耦合太阳能与油田余热的原油加热系统的制作方法

1.本发明涉及热回收技术领域，具体地，涉及一种耦合太阳能与油田余热的原油加热系统。


背景技术：

2.我国大多数油田开采出来的原油凝固点高、黏度大、含蜡量高、流动性差，大多数属于高粘易凝原油，因此为了便于远距离输送，在原油集输工艺中，从油井中开采出的原油一般需要加热后黏度降低才可以向外输送。目前石油行业在输配原油过程中通常采用燃烧化石燃料产生高温烟气的方式加热采出原油和常采用溴化锂吸收式热泵加热系统对原油进行供热。
3.相关技术中，溴化锂吸收式热泵主要采用以太阳能为主的可再生能源作为驱动，以对低位热源进行提升。然而，太阳能具有不稳定性。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，该系统可实现燃气和可再生太阳能集热及储热互补的方式为吸收式热泵系统供热，稳定性高。
5.本发明实施例的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，包括：
6.太阳能组件；
7.储热组件，所述储热组件与所述太阳能组件相连，所述太阳能组件产生的至少部分热量可储存在所述储热组件内；
8.吸收式热泵组件，所述吸收式热泵组件内具有第一循环介质，所述吸收式热泵组件与所述储热组件相连，以通过所述储热组件内的热量对所述第一循环介质加热；
9.换热器和分离器，所述换热器具有第一通道和第二通道，所述第一通道与所述吸收式热泵组件连通，所述第二通道内具有原油且与所述分离器连通，所述第一循环介质从所述吸收式热泵组件流入所述第一通道对所述原油进行加热，加热后的所述原油从所述第二通道进入所述分离器后可分离出燃气、油和水，所述燃气燃烧产生的热量和水的热量进入所述吸收式热泵机组以对所述第一循环介质供热。
10.本发明实施例的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，原油加热分离出的燃气燃烧产生的热量和通过太阳能组件所产生的热量共同为吸收式热泵组件内的第一循环介质进行加热，不仅可进一步地提高吸收式热泵机组对原油加热的稳定性和可靠性，还可进一步地提高本发明实施例的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统对于原油各组分的有效利用，和对原油流量和环境因素变化的适用性。
11.在一些实施例中，所述储热组件具有第三通道和第四通道，所述第三通道与所述太阳能组件连通，以使所述太阳能组件产生的至少部分热量储存在所述第三通道内，所述第四通道内具有第二循环介质且与所述吸收式热泵组件连通，所述第二循环介质与所述第
三通道内的热量进行热交换，所述第二循环介质与所述第一循环介质进行热交换。
12.在一些实施例中，所述第一循环介质在所述第一通道内的流动方向与所述原油在所述第二通道内的流动方向相反。
13.在一些实施例中，所述分离器具有第一出口、第二出口和第三出口，所述燃气适于从所述第一出口排出，所述水适于从所述第二出口排出，所述油适于从所述第三出口排出。
14.在一些实施例中，所述耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括储气装置，所述储气装置连通所述第一出口和所述吸收式热泵组件，所述储气装置用于储存所述燃气，所述燃气通过所述储气装置进入所述吸收式热泵组件，所述燃气在所述吸收式热泵组件内燃烧并产生热量，以对所述第一循环介质进行加热。
15.在一些实施例中，所述耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括容纳件，所述容纳件具有容纳室，所述容纳室连通所述第二出口和所述吸收式热泵组件，所述原油分离出的水通过所述第二出口储存在所述容纳室内，所述水可流入所述吸收式热泵组件内以对所述第一循环介质进行加热。
16.在一些实施例中，所述耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括：
17.第一管路，所述第一管路连通所述第一出口和所述储气装置，以使所述分离器内的燃气通过所述第一管路进入所述储气装置；
18.第二管路，所述第二管路连通所述第二出口和所述容纳室，以使所述分离器内的水通过所述第二管路进入所述容纳室；
19.第三管路，所述第三管路与所述第三出口连通，以使所述分离器内的油通过所述第三管路排出。
20.在一些实施例中，所述耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括第四管路和第五管路，所述第四管路和所述第五管路均连通所述容纳室和所述吸收式热泵组件，所述容纳室内的水通过所述第四管路进入所述吸收式热泵组件与所述第一循环介质进行换热后从所述第五管路流回所述容纳室。
21.在一些实施例中，所述耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括潜水泵，所述潜水泵设在所述第四管路上，以将所述容纳室内的水打入所述吸收式热泵组件。
22.在一些实施例中，所述容纳件还具有出水口，所述出水口与所述容纳室连通，所述出水口用于排出所述容纳室内的水。
附图说明
23.图1是根据本发明实施例的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统的示意图。
24.附图标记：1、太阳能组件；2、储热组件；3、吸收式热泵组件；31、第一口；32、第二口；4、换热器；41、第一通道；42、第二通道；5、分离器；51、第一出口；52、第二出口；53、第三出口；54、腔室；55、入口；6、储气装置；7、容纳件；71、容纳室；72、出水口；81、第一管路；82、第二管路；83、第三管路；84、第四管路；85、第五管路；86、第六管路；87、第七管路；9、潜水泵。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考
附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.如图1所示，本发明实施例的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统包括太阳能组件1、储热组件2、吸收式热泵组件3、换热器4和分离器5。
27.储热组件2与太阳能组件1相连，太阳能组件1产生的至少部分热量可储存在储热组件2内。吸收式热泵组件3内具有第一循环介质(未示出)，吸收式热泵组件3与储热组件2相连，以通过储热组件2内的热量对第一循环介质加热。具体地，吸收式热泵组件3内具有溴化锂溶液(未示出)，溴化锂溶液在吸收式热泵组件3内循环流动，储热组件2内的热量先对溴化锂溶液进行加热，溴化锂溶液再与第一循环介质进行热交换，以对第一循环介质进行加热。
28.具体地，太阳能组件1用于将太阳能转化成热能，并将热能储存在储能组件内，当太阳光照不足或夜晚没有太阳光时，可以利用储热组件2内储存的热能为吸收式热泵组件3内的溴化锂溶液加热，再通过溴化锂溶液对第一循环介质进行加热，提高了吸收式热泵组件3在不同环境条件下的稳定性和可靠性。具体地，第一循环介质为水。
29.换热器4具有第一通道41和第二通道42，第一通道41与吸收式热泵组件3连通，第二通道42内具有原油且与分离器5连通，第一循环介质从吸收式热泵组件3流入第一通道41对原油进行加热，加热后的原油从第二通道进入分离器后可分离出燃气、油和水，燃气进入吸收式热泵组件3内燃烧产生的热量与水的热量进入吸收式热泵组件3内对溴化锂溶液进行加热，溴化锂溶液在对第一循环介质进行加热。具体地，原油加热后通过分离器5分离出的燃气燃烧产生的热量和水的热量与太阳能组件1产生的热量耦合，共同为吸收式热泵组件3内的第一循环介质进行加热，提高了对原油各组分的有效利用。
30.具体地，太阳能组件1所产生的热能和燃气燃烧所产生的热能为高位热能，水的热量为低位热能，第一循环介质吸收高位热能和低位热能并将高位热能和低位热能转化为中位热能，以对原油进行加热，将原油由30℃～35℃加热到40℃～45℃。
31.由此，本发明实施例的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，通过储气与直燃的方式作为太阳能驱动的补充，不仅可进一步地提高吸收式热泵机组对原油加热的稳定性和可靠性，还可减小储热组件2的系统容量，实现可再生能源和油田低品位工业废热的综合利用，进一步地提高了对原油各组分的有效利用，和环境因素变化的适用性。
32.具体地，吸收式热泵组件3包括发生器(未示出)、吸收器(未示出)、冷凝器(未示出)、节流阀(未示出)、蒸发器(未示出)和燃烧器(未示出)等。发生器用于将从吸收器来的稀溶液沸腾浓缩，产生制冷器蒸汽和浓溶液。吸收器使从发生器来的浓溶液吸收蒸发器过来的制冷剂，产生稀溶液。冷凝器是发生器缠上的制冷剂蒸汽冷凝成制冷剂水并送往蒸发器。蒸发器是使制冷剂水蒸发吸热，以供应低温冷媒水，燃烧器用于燃烧通过分离器5分离出的燃气。
33.在一些实施例中，储热组件2具有第三通道(未示出)和第四通道(未示出)。第三通道与太阳能组件1连通，以使太阳能组件1产生的至少部分热量储存在第三通道内，第四通道内具有第二循环介质(未示出)且与吸收式热泵组件3连通，第二循环介质与第三通道内的热量进行热交换，第二循环介质与第一循环介质进行热交换。
34.具体地，第二循环介质与第三通道内的热量进行热交换，以对太阳能组件1产生的热量进行储存，当太阳光照不足或夜晚时，通过第二循环介质储存的热量还可以继续为吸
收式热泵组件3提供热能，第二循环介质与吸收式热泵组件3内的溴化锂溶液进行热交换，溴化锂溶液再与第一循环介质进行热交换，以将太阳能组件1所产生的热量转移至吸收式热泵组件3内，由此，本发明实施例的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统可提高对吸收式热泵组件3供热的连续性和稳定性。
35.在一些实施例中，第一循环介质在第一通道41内的流动方向与原油在第二通道42内的流动方向相反。具体地，吸收式热泵组件3具有第一口31和第二口32，第一口31和第二口32均与第一通道41连通，第一循环介质通过第一口31进入第一通道41并对第二通道42内的原油进行，热交换后的第一循环介质通过第二口32流回吸收式热泵组件3并继续在吸收式热泵组件3内进行换热。第一循环介质在第一通道41内的流动方向和原油在第二通道42内的流动方向相反，使得第一循环介质与原油在进行换热时的传热面积增大，换热效果更好。
36.在一些实施例中，分离器5具有第一出口51、第二出口52和第三出口53，燃气适于从第一出口51排出，水适于从第二出口52排出，油适于从第三出口53排出。
37.具体地，分离器5具有腔室54和入口55，腔室54与入口55、第一出口51、第二出口52和第三出口53连通，入口55与第二通道42连通，使得第二通道42内且被加热后的原油可进入腔室54内，加热后的原油为燃气、水和油的混合物。燃气通过第一出口51排出后进入吸收式热泵组件3内进行燃烧并产生热量以对吸收式热泵组件3内的溴化锂溶液进行加热，进而通过溴化锂溶液对第一循环介质进行加热。水通过第二出口52可进入吸收式热泵组件3，且由原油加热分离出的水具有热量，使得水的热量也可对吸收式热泵组件3内的溴化锂溶液进行加热，进而通过溴化锂溶液对第一循环介质进行加热。由此，原油加热后产生的燃气和水所具有的热量还可对吸收式热泵组件3内的第一循环介质进行加热，不仅可对太阳能组件1产生的热量进行补充，还实现了能源的有效利用。
38.在一些实施例中，耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括储气装置6，储气装置6连通第一出口51和吸收式热泵组件3，储气装置6用于储存燃气，燃气通过储气装置6进入吸收式热泵组件3内燃烧并产生热量，以对溴化锂溶液进行加热，进而通过溴化锂溶液对第一循环介质进行加热。
39.在一些实施例中，耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括容纳件7，容纳件7具有容纳室71，容纳室71连通第二出口52和吸收式热泵组件3，通过分离器5分离出的原油内的水通过第二出口52储存在容纳室71内，水可流入吸收式热泵组件3内以对第一循环介质进行加热。
40.具体地，腔室54内的水通过第二出口52流入容纳室71内，再从容纳室71内流入吸收式热泵组件3内使其所携带的余热与溴化锂溶液进行热交换，溴化锂溶液对第一循环介质进行加热，由此，可有效利用水的余热，避免能源浪费。
41.在一些实施例中，耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括第一管路81、第二管路82和第三管路83。第一管路81连通第一出口51和储气装置6，以使分离器5内的燃气通过第一管路81进入储气装置6，减少了燃气的外溢，节约能源。第二管路82连通第二出口52和容纳室71，以使分离器5内的水通过第二管路82进入容纳室71，减少了水的余热的散失，使得水的余热尽可能多的与第一循环介质进行热交换。第三管路83与第三出口53连通，以使分离器5内的油通过第三管路83排出，减少了油的浪费。
42.在一些实施例中，耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括第四管路84和第五管路85，第四管路84和第五管路85均连通容纳室71和吸收式热泵组件3，容纳室71内的水通过第四管路84进入吸收式热泵组件3与第一循环介质进行换热后从第五管路85流回容纳室71。具体地，第四管路84、吸收式热泵组件3、第五管路85和容纳室71形成回路，通过第二出口52流入容纳室71的水再通过第四管路84进入吸收式热泵组件3与第一循环介质进行热交换，随后再通过第五管路85回流至容纳室71。
43.在一些实施例中，耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括第六管路86和第七管路87，第六管路86和第七管路87均连通吸收式热泵组件3和第四通道，第二循环介质从第六管路86进入第四通道并与第三通道内的热能进行热交换，随后再通过第七管路87回到吸收式热泵组件3内与溴化锂溶液进行热交换，溴化锂溶液再与第一循环介质进行热交换。
44.在一些实施例中，耦合太阳能与油田余热的原油加热系统还包括潜水泵9，潜水泵9设在第四管路84上，以将容纳室71内的水打入吸收式热泵组件3，使得容纳室71内的水可以更快速的进入吸收式热泵组件3内与溴化锂溶液进行热交换，溴化锂溶液再与第一循环介质进行热交换，从而提高水与溴化锂溶液再与热交换的效率。
45.在一些实施例中，容纳件7还具有出水口72，出水口72与容纳室71连通，出水口72用于排出容纳室71内的水，用于释放容纳室71的容积，以源源不断的流入水和流出水，且通过出水口72流出的水还可用作其他用途，从而提高水的利用率，减少能源的浪费。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
47.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
48.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
49.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
50.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实
施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，包括：太阳能组件(1)；储热组件(2)，所述储热组件(2)与所述太阳能组件(1)相连，所述太阳能组件(1)产生的至少部分热量可储存在所述储热组件(2)内；吸收式热泵组件(3)，所述吸收式热泵组件(3)内具有第一循环介质，所述吸收式热泵组件(3)与所述储热组件(2)相连，以通过所述储热组件(2)内的热量对所述第一循环介质加热；换热器(4)和分离器(5)，所述换热器(4)具有第一通道(41)和第二通道(42)，所述第一通道(41)与所述吸收式热泵组件(3)连通，所述第二通道(42)内具有原油且与所述分离器(5)连通，所述第一循环介质从所述吸收式热泵组件(3)流入所述第一通道(41)对所述原油进行加热，加热后的所述原油从所述第二通道(42)进入所述分离器(5)后可分离出燃气、油和水，所述燃气燃烧产生的热量和水的热量进入所述吸收式热泵机组以对所述第一循环介质供热。2.根据权利要求1所述的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，所述储热组件(2)具有第三通道和第四通道，所述第三通道与所述太阳能组件(1)连通，以使所述太阳能组件(1)产生的至少部分热量储存在所述第三通道内，所述第四通道内具有第二循环介质且与所述吸收式热泵组件(3)连通，所述第二循环介质与所述第三通道内的热量进行热交换，所述第二循环介质与所述第一循环介质进行热交换。3.根据权利要求1所述的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，所述第一循环介质在所述第一通道(41)内的流动方向与所述原油在所述第二通道(42)内的流动方向相反。4.根据权利要求1所述的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，所述分离器(5)具有第一出口(51)、第二出口(52)和第三出口(53)，所述燃气适于从所述第一出口(51)排出，所述水适于从所述第二出口(52)排出，所述油适于从所述第三出口(53)排出。5.根据权利要求4所述的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，还包括储气装置(6)，所述储气装置(6)连通所述第一出口(51)和所述吸收式热泵组件(3)，所述储气装置(6)用于储存所述燃气，所述燃气通过所述储气装置(6)进入所述吸收式热泵组件(3)，所述燃气在所述吸收式热泵组件(3)内燃烧并产生热量，以对所述第一循环介质进行加热。6.根据权利要求5所述的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，还包括容纳件(7)，所述容纳件(7)具有容纳室(71)，所述容纳室(71)连通所述第二出口(52)和所述吸收式热泵组件(3)，所述原油分离出的水通过所述第二出口(52)储存在所述容纳室(71)内，所述水可流入所述吸收式热泵组件(3)内以对所述第一循环介质进行加热。7.根据权利要求6所述的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，还包括：第一管路(81)，所述第一管路(81)连通所述第一出口(51)和所述储气装置(6)，以使所述分离器(5)内的燃气通过所述第一管路(81)进入所述储气装置(6)；第二管路(82)，所述第二管路(82)连通所述第二出口(52)和所述容纳室(71)，以使所述分离器(5)内的水通过所述第二管路(82)进入所述容纳室(71)；
第三管路(83)，所述第三管路(83)与所述第三出口(53)连通，以使所述分离器(5)内的油通过所述第三管路(83)排出。8.根据权利要求6所述的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，还包括第四管路(84)和第五管路(85)，所述第四管路(84)和所述第五管路(85)均连通所述容纳室(71)和所述吸收式热泵组件(3)，所述容纳室(71)内的水通过所述第四管路(84)进入所述吸收式热泵组件(3)与所述第一循环介质进行换热后从所述第五管路(85)流回所述容纳室(71)。9.根据权利要求8所述的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，还包括潜水泵(9)，所述潜水泵(9)设在所述第四管路(84)上，以将所述容纳室(71)内的水打入所述吸收式热泵组件(3)。10.根据权利要求6所述的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其特征在于，所述容纳件(7)还具有出水口(72)，所述出水口(72)与所述容纳室(71)连通，所述出水口(72)用于排出所述容纳室(71)内的水。

技术总结
本发明公开了一种耦合太阳能与油田余热的原油加热系统，其包括太阳能组件、储热组件、吸收式热泵组件和换热器，储热组件与太阳能组件相连，太阳能组件产生的至少部分热量可储存在储热组件内，吸收式热泵组件内具有第一循环介质，储热组件内的热量可对第一循环介质加热，吸收式热泵组件通过换热器对原油进行加热，加热后的原油可分离出燃气、油和水，燃气燃烧产生的热量和水的热量进入吸收式热泵机组以对第一循环介质进行加热。本发明实施例的耦合太阳能与油田余热的原油加热系统可实现燃气和可再生太阳能集热及储热互补的方式为吸收式热泵系统供热，稳定性高。稳定性高。稳定性高。


技术研发人员：白志刚 押淑芳 赵枚 丁泽群 曲江源 王阳 赵丽娜 王思莹 耿肖琪
受保护的技术使用者：国核电力规划设计研究院有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/10/15