原油储罐地源热泵自动加热系统的制作方法

本发明涉及原油存储技术领域，特别涉及一种原油储罐地源热泵自动加热系统。

背景技术：

2017年，中国原油进口量超过美国，首次成为世界最大的原油进口国。为适应国家石油战略储备建设的需要，中石化、中石油、中海油等大型公司陆续建设了大型石油储备库，储存形式主要以大型原油储罐为主。国产原油的原油储罐内原油平均储存温度为35～50摄氏度，进口原油的原油储罐内原油平均储存温度为25～40摄氏度。原油低于其储存温度时会发生凝固，为了防止原油凝固，需对原油进行加热以保证其流动性，即保证原油的温度在其凝点以上3～5度。在冬季，国内大部分地区的温度都会低于25摄氏度，因此需要对原油储罐进行保温加热。在石化企业中，原油储存量一般为10～20天的加工量，原油储罐区的热能损耗一般在企业中占有很重要的比例，个别企业甚至达到50％以上，成为企业巨大的负担。

现有技术中，通常采用盘管式或集束管式原油储罐加热器对原油进行加热，传统盘管式或集束管式原油储罐加热器存在下述问题：

1、蒸汽利用率低：在实际生产过程中，当只需使用少量油品时，也要对整个罐内的物品全部进行加热，整体升温，使大量的蒸汽做了无用功。

2、热量利用率低：加热器冷凝水出口温度过高，常伴随大量蒸汽排出，排出口温度≥100℃，浪费了大量的热力资源。

3、油品温度难以控制：传统加热器对油品的加热是一种静置式的自然对流换热，其放热系数极低。贴近加热器的油品温度高，远离加热器的油品温度较低。

4、换热效率低：对于粘度较高的油品，在换热面长时间高温滞留，极易产生分解，结聚于换热管表面，致使换热管表面的油品温度过高，容易结焦，严重影响和阻碍热量的传导和布散。

5、生产效率低：由于不能按生产需要的油品定量加温，只能对整罐物品进行整体加温，热量耗散面积大，油品加热升温缓慢，加温时间长，而且油品整体升温分布不均衡。特别在冬季生产中，由于受环境温度的影响，加热时间会更长。

6、影响油品化工品质量：油品在长时间，多次反复的加热过程中产生大量细小的分解物，分解物溶于油品中对质量产生一定的影响，增加了后期处理的成本。

因此，亟需一种原油储罐地源热泵自动加热系统来克服在对原油进行加热时存在的上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种原油储罐地源热泵自动加热系统，该系统能够利用地源热泵对原油储罐内存储的原油进行自动加热，有效地降低能耗且不产生任何污染，无废热，不产生氮氧化物污染，运行安全无明火。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种原油储罐地源热泵自动加热系统，包括原油储罐和热泵机组，其中，所述原油储罐用于存储原油，与所述原油储罐连通有油管，所述油管的两端分别与所述原油储罐的两侧连通；所述热泵机组包括加热管、膨胀阀、压缩机和直埋管换热器，所述加热管、所述膨胀阀、所述压缩机和所述直埋管换热器依次连通形成用于介质循环的通路，所述直埋管换热器埋设于地下土壤内，所述直埋管换热器内的介质能够吸收所述地下土壤的热量，所述加热管设置在所述油管的外周，所述加热管内的介质能够加热所述油管中的原油。

进一步地，在上述原油储罐地源热泵自动加热系统中，所述介质为氟。

进一步地，在上述原油储罐地源热泵自动加热系统中，所述油管上设置有油泵和第二阀门；所述油泵和所述第二阀门之间的所述油管上连通有输油管，在所述输油管远离所述油管的一端设置有第一阀门；打开所述第一阀门、关闭所述第二阀门，利用所述油泵能够通过所述输油管输出原油，关闭所述第一阀门、打开所述第二阀门，所述原油储罐内的原油在油泵的作用下通过所述油管做封闭循环。

进一步地，在上述原油储罐地源热泵自动加热系统中，所述加热管的材质为紫铜管，所述紫铜管的直径为6～10毫米。

进一步地，在上述原油储罐地源热泵自动加热系统中，所述直埋管换热器在所述地下土壤中的埋设深度为50-80m。

进一步地，在上述原油储罐地源热泵自动加热系统中，所述油管内的原油的流向与所述加热管内所述介质的流向相反。

进一步地，在上述原油储罐地源热泵自动加热系统中，所述原油储罐内设置有多个温度传感器。

进一步地，在上述原油储罐地源热泵自动加热系统中，所述膨胀阀与所述加热管之间设置有第一截止阀，所述膨胀阀与所述直埋管换热器之间设置有第二截止阀。

进一步地，在上述原油储罐地源热泵自动加热系统中，所述加热管以s形的方式围绕在所述油管下部的外周，在所述油管和所述加热管的外周套设有气凝胶保温材料。

进一步地，在上述原油储罐地源热泵自动加热系统中，所述油管的一端先由所述原油储罐一侧伸出后向下延伸至所述原油储罐的下方、然后水平延伸至所述原油储罐的另一侧、再向上延伸至所述原油储罐的另一侧，所述油管的另一端在所述原油储罐的另一侧与所述原油储罐连通。

分析可知，本发明公开一种原油储罐地源热泵自动加热系统，包括原油储罐、热泵机组，原油储罐下方设置有油管，油管分别在原油储罐底部的两侧与原油储罐连通。热泵机组包括加热管、膨胀阀、压缩机和直埋管换热器，加热管、膨胀阀、压缩机和直埋管换热器依次连通形成用于介质循环的通路，直埋管换热器埋设于地下土壤中，直埋管换热器能够吸收地下土壤的热量，加热管设置在油管的外周，加热管内的介质能够加热油管中的原油。

热泵机组采用全氟系统(即热泵机组的换热通路中仅有氟一种冷媒作为介质进行换热)，省略了现有技术中通常采用的地源热泵用户侧和地源侧的两台水泵以及用户侧和地源侧的两台换热器，使系统更加简单可靠，大大提高系统的效率，该热泵机组比常规地源热泵系统节能40％以上。本自动加热系统只有氟一种冷媒，省略了水系统，杜绝了北方冬季利用水系统进行换热而被冻坏的可能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1本发明一实施例的结构示意图。

图2本发明一实施例中装配有油管和加热管的原油储罐的仰视示意图。

图3本发明一实施例中油管和加热管的装配示意图。

附图标记说明：1原油储罐；2油管；3加热管；4储液器；5过滤器；6膨胀阀；7压缩机；8气液分离器；9直埋管换热器；10地下土壤；11油泵；12第一截止阀；13第二截止阀；14气凝胶保温材料；15输油管；16第一阀门；17热泵机组；18第二阀门。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种原油储罐地源热泵自动加热系统。包括原油储罐1和热泵机组17，其中，原油储罐1用于存储原油，与原油储罐1连通有油管2，油管2的两端分别与原油储罐1的两侧连通。原油由原油储罐1的一侧流入油管2并由原油储罐1的另一侧流回原油储罐1。

热泵机组17包括加热管3、膨胀阀6、压缩机7和直埋管换热器9，加热管3、膨胀阀6、压缩机7和直埋管换热器9依次连通形成用于介质循环的通路，直埋管换热器9埋设于地下土壤10内，直埋管换热器9能够吸收地下土壤10的热量，加热管3设置在油管2的外周，加热管3内的介质能够加热油管2中的原油。

进一步地，流通在加热管3、膨胀阀6、压缩机7和直埋管换热器9中的介质为氟，该自动加热系统只有氟一种冷媒，省略了水系统，杜绝了北方冬季水系统冻坏的可能，使系统运行更加可靠且能够大大提高系统的工作效率。

进一步地，如图1和2所示，油管2上设置有油泵11和第二阀门18，油泵11和第二阀门18之间的油管2上连通有输油管15，输油管15远离油管2的一端设置有第一阀门16，当需要使用原油时，打开阀门16、关闭第二阀门18，利用油泵能够通过输油管15对原油储罐1内的原油进行输出。当原油需要加热时，关闭第一阀门16、打开第二阀门18，油泵11与热泵机组17同时运行，油泵11从原油储罐1的一侧将原油抽出，经加热管3加热后由原油储罐1的另一侧送回原油储罐1，原油储罐1内的原油在油泵11的作用下通过油管2做封闭循环。边循环边加热能够使原油的加热效果更好，保证原油储罐1内的原油的储存温度保持在其凝固点以上，进而保持原油储罐1内原油的流动性，避免传统的加热方法导致原油储罐1内各点原油的温度不均匀。进一步地，加热管3的材质为紫铜管，紫铜管的直径为6～10毫米，油管2内原油的流向与加热管3内的介质的流向相反(即油管2内的原油与加热管3内的介质的换热方式为逆流换热)，如此设置能够使加热管3和油管2之间的换热更加充分，提高系统的工作效率。

进一步地，直埋管换热器9在地下土壤10中的埋设深度为50-80m。由于热泵机组的冷凝温度为50度左右，如此设置能够使热泵机组将介质加热到45度左右。

进一步地，原油储罐1内设置有多个温度传感器，多个温度传感器设置在原油储罐1内部的周圈，每个温度传感器与原油储罐1的罐底的距离均为0.5米。边循环边加热可使原油的加热效果更好，保证整个原油储罐1内的原油保持在凝固点以上的储存温度，保持罐内原油的流动性。避免传统的加热方法导致原油储罐1内各点的油温不均匀。

膨胀阀6与加热管3之间设置有第一截止阀12，膨胀阀6与直埋管换热器9之间设置有第二截止阀13。在对该自动加热系统进行检修时关闭第一截止阀12和第二截止阀13，避免整个系统的氟全部更换，方便对设备的更换(比如更换储液器4、过滤器5或膨胀阀6)。当温度传感器感应到原油储罐1内原油的温度低于设定值时(设定值根据油品质确定，为保障原油的流动性，热泵机组17启动的温度设定高于原油凝固点2～3度)，该自动加热系统自动启动油泵11，使加热管3能够加热油管2中的原油，油管2内的原油更接近热源，因此温度略高于其储存温度，保证原油的流动性，方便对原油的输出。

进一步地，如图3所示，加热管3以s形的方式围绕在油管2下部的外周(即加热管3由油管2底部的一端沿油管2轴向的方向延伸至油管2的另一端，再由油管2底部的另一端沿油管2轴向的方向延伸回油管2的一端，然后再由油管2底部的一端沿油管2轴向的方向延伸至油管2的另一端，直至加热管3以半圆形覆盖在油管2的下半部的外周)，加热管3的弯曲幅度由加热管3的最小弯曲半径决定，使加热管3与油管2充分接触，油管2和加热管3的外周套设有气凝胶保温材料14。如此设置能够提高加热管3内的介质与油管2的原油进行换热的效率，气凝胶保温材料14能够防止加热管3及油管2的温度的流失。

进一步地，直埋管换热器9与压缩机7之间设置有气液分离器8，第一截止阀12与膨胀阀6之间依次设置有储液器4和过滤器5。气液分离器8用于防止液体的介质进入压缩机7而产生液击现象进而损坏压缩机7。储液器4用于储存多余的液体的介质，过滤器5用于吸收介质中的水分并过滤其中的杂质。

进一步地，油管2的一端先由原油储罐1一侧距原油储罐1的罐底0.5m的位置处伸出后向下延伸至原油储罐1的下方、然后水平延伸至原油储罐1的另一侧、再向上延伸至原油储罐1的另一侧的中部，油管2的另一端在原油储罐1的另一侧距原油储罐1的罐底0.5m的位置处与原油储罐1连通。

油管2由两个竖向段和一个水平段组成，水平段的两端分别与两个竖向段的底端连通，其中一个竖向段的顶端与原油储罐1的一侧的中部连通，另一个竖向段的顶端与原油储罐1的另一侧的中部连通，其中一个竖向段的顶端为油管2的一端，另一个竖向段的顶端为油管2的另一端，油管2的一端与油管2的另一端在原油储罐1的位置相对设置，水平段位于原油储罐1的下方，水平段与原油储罐1的下端之间的距离为0.5米；输油管15与水平段的一端连通。

具体地，本发明所公开的原油储罐地源热泵自动加热系统，其具体工作过程如下：

当温度传感器感应到原油储罐1内原油的温度低于设定值时，自动启动油泵11，油泵11从原油储罐1的下部一侧将原油抽出，经加热管3加热后由原油储罐1的另一侧送回储罐，原油在油泵11的驱动下与加热管3内高温高压气体的介质通过逆流换热的方式进行换热，使加热管3能够加热油管2中的原油，原油储罐1内的原油通过油管2进行循环，使原油储罐1内的原油充分搅动，保证原油被充分均匀的加热。

加热管3中高温高压气体的介质加热原油后变为低温高压的液体，然后经储液器4的存储和过滤器5的过滤后进入膨胀阀6，低温高压液体的介质经膨胀阀6节流降压后变为低温低压的液体，低温低压液体的介质进入直埋管换热器9并在直埋管换热器9中吸收地下土壤10中的热量蒸发为低温低压的气体，然后经气液分离器8进行气液分类后进入压缩机7，由压缩机7将介质由低温低压的气体压缩为高温高压的气体，高温高压气体的介质流入加热管3加热油管2中的原油，完成循环。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、当只需使用少量油品时，仅对需使用的原油进行加热，避免对整个原油储罐1内的原油全部进行加热，生产效率高。

2、加热管3的温度基本恒定，使得油管2内的原油温度可以控制。

3、仅对需使用的原油进行加热，避免了原油在长时间，多次反复的加热过程中产生大量细小的分解物，分解物溶于油品中对质量产生一定的影响，影响油品化工品质量，增加了后期处理的成本。

4、利用热泵机组17加热原油，节约了大量的热力资源，热量利用率高。

5、原油在油管2内流动，避免了原油在换热面长时间高温滞留所产生的不良后果(原油在换热面长时间高温滞留产生的不良后果包括：原油极易产生分解，结聚于表面，致使换热面的油品温度过高，容易结焦，严重影响和阻碍热量的传导和布散)。

综上，本发明提供的一种原油储罐地源热泵自动加热系统，包括原油储罐1、热泵机组17，原油储罐1下方设置有油管2，油管2分别在原油储罐1底部的两侧与原油储罐1连通。热泵机组17包括加热管3、膨胀阀6、压缩机7和直埋管换热器9，加热管3、膨胀阀6、压缩机7和直埋管换热器9依次连通形成用于介质循环的通路，直埋管换热器9埋设于地下土壤10中，直埋管换热器9能够吸收地下土壤10的热量，加热管3设置在油管2的外周，加热管3内的介质能够加热油管2中的原油。

热泵机组17采用全氟系统(即热泵机组17的介质循环通路中仅有氟一种冷媒作为介质进行换热)，省略了现有技术中通常采用的地源热泵用户侧和地源侧的两台水泵以及用户侧和地源侧的两台换热器，使该自动加热系统更加简单可靠，大大提高了系统的效率，该热泵机组17比常规地源热泵系统节能40％以上。该自动加热系统只有氟一种冷媒，省略了水系统，杜绝了北方冬季利用水系统进行换热而被冻坏的可能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。