太陽能電加熱組合技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

高 麗

(1.中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東 東營 257061;2.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

江蘇油田原油凝固點(diǎn)高、粘度大，油井產(chǎn)量低，氣油比低，伴生氣少，常溫下流動(dòng)性差，在油氣儲(chǔ)運(yùn)過程中，為了保持較好的流動(dòng)性，地面工藝常采用三管伴熱流程。這種工藝一次性投資大，使用周期短，能源消耗高，流程換熱效率在50%左右，并且管理和維護(hù)工作量大。

江蘇油田地處江淮流域，這里年均日照時(shí)數(shù)將近2 200 h，年太陽輻射量達(dá)6 000 MJ/m2以上，具有優(yōu)良的太陽能利用條件。2006年，江蘇油田進(jìn)行了太陽能輔助電加熱技術(shù)的應(yīng)用嘗試，做到了太陽能與電加熱器之間的熱量互補(bǔ);利用智能加熱控制系統(tǒng)及配套設(shè)施，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)各供熱點(diǎn)的熱交換，改變了傳統(tǒng)的鍋爐供熱模式，熱效率顯著提高。

1 太陽能電加熱組合技術(shù)的組成及原理

1.1 太陽能加熱方式

油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)利用太陽能加熱原油，一般有直接加熱和間接加熱兩種方式。直接加熱方式是原油直接進(jìn)入太陽能集熱器進(jìn)行加熱，是原油受熱過程中效率較高的一種方式。但由于太陽輻射的晝夜溫差和年溫差波動(dòng)大，集熱器內(nèi)的溫度變化大，集熱器內(nèi)的原油易出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，集熱器易結(jié)垢需要經(jīng)常清洗。間接加熱方式是利用清水作傳熱介質(zhì)，利用加熱盤管將收集的太陽輻射能傳遞給儲(chǔ)油罐中的原油，由于太陽能集熱系統(tǒng)完全與原油隔離，因此能徹底避免直接加熱方式的各種弊端，但加熱效率相對(duì)低一些[1－5]。

1.2 電加熱方式

電加熱有直接和間接兩種方式，直接加熱熱效高，易結(jié)垢;間接加熱效率不如直接加熱方式高，但維護(hù)較為方便[6－7]。

1.3 組合技術(shù)的組成及工作原理

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和應(yīng)用要求，太陽能電加熱組合系統(tǒng)主要包括太陽能集熱、水路循環(huán)、蓄熱、電加熱、和控制系統(tǒng)五個(gè)部分。其工作原理如圖1所示。在正常太陽能輻射條件下，蓄熱水罐主要依靠太陽能加熱，在太陽能不足時(shí)，啟動(dòng)水罐內(nèi)電加熱器，蓄熱罐水溫采用溫控儀自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。

圖1 太陽能輔助電加熱儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)圖

2 現(xiàn)場太陽能電加熱組合技術(shù)的設(shè)計(jì)及試運(yùn)行

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2006年，選取了王龍莊油田進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)站點(diǎn)轄油井1口，井口油溫25～30℃，原油拉運(yùn)需加熱至55℃，該站點(diǎn)原油工藝條件及物性參數(shù)見表1。根據(jù)測算，T83－1井組夏天用熱約9 kW，冬季用熱約13 kW，年均用熱約11 kW。

表1 王龍莊油田原油工藝條件及物性參數(shù)

由于熱管式真空管太陽能集熱器具有承壓性能好，熱效率高、晚間熱損小、安裝維護(hù)方便、適合做大面積等工程特性，通過綜合的分析比較，最終選擇了EJ100－8型全銅熱管式真空管太陽能集熱器作為現(xiàn)場試驗(yàn)的太陽能集熱系統(tǒng)試驗(yàn)裝置(技術(shù)參數(shù)見表2)。

表2 EJ100－8型太陽能集熱技術(shù)參數(shù)表

依據(jù)南京地區(qū)的氣象資料，站點(diǎn)水平面上單位面積太陽能年輻射總量約為1 385.1 kWh/m2，折算日平均單位面積太陽輻照量為3.8 kWh/m2。南京地區(qū)水平面各月太陽能總輻射量見表3。

表3 南京地區(qū)水平面各月太陽能總輻射量表

則以年平均耗熱11 kW計(jì)，所需太陽能集熱器面積為

式中Q——站點(diǎn)日平均熱耗，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，取年平均值;

t——日照時(shí)間，取晴天條件下，日平均日照時(shí)間10 h計(jì);

η1——EJ100－8型太陽能集熱器在不同工作溫度下的集熱效率，取項(xiàng)目太陽能平均工作溫度60℃;

η2——太陽能集熱效率，取 0.6。

總熱量計(jì)算時(shí)取正常太陽能輻射強(qiáng)度條件下，白天完全采用太陽能集熱系統(tǒng)供熱

則S=11 kW ×10 h/(3.8 kWh/m2×0.672 ×0.6)=72 m2

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用情況及效果

根據(jù)現(xiàn)場條件，最終選用了30組真空管集熱器，太陽能集熱器面積為60 m2。經(jīng)過一年的運(yùn)行，取得了較好的成果。在7～9月份日照充足時(shí)，全部依靠太陽能供熱，其余月份則是太陽能和電加熱互補(bǔ)使用[8]。

3 推廣應(yīng)用

2009年，油田在李堡產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目中[10]，推廣應(yīng)用了該技術(shù)。李堡油田位于南通海安地區(qū)，為一狹長形油區(qū)，油區(qū)集輸管網(wǎng)全部采用單管集油，與此相適應(yīng)，李堡集油站建設(shè)推廣應(yīng)用了太陽能和電加熱組合技術(shù)，利用站內(nèi)建筑屋頂，共安裝工業(yè)太陽能集熱板262 m2，實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊供熱油氣零消耗、零排放、清潔生產(chǎn)的目的。并每年可有效利用太陽能15萬kWh，年節(jié)約人工費(fèi)、環(huán)境保護(hù)費(fèi)用及供熱設(shè)備維護(hù)費(fèi)等費(fèi)用30多萬元，整個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)投資期約4年。

通過近幾年的逐步推廣應(yīng)用，目前油田太陽能集熱系統(tǒng)面積已達(dá)近千平方米，通過太陽能集熱系統(tǒng)建設(shè)，也有效兼顧了現(xiàn)場職工的生活用熱需求，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)與生活節(jié)能降耗工作同步進(jìn)行。因此，持續(xù)在符合條件的油田區(qū)塊建設(shè)應(yīng)用該組合技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)于實(shí)現(xiàn)油田原油生產(chǎn)的節(jié)能減排具有非常重要意義。

[1]Robert Hasting，A time journey through solar architecture－1900 to the future the ISES Solar World Congress 2007 Beijing China，2007.

[2]賀平，孫剛.供熱工程[M].北京:北京建筑工業(yè)出版社，1993:50－72.

[3]蘇文佳，左然.太陽能平板集熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)[J].太陽能學(xué)報(bào)，2008(29):35－37.

[4]蘇文佳.左然.屋頂集熱式太陽房供暖系統(tǒng)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2009，27(3):275 －279.

[5]王思瑩，譚羽非.寒區(qū)太陽能和沼氣鍋爐聯(lián)合增溫系統(tǒng)試驗(yàn)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2007，25(4):364 －371.

[6]賀鳳云.電加熱集輸管道結(jié)蠟規(guī)律[J].油氣田地面工程，2009(10):34－35.

[7]王婷.電加熱油氣集輸流程轉(zhuǎn)油站節(jié)能分析[J].油氣田地面工程，2009(9):45－46.

[8]吳明菊，王春蘭.江蘇邊遠(yuǎn)零散油田地面工藝技術(shù)[J].油氣田地面工程，2010(16):70 －75.

[9]霍曉蕾.太陽能—電能混合加熱技術(shù)[J].油氣田地面工程，2009(3):9－10.

[10]吳明菊.李堡油田地面工藝節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用[J].復(fù)雜油氣藏，2010(12):82－84.