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太阳能在油气田地面工程中的应用

文档作者：侯磊1，张欣1，周伟2 文档来源： 1．中国石油大学(北京) 2．中国石油西部管道公司		点击数：	更新时间： 2024年08月08日
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应用能源技术2011年第1期(总第157期)
太阳能在油气田地面工程中的应用
侯磊1，张欣1，周伟2
(1．中国石油大学(北京)，北京102249；2．中国石油西部管道公司，新疆乌鲁木齐830012)
摘要：介绍了太阳能在国内外油气田地面工程领域的利用情况，包括用太阳能加热原油、
光热效应用于边缘井站储油罐维温、太阳能照明以及太阳能用于计量间采暖，阐述每种应用系
统的组成、原理和特点。分析了太阳能在油气田地面工程中应用中存在的问题，提出具体的解
决措施。
关键词：太阳能；油气田；加热原油；照明；采暖
中图分类号：$214 文献标志码：B 文章编号：1009—3230(2011)Ol一0040—04
Application of Solar Energy in Oil—Gas field Surface Engineering
HOU Leil，ZHANG Xinl，ZHOU Wei2
(1．China University of Petroleum，Beijing 102249，China；
2．Petrochina West Pipeline Company，Urumqi 830012，China)
Abstract：The Application status of solar energy in oil and
gas field surface engineering home and
abroad is presented．It includes heating crude oil in pipeline and temperature maintaining of tanks in
marginal well station，illuminating and heating for metering house．The composition，operation
principle，characteristics of the solar energy utilization systems ale narrated．The existing problems for
solar energy application are proposed．The corresponding solution measures are suggested．
Key words：Solar energy；Oil and gas field；Crude oil heating；Illumination；Heating．
O 前言
随着我国油气田的持续开发建设，能源节约
和环境污染显得越来越重要。如何在有限的资源
和严格的环保要求的双重制约下，实现油气田地
面工程的能源节约已经成为重要的研究课题。越
来越多的国家深刻意识到发展低碳经济的重要性
以及开发可再生资源的战略价值。在可再生资源
中，太阳能以其储量大、时间长久、开发利用清洁
性、存在普遍性和逐步显露的经济性等优势，被各
个国家视为解决常规能源危机以及环境污染等问
题的有效方法。将太阳能应用到油气田地面工
程，不仅能节约大量能源，而且还能改善环境，符
合低碳经济发展的要求。文中主要介绍太阳能在
收稿日期：2010—10一ll 修订日期：2010—12一15
作者简介：侯磊f1966一)，男，副教授，博士，从事油气储运
【程教学科研工作。
国内外油气田地面工程中利用情况，分析太阳能
在油气田地面工程应用中存在的问题，并提出相
应的改进措施。
1 太阳能在油气田地面工程中的应
用状况
1．1太阳能在国外油气田地面工程中的应用
国外有较多的将太阳能在原油和燃油输送加
热中应用的实例n-2]。1984年，澳大利亚太阳能
公司成功完成了稠油管道试验，在太阳能充足的
条件下，原油温度可提高40。c，夜间也可以提高
lo℃；委内瑞拉一条长32kin的稠油管道采用太
阳能热二极管技术后，输油温度从28℃增加至
60℃，输送能力提高17％L31；在科威特、印度尼西
亚、马来西亚等国家和地区也建有太阳能加热示
范管道。土耳其Mohamad开发了一种集储存箱
和集热转换装置于一体的太阳能热二极管中低温
万方数据
2011年第1期(总第157期) 应用能源技术41
集热装置，采用一塑料片抑制夜间储存箱的对流
散热损失，对于燃料预热具有较好的效果；澳大利
亚太阳能系统公司开发的Helitherm系统Ho，是利
用太阳能对管线伴热，其核心是热二极管，热二极
管包括透明保温材料、不透明保温材料和光谱选
择层，这三部分共同作用，产生二极管的效应，吸
收阳光并保持热量，该系统已取得了专利，在管线
上安装Helitherm系统可以提高管道输量，将油温
保持在环境温度以上50℃，降低泵送系统操作压
力。
1．2太阳能在国内油气田地面工程中的应用
1．2．1太阳能加热原油系统
太阳能加原油热系统主要由集热、蓄热、供热
子系统和辅助热源等4部分组成”J，如图l所示。
集热系统由真空管太阳能集热器和循环管道组
成，在集热和供热子系统之间增设了蓄热系统，以
解决太阳能的供给与需求在数量和时间上不能很
好地匹配和协调的问题。当太阳辐射能过多时，
蓄水箱吸收太阳能，将热能储存起来，需要热能
时，蓄热单元对管阵中的导热介质加热；当太阳能
不充分时，需依靠加热炉辅助加热来维持系统的
正常运转。
油温
环境温度
环境光照
蓄热箱温
图1 太阳能加热原油系统构成
采用间接加热，整个加热系统与常规原油加
热系统可以联合运行，也可以独立运行。系统设
有大小两个蓄水箱，这样可以将多余的热量蓄存
起来，保证在太阳能辐射不足的时候，有充分的热
量加热原油。另外也可以减少系统的启动时间。
采用热管式真空管太阳能集热器，这种集热器具
有防冻抗冻能力强、系统承压好、热效率高、启动
快、运行可靠、寿命长、安全经济等特点K一¨。
2005年，原油集输太阳能加热节能系统在中
国石油辽河油田兴隆台采油厂56站试运行一次
成功哺】，系统自动关闭天然气加热，在单纯太阳
能加热的情况下，经过换热器的原油最高温度达
到85℃，之后系统启动天然气加热，由双系统共
同工作。该系统自正式投入生产运行至今，经历
了各种天气变化的考验，即使在低温的天气(一
22℃)时，系统也能安全稳定地运行，平均日节约
天然气240mM引。
1．2．2光热效应在边缘井站储油罐维温中的应用
传统的边缘井站耗能都是以电为主，其中大
部分电能用来加热储油罐。这种工艺生产方式不
仅耗电量很大，费用高，而且用于加热的电加热棒
易损坏，危险性高。利用太阳能效应对边缘井站
的储油罐加热系统进行节能改造。
单井储油罐太阳能加热装置主要由太阳能集
热器、高效储能换热器、控制器及热水罐四大部分
组成。其中太阳能集热和高效储能换热器为一体
化设计，控制器依据储液罐内温度确定是否需要
补充加温，整个系统实现了自动化控制。装置结
构图如图2所示。此系统以太阳能为主要能源，
当光照充足时，能够利用太阳能持续加热。只在
特殊气候条件下需要使用电辅助加热。集热器以
闭路循环形式使加热盘管内载热工质循环，通过
热交换系统对储罐原油加温。
图2单井储油罐太阳能加热系统工作流程
2008年，河南油田首次使用太阳能装置给油罐
加热㈤1，在确保安全生产的情况下，满足任何时间装
运原油所需的45℃左右的温度。该装置采用电脑
控制，智能化自动运行，操作简单，具有安全、节能、
万方数据
42 应用能源技术2011年第l期(总第157期)
高效的优点。大港油田采油三厂枣大站卸油台两具
油罐罐共安装8台电加热棒加热运行，年耗电量约
80万kW·h，日耗电量达2 200 kW·h，2009年实施
集群太阳能加温装置结合辅助电加热的改造阻¨。
以太阳能为主要能源，阴雨天气配合电辅助加热，
通过加热盘管间接加热储油罐内液体，替代了原
有电加热棒加热的方法，从而在根本上杜绝了漏
电、液位低仍在加热等事故造成的危害和隐患，真
正实现了安全生产。据电表计量统计，同期对比
13均节电1 400 kW·h。
1．2．3太阳能照明
太阳能照明系统由太阳能电池组件、光源、控
制器、蓄电池组等部分构成，总体分为太阳能发
电、储能和照明三部分。当阳光充足时，电池方阵
发电并对蓄电池充电，蓄电池储存的电力经逆变
器转变为交流电，为照明系统供电；当连续阴雨天
时，导致太阳能供电不足，需要利用市电对照明系
统进行补充【12—31。
太阳能照明在油气田地面工程中已经得到了
广泛的应用。新疆油田在克拉玛依六九区17号
站供热站首次试验和应用太阳能照明系统。该系
统采用固定式3．4 kW太阳能离网发电，包括5个
680 Wp方阵、l台5kW太阳能离网控制逆变一体
机，输出220 V单相交流电。发电单元可以直接
为蓄电池充电，蓄电池储能为照明装置供电，负载
用电可以在太阳能用电和市电间切换。节能测试
结果表明，应用太阳能照明系统，不仅实现了供热
站夜间照明，而且用电负荷降为原来的1／10。
1．2．4太阳能在计量间采暖中的应用
为了在油气集输系统中降低能耗，对油井采
取不加热集油。虽然为油田生产节约了大量的热
能，但同时由于不需要热水伴热，也影响了计量间
的冬季供暖。在没有供热来源和水源的条件下，
可引入太阳能对计量间进行采暖。太阳能采暖系
统由两个独立的循环回路构成，分别是集热回路
和散热回路。集热回路是由集热器和储水箱构成
的，它是由温度控制柜控制的两个温控回路实现
的。散热回路是由储水箱和散热设备组成。这两
个回路在储水箱水温达到一定温度后开始同时进
行循环工作¨引。
工作流程图如图3所示，太阳能采暖系统由
两个独立的循环回路构成，分别是集热回路和散
热回路。集热回路是由集热器和储水箱构成的，
它是由温度控制柜控制的两个温控回路实现的。
L、疋是两个温度传感器测得的温度，E是集热
器内热媒的温度，疋是水箱内的温度。散热回路
是由储水箱和散热设备组成。这两个回路是在储
水箱的水温达到一定温度后开始同时进行循环工
作的。启动储水箱旁的循环泵，将水箱内的水打
人集热器，水温逐渐升高。当E大于60℃时打
开电磁阀S。，数秒后启动循环泵，将储水箱内冷
水顶入集热器，这样通过不断抽冷水又不断顶出
热水回到水箱的循环，集热器不断将太阳晒热的
水送人储水箱，当正=疋时关闭电磁阀S，和热
水泵，此时储水箱水温可以提供散热回路所需散
热量，室内采暖系统的循环泵在智能温度控制下
开始带动室内散热器和管道循环，进行辐射散热。
随着热量的散失，当死>45℃且瓦一疋>20℃
时，启动电磁阀S。和热水泵，开始新一轮加热
循环。
S：电磁阀
圈3太阳能集热系统原理流程图
2 问题与建议
(1)太阳辐射强度因受地区、气候、季节和昼
夜变化等因素影响，时强时弱，时有时无，具有不
稳定性和间歇性。风能和太阳能资源都具有不稳
定性和间歇性，二者可以形成天然互补性，利用风
万方数据
2011年第1期(总第157期) 应用能源技术43
能发电，将电能应用于电加热系统；利用太阳能产
生的热量对原油进行加热，可保证原油加热系统
的持续稳定工作。
(2)太阳能能流密度较低，日照较好的时候，
地面上每l m2面积所接受的能量只有1 kW左
右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用
要求，从而使装置占地面积大。将太阳能技术与
热泵技术结合起来，发展太阳能型热泵，将太阳能
作为蒸发器的热源，可同时提高太阳能集热器效
率和热泵系统性能。
(3)由于太阳能供热技术受外界条件影响比
较严重而导致系统不稳定，可以采用较好的蓄热
材料和结构，使得太阳能加热系统在辐射充足时，
蓄热结构储存足够多的热量，供夜晚和阴雨天等
情况下使用。
(4)研发新型集热器，在满足供热需求的情
况下，尽量缩小集热器面积，将太阳能加热技术应
用于更广泛的场合，如大型储罐内原油加热。
(5)对太阳能加热设备，开发适用的防垢阻
垢技术以改善加热效果。
(6)对于太阳能照明系统应该提高配置，合
理匹配各组成部分，而不是单纯地加大蓄电池
容量。
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万方数据

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