦合高温污水源热泵集输伴热系统的
能量传递示意图。
[0021] 附图标记
[0022] 110、导热油循环泵；120、第一电动三通阀；124、第一温度传感器；130、槽式集热器；140、供油管道；150、第二电动三通阀；154、第二温度传感器；160、蓄能器；161、第三温度传感器；162、安全阀；170、回油管道；180、油气分离器；190、高低位槽机构；
[0023] 210、低温循环泵；220、污水换热器；230、污水过滤器；240、污水供管道；250、污水回管道；260、高温污水源热泵；270、第一定压补水机构；280、低温中介水管道；
[0024] 310、高温循环泵；320、太阳能油水换热器；330、原油换热器；340、原油供管道；350、原油回管道；360、第二定压补水机构；370、高温中介水管路。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。
[0026] 图1是本实用新型槽式太阳能耦合高温污水源热泵集输伴热系统实施例的示意图，图2是本实用新型槽式太阳能耦合高温污水源热泵集输伴热系统的能量传递示意图，如图所示，一种槽式太阳能耦合高温污水源热泵集输伴热系统，包括第一循环通路、第二循环通路和第三循环通路，第一循环通路与第三循环通路之间通过太阳能油水换热器320相连，将太阳能收集的热量第一循环通路传递到到第三循环通路中，第二循环通路与第三循环通路之间通过高温污水源热泵260相连，将含油污
废水中的热量传递到第三循环通路。
[0027] 第一循环通路包括依次连接的导热油循环泵110、第一电动三通阀120、槽式集热器130、第二电动三通阀150、蓄能器160和油气分离器180，太阳能油水换热器320位于蓄能器160与油气分离器180之间，介质油在第一循环通路中流动，介质油为合成型导热油，在低温下具有良好的运动粘度。槽式集热器130可以吸收热量，对介质油加温。导热油循环泵110和第一电动三通阀120之间设有第一温度传感器124，用于检测油温。槽式集热器130的出油口与蓄能器160的入口之间设有第二温度传感器154，蓄能器160的上方设有第三温度传感器161和安全阀162。蓄能器160内部设有换热管道，蓄能器160的储热材料为低熔点熔盐，通过
相变进行储热。
[0028] 第一电动三通阀120的第一端与导热油循环泵110的出油端连通，第一电动三通阀120的第二端与槽式集热器130的进油口端连通，第一电动三通阀120的第三端与槽式集热器130的出油口端连通，第二电动三通阀150的第一端与槽式集热器130的出油口端连通，第二电动三通阀150的第二端与蓄能器160的出油端相连，第二电动三通阀150的第三端与蓄能器160的入油端相连。
[0029] 蓄能器160的出油端与太阳能油水换热器320的入油口端相连，太阳能油水换热器320的出油口端与油气分离器180的入油口相连。油气分离器180的第一端与导热油循环泵
110相连，其第二端与太阳能油水换热器320相连，其第三端通过膨胀管与高低位槽机构190连接。高低位槽机构190上安装有磁翻板液位计与注油泵，磁翻板液位计用于检测高位槽中的导热油液位，注油泵起到补油的作用。
[0030] 第二循环通路包括依次连接的低温循环泵210、污水换热器220和高温污水源热泵260，污水换热器220的污水管道上设有连通的污水供管道240和污水回管道250，污水换热器220的出水口端与高温污水源热泵260的蒸发器进水端相连，高温污水源热泵260的蒸发器出水端与低温循环泵210的进水口相连。污水换热器220是全
焊接宽流道
板式换热器，宽流道换热器可以防止污水堵塞。污水供管道240上设有污水过滤器230，对污水进行过滤。低温循环泵210的入水口出设有第一定压补水机构270。
[0031] 第三循环通路包括依次连接的原油换热器330、高温循环泵310和太阳能油水换热器320，原油换热器330的原油通道一端设有连通的原油供管道340和原油回管道350，高温循环泵310的出水端与太阳能油水换热器320的入水端相连，太阳能油水换热器320的出水端与高温污水源热泵260的冷凝器入水端相连，高温污水源热泵260的冷凝器出水端与原油换热器330的入水端相连，原油换热器330的出水端与高温循环泵310的入水端相连。高温循环泵310的入口端设有第二定压补水机构360。
[0032] 原油换热器330为浮头式管壳换热器，其中原油走管程，高温中介水走壳程。高温污水源热泵260由蒸发器、冷凝器、节流器、
压缩机等组成。
[0033] 供油管道140、回油管道170管道材质为20#无缝
钢管，污水供管道230、污水回管道250材质为热
镀锌钢管，原油供管道340、原油回管道350材质为无缝碳素钢管。污水换热器
220与高温污水源热泵260之间的管路为低温中介水管道，高温污水源热泵260与原油回管道350之间为高温中介水管道370，低温中介水管道280与高温中介水管道370的材质为热镀锌钢管。
[0034] 供油管道340、回油管道170保温材料为
硅酸
铝保温
套管，污水供管道240、污水回管道250不做管道保温，原油供管道340、原油回管道350保温材料为离心玻璃
棉，蓄能器160保温材料为
硅酸铝板保温棉，保温材料具有
传热系数小，耐高温的特点。
[0035] 第一条能量传递路径：槽式集热器一般成排安装，采用南北追踪或东西追踪，当太阳能辐照度足够时，导热油循环泵110将低温导热油循环到槽式集热器130中，槽式集热器130通过追踪模
块跟踪太阳，通过抛物线形状的聚光镜收集太阳能，将太阳能光线聚焦到集热管上，通过集热管加热导热油，这样太阳能的能量就传递至第一循环通路中。
[0036] 高温导热油通过供油管道140循环到第二电动三通阀150，通过检测第二温度传感器154温度，当温度达到要求时，开启第二电动三通阀150的第三端153，高温导热油进入蓄能器160进行储能，高温导热油通过与蓄能器160中的熔盐进行换热，熔盐发生升温与相变，将热量储存在熔盐中，至此，收集的太阳能能量已经完全转换到第一循环通路中。
[0037] 第二条能量传递路径：太阳能辐照度足够时，高温循环泵将低温中介
水循环到太阳能油水换热器320中，同时高温导热油进入太阳能油水换热器320，通过换热将中介水加热，产生高温中介水，由此，热量从第一循环通路传递至第三循环通路中。
[0038] 太阳能辐照度不足时，槽式集热器130不能收集热量，此时关闭第一电动三通阀120的第二端122，开启第三端123，同时关闭第二电动三通阀150的第二端，开启第三端，导热油通过蓄能器160，将蓄能器160储存的热量转化到太阳能油水换热器320中，通过换热，热量从第一循环通路传递至第三循环通路中。
[0039] 第三条能量传递路径：原油开采过程中，产生大量15-40℃的低品位含油污水，通过污水过滤器230过滤后，污水进入污水换热器220中，通过污水换热器220换热，将低温中介水初步加热，污水温度降低，这样热量就从污水余热传递至第二循环通路中。
[0040] 第四条能量传递路径：通过低温循环泵210将换热后的低温中介水循环到高温污水源热泵260的蒸发器，通过蒸发降温，低温中介水温度降低，经过高温污水源热泵260的压缩机与制冷剂循环，热量传递至冷凝器处。然后，高温中介水进入高温污水源热泵冷凝器，进一步升温加热升温至85℃以上，至此，热量完成从第二循环通路传递至第三循环通路的过程。
[0041] 第五条能量传递路径：85℃高温中介水通过与原油换热器330换热，将热量传递给低温原油，将原油加热到55-65℃左右，从而有效地降低原油运动粘度，使其具备管道远距离输送的条件，至此，热量完成从第三循环通路到原油的传递过程。
[0042] 因此，本实用新型采用上述结构的槽式太阳能耦合高温污水源热泵集输伴热系统，解决高凝点原油的输送问题，缓解油田企业环保和生产压力，实现节约能源。
[0043] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行
修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
