专利名称：一种用于原油的太阳能昼夜伴热系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及太阳能光热技术于化工生产领域中的实际应用，具体地说是一种在原油输送中利用太阳能的经济性和实用性对原油进行伴热的用于原油的太阳能昼夜伴热系统。
背景技术：
能源是人类社会发展的关键因素，能源危机和环境问题的日益加重，要求人们在寻找新能源的同时，更合理地实用已有能源。作为能源消耗的大户，石油化工领域中在很多工艺流程中都可以采用新的能源技术来减少对化石能源的消耗。传统的原油伴热技术是直接由锅炉将经过除氧处理后的水直接加热，热水直接流入与原油管线相伴的伴热管线。整套设备简单、直接，但最大的缺陷在于加热过程中消耗了大量的燃煤，同时产生大量的碳排放，于环境的破坏很大。而目前现存的太阳能原油伴热技术还较为缺乏。在已公布的技术中，位于澳大利亚维克多省山楂市的太阳能公司研制了利用太阳能对原油加热的技术。其主要原理是在管路外层布置太阳能吸收层，吸热后通过热二极管将热传给原油输送管线。太阳能原油伴热的关键技术在于可以保留现有管线能够在太阳能缺乏或不足时 (即阴雨天)，装置具有储热或者辅助加热装置。目前的太阳能原油伴热技术还存在很多明显的不足，具体体现在如下几个方面(1)不能保留原油管线。在技术应用过程中，必须要考虑其经济性，如上例中澳大利亚的伴热系统，需要重新建设专用的太阳能的加热管线；如果不能保留原有管线，而重新建设新的管线，无疑会使技术的经济性大打折扣。(2)对太阳能的不稳定性应对不足。太阳能具有清洁、可再生等重要特性；同时，由于其完全依赖太阳照射，也带来了在供给稳定性上的不足。而很多装置在应对太阳能的不稳定供应时，缺少行之有效的应对策略。(3)缺乏昼夜连续运作能力。由于夜间没有太阳能供应面，一般的装置即采用电加热或者空气源热泵进行加热，并不能够利用白天来自太阳能的能量来支持装置的夜间操作。(4)储热装置占地大，缺乏灵活性。为了应对太阳能的不稳定性，并使装置具有一定的夜间处理能力，传统的装置都会配备储热装置。目前储热装置主要为储热水箱，但是储热水箱往往具有占地大、热损失大等缺点。如果需要昼夜连续使用太阳能操作，则需要更多的储热水箱将夜间需要使用的热水储存起来，这样不仅使得整套装置占地面积增大， 还带来了成本上的增加以及经济性的下降。(5)辅助加热装置能耗大。一般的太阳能装置多采用电加热作为辅助加热装置来满足太阳能供给不足时的加热需求。但是电加热同样存在着能源消耗大的问题，而且由于电为二次能源，在加热同样重要，同样温升的水时，电加热的消耗比单纯锅炉烧煤的消耗更大。(6)水在循环过程中过多的使用泵。传统的太阳能光热装置往往使用泵帮助整个系统强制循环来提高热效率，但是考虑到化工行业中的特殊需求，即在某些场合下不允许使用电，泵有着明显的使用限制。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种集集热、储热、温度及流量控制、锅炉加热于一体且具有较高经济性和实用性的用于原油的太阳能昼夜伴热系统。本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的一种用于原油的太阳能昼夜伴热系统，包括太阳能集热阵列，所述太阳能集热阵列的进水口和出水口分别通过低温水管和高温水管与循环水箱相连，循环水箱通过高温水管与除氧设备相连，除氧设备通过高温水管与相变储热换热器的下部一侧相连，相变储热换热器的下部另一侧通过低温水管与循环水箱相连；所述相变储热换热器的上部设有穿过相变储热换热器的原油输送管。所述循环水箱与太阳能集热阵列之间的低温水管上设有流量传感器，循环水箱与太阳能集热阵列之间的高温水管上设有温度传感器，所述的流量传感器和温度传感器分别与控制器相连，控制器与数据采集系统相连。所述的循环水箱与太阳能集热阵列之间的低温水管上设有水泵，所述的水泵位于流量传感器与循环水箱之间的低温水管上，水泵与控制器相连，控制器与数据采集系统相连。所述的循环水箱与除氧设备之间的高温水管上设有电磁阀，所述的电磁阀与控制器相连，控制器与数据采集系统相连。所述的循环水箱与补水管相连。所述的太阳能集热阵列采用真空管集热器组成。所述的除氧设备和相变储热换热器之间设有锅炉，锅炉的进水口和出水口分别通过高温水管与除氧设备的出水口和相变储热换热器下部一侧进水口相连。所述锅炉的出水口通过高温水管与除氧设备相连。本实用新型相比现有技术有如下优点1、本实用新型通过在原有的伴热装置中加入真空管集热器组成的太阳能集热阵列和相变储热换热器，在不需要重新修建管线的情况下，即可实现利用太阳能对原油进行昼夜不间断伴热的目的，可操作性强且改造成本低。2、本实用新型通过采用相变储热换热器替代原有的保温水箱，具有占地小、储热多、热损失小的特点，并具有更强的灵活性。3、本实用新型在采用太阳能集热阵列和相变储热换热器的基础上，通过保留锅炉加热装置，满足了特殊天气状况下太阳能供给不足时仍然能够完成不间断的原油伴热，承担全部的加热任务。4、本实用新型通过设置自动控制系统，实现了整套系统的自动操作，并可进行实时监控。5、本实用新型通过利用水在系统内的流动过程中，由于温度的不同产生的重力差，进而自然循环，免去在某些敏感场合使用水泵，适用于化工行业中原料储运厂区的要求。
附图1是本实用新型的原理示意图。其中1 一太阳能集热阵列；2—低温水管；3—高温水管；4一循环水箱；5—除氧设备；6—相变储热换热器；7—原油输送管；8—流量传感器；9一温度传感器；10—控制器；11一数据采集系统；12—水泵；13 —电磁阀；14一补水管；15—锅炉。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1所示一种用于原油的太阳能昼夜伴热系统，包括采用真空管集热器组成的太阳能集热阵列1，该太阳能集热阵列1的进水口和出水口分别通过低温水管2和高温水管3与循环水箱4相连，循环水箱4通过高温水管3与除氧设备5相连，除氧设备5通过高温水管3与相变储热换热器6的下部一侧相连，相变储热换热器6的下部另一侧通过低温水管2与循环水箱4相连，相变储热换热器6的上部设有穿过相变储热换热器6的原油输送管7 ；为了保持循环水箱4内的水量，循环水箱4与补水管14相连；高温水通过高温水管3从太阳能集热阵列1依次通过循环水箱4、除氧设备5流向相变储热换热器6，然后低温水从相变储热换热器6经过循环水箱4流向太阳能集热阵列1，完成整个循环的同时对穿过相变储热换热器6的原油输送管7中的原油进行伴热。另外为了根据高温水的温度控制水的流量，在循环水箱4与太阳能集热阵列1之间的低温水管2上设有流量传感器8 ；循环水箱4与太阳能集热阵列1之间的高温水管3上设有温度传感器9 ；循环水箱4与太阳能集热阵列1之间的低温水管2上设有水泵12，该水泵12位于流量传感器8与循环水箱4 之间的低温水管2上；循环水箱4与除氧设备5之间的高温水管3上设有电磁阀13，流量传感器8、温度传感器9、水泵12和电磁阀13皆通过线路与控制器10相连，控制器10与数据采集系统11相连，使整个系统实现自动化运行。在特殊天气下，有可能出现长时间无阳光的极端天气状况，为了保证在此状况下整个伴热系统的正常运行，在除氧设备5和相变储热换热器6之间设有锅炉15，锅炉15的进水口和出水口分别通过高温水管3与除氧设备5的出水口和相变储热换热器6下部一侧进水口相连，并且为了节省管线和操作的便利性，经太阳能集热阵列1和锅炉15出来的热水皆经过同一条高温水管3进入相变储热换热器6内；另外锅炉15的出水口通过高温水管3与除氧设备5相连，为除氧设备5提供必要的支持。本实用新型采用的循环水箱4和相变储热换热器6具体工作原理如下，其中循环水箱4处于太阳能集热阵列1和相变储热换热器6之间，承担着过渡、缓冲、循环水的作用。 在循环水箱4出口处设置的电磁阀13用于调节出水流量，并根据出水温度的需求，不断地调节循环水箱4与太阳能集热阵列1之间的流量；同时循环水箱4的外层布置有保温层，保证水箱内的水的热量不会产生过多的流失。相变储热换热器6以管壳式换热器为模型，将其壳程进出口封死，管程从水平方向一分为二，下半部分通过热水，上半部分通过原油，壳程空间填充相变材料。工作时，热水经高温水管3先流入下半管程，传热给相变材料，一段时间后，原油经原油输送管7流入上办管程，与相变材料发生传热，温度升高。同时，出在壳程的相变材料由于通入热水时温度上升，密度减小，在于原油换热后温度下降，密度增大， 进而产生了密度差，在壳程空间内进行自然循环，增强换热效果。为减少热损失，在相变储热换热器6的外层会安装有保温层。另外相变储热换热器6白天一边为换热操作提供热量的同时也为夜间的原油加热储存热量，进而保证装置全天昼夜工作。另外设置的控制器10 负责根据各个测试点获得温度、流量信息，对整个装置进行流量调节，同时数据采集系统11 将数据采集至计算机，供监视运营使用。[0025]本实用新型的用于原油的太阳能昼夜伴热系统工作流程如下正常天气下，水首先在太阳能集热阵列1、循环水箱4之间进行循环加热，然后70-80°C的高温水经高温水管 3流入相变储热换热器6，将热传递给相变储热换热器6中的相变材料进行储热，换热之后的冷水经低温水管2流回循环水箱4，被太阳能集热阵列1重新加热。当遇到阴雨天时，可以适当或全部降低太阳能集热阵列1的加热温度，即降低进入锅炉15的水的温度，或者直接由冷水进入锅炉15，由锅炉15进行加热使用。即在实际工作时，水在太阳能集热阵列1、 循环水箱4、相变储热换热器6、锅炉15和伴热管线中进行循环使用，当循环水箱4中的水量降低时，可经由补水管14对循环水箱4进行补水。以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
权利要求1.一种用于原油的太阳能昼夜伴热系统，包括太阳能集热阵列(1)，其特征在于所述太阳能集热阵列(1)的进水口和出水口分别通过低温水管(2 )和高温水管(3 )与循环水箱(4)相连，循环水箱(4)通过高温水管(3)与除氧设备(5)相连，除氧设备(5)通过高温水管(3)与相变储热换热器(6)的下部一侧相连，相变储热换热器(6)的下部另一侧通过低温水管(2)与循环水箱(4)相连；所述相变储热换热器(6)的上部设有穿过相变储热换热器(6)的原油输送管(7)。
2.根据权利要求1所述的用于原油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述循环水箱(4)与太阳能集热阵列(1)之间的低温水管(2)上设有流量传感器(8)，循环水箱(4)与太阳能集热阵列(1)之间的高温水管(3 )上设有温度传感器(9 )，所述的流量传感器(8 )和温度传感器(9 )分别与控制器(10 )相连，控制器(10 )与数据采集系统(11)相连。
3.根据权利要求1或2所述的用于原油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的循环水箱(4)与太阳能集热阵列(1)之间的低温水管(2)上设有水泵(12)，所述的水泵(12)位于流量传感器(8)与循环水箱(4)之间的低温水管(2)上，水泵(12)与控制器(10)相连，控制器(10)与数据采集系统(11)相连。
4.根据权利要求1或2所述的用于原油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的循环水箱(4)与除氧设备(5)之间的高温水管(3)上设有电磁阀(13)，所述的电磁阀(13)与控制器(10)相连，控制器(10)与数据采集系统(11)相连。
5.根据权利要求1所述的用于原油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的循环水箱(4)与补水管(14)相连。
6.根据权利要求1所述的用于原油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的太阳能集热阵列(1)采用真空管集热器组成。
7.根据权利要求1所述的用于原油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述的除氧设备(5)和相变储热换热器(6)之间设有锅炉(15)，锅炉(15)的进水口和出水口分别通过高温水管(3)与除氧设备(5)的出水口和相变储热换热器(6)下部一侧进水口相连。
8.根据权利要求7所述的用于原油的太阳能昼夜伴热系统，其特征在于所述锅炉(15)的出水口通过高温水管(3)与除氧设备(5)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种用于原油的太阳能昼夜伴热系统，包括太阳能集热阵列(1)，所述太阳能集热阵列(1)的进水口和出水口分别通过低温水管(2)和高温水管(3)与循环水箱(4)相连，循环水箱(4)通过高温水管(3)与除氧设备(5)相连，除氧设备(5)通过高温水管(3)与相变储热换热器(6)的下部一侧相连，相变储热换热器(6)的下部另一侧通过低温水管(2)与循环水箱(4)相连；所述相变储热换热器(6)的上部设有穿过相变储热换热器(6)的原油输送管(7)。本实用新型具有集热效率高、存储热量大、热损失小且设备安装灵活、占地小的特点，在有效降低了生产中能源消耗的同时具有较强的经济性和实用性，适宜推广使用。
文档编号F24J2/40GK202328829SQ20112048116
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者刑伟, 周剑秋 申请人:南京工业大学