石油儲罐太陽能加熱系統原理及具體詳參設計實例分析

　　一、石油儲罐太陽能加熱系統原理

　　儲油罐為雙層結構，內外夾層間是一空腔用來儲存熱水，靠熱水來給油加熱和保溫。油罐外層進出水口連接管路與大部分集熱器串聯成循環回路。同時，罐內靠近出油口處也裝有換熱器，換熱器兩端與一部分集熱器串聯形成循環管路。罐內加裝一銅盲管，用來安裝溫度傳感器。系統由溫差循環提供換熱器所需熱水，當T1高于T210℃時，泵即啟動，開始循環，T1—T2<3℃時，泵停止。

　　二、石油儲罐太陽能加熱系統光伏發電部分

　　由于有些油井在野外空曠地帶，沒有電源，而系統的運行控制都需要電，為解決此問題，可以采用太陽能光電池板發電，并把電量儲存起來，不僅解決了系統運行與控制用電問題還可以提供看井人員的生活用電。該部分設計如下：

　　(1)生活用電

　　照明：室內40W×4h，室外40W×10h;

　　電視：100w×8h;

　　合計1.36Kw·h

　　參考濟南地區氣象條件，日照時間按4.5h/天計，本系統可連續工作4天。

　　(2)系統用電

　　循環泵PH-123E，輸入功率271W，125W;

　　控制系統消耗功率20W;

　　合計工作5h/天，計290w×5h=1.6Kw·h

　　由于目前相變儲熱技術應用還不是很完善，且有一定的應用局限，實際應用存在一定的難度，我們可以用熱水代替夾層油罐中的相變材料，使熱水跟集熱器串聯在循環回路內參與循環換熱，將油罐內的換熱器保留，形成簡易石油儲罐太陽能加溫系統。下面我們以勝利油田某石油儲罐太陽能加熱系統為例介紹該系統的設計方案。

　　三、石油儲罐太陽能加熱系統設計計算

　　1、集熱參數計算

　　a、相關參數

　　(1)原油參數

　　如下表、原油參數

　　(2)儲油罐容量：30m3

　　需加熱油按20m3計算，需要保持油溫為60℃，原油溫度按30℃計。

　　b、加熱原油所需熱量

　　將20m3初溫為30℃的原油加熱到60℃，所需的熱量為：

　　Q=C油ρ油VΔt

　　=2.53×0.96×103×20×(60-30)

　　=1.46×106 KJ

　　b、換熱用水溫為80℃，則加熱油溫至60℃所需水量為：

　　Q=1.46×106KJ=CmΔt

　　m=1.46×106KJ/(4.2×103×20)=17.38T

　　2、熱力計算

　　3、熱損失計算

　　(1)每㎡保溫層外表面的散熱量計算

　　式中T0——設備外表面溫度，℃

　　Ta——環境溫度，℃

　　 ——保溫層厚度，m 

　　λ——保溫結構在平均溫度T的導熱系數，w/(m·℃)

　　αs——表面放熱系數，w/(m2·℃)

　　以上參數中T0取40℃,Ta取-10℃， 取0.08m，λ取0.0275 w/(m·℃)

　　，W為當地平均風速，取3m/s

　　則αs=13 w/(m2·℃)

　　(2)油罐表面積計算

　　A=75.77㎡

　　(3)每日總體散熱量

　　Q散=Q·A·t=23.436×75.77×3600×24=153.42MJ

　　4、換熱面積計算

　　(1)傳熱公式：Q=UAΔt

　　式中：U——傳熱系數 kcal/(h·㎡·℃);

　　A——換熱面積;

　　Δt——對數平均溫差。

　　Δt =(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=[(80-60)-(60-30)]/ln(80-60)/(60-30)=24.66℃

　　設加熱時間為10h，則每小時換熱量

　　Q’=(Q+Q散)/8=(1460+153.42) /8=161.34MJ

　　(2)傳熱系數選擇

　　如下表、傳熱系數

　　水—油傳熱系數取150kcal/(h·㎡·℃)

　　(3)換熱面積

　　A’=Q/Uδt=161.34MJ /(150×4.2×23.436)=10.93㎡

　　5、集熱面積計算

　　(1)日輻照量計算

　　此方案中選擇濟南的太陽輻照量作為參考。

　　根據中國氣象局國家氣象中心氣象臺提供的2000年濟南每月及年總輻射數據(單位：MJ/m2)

　　以3月份和9月份的月均輻照量為依據計算：

　　(527.88+438.41)/2=483.145 MJ/m2

　　平均日輻照量為：

　　H=483.15/30=16.105 MJ/m2

　　(2)集熱面積

　　A =Q/Hη=(1.46×106 +1.53×105)KJ /(16.105 ×106J/m2×50%)=200.31㎡

　　儲油罐存儲20m3原油所需時間一般為3天?？紤]到儲油罐每天都在接受太陽的熱量加溫，則存滿20m3油時油溫已經被加熱到較高溫度，考慮到天氣影響設定3天集夠所需熱量，則所需集熱面積為：

　　A=200.31/3=66.77㎡

　　(3)集熱器

　　采用聯集管集熱器作為集熱單元，HJII-48LX18-45°型聯集管集熱器每臺集熱面積為7.2㎡，所需集熱器數量為：　66.77/7.2=10臺

　　石油儲罐太陽能加熱系統實例照片一覽

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