[發明專利]一種基于光熱轉化的集熱-儲熱式輸油管道加熱系統

有效

• 申請號: 202110327445.0
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113090950B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 馮浩;焦小紅
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: F17D1/18
• 分類號: F17D1/18;F24S10/40;F24S10/70;F24S50/20;F24S60/30
• 代理公司: 重慶雙馬智翔專利代理事務所(普通合伙) 50241
• 代理人: 顧曉玲

本發明公開了一種基于光熱轉化的集熱?儲熱式輸油管道加熱系統，包括光熱轉化單元、儲液罐和加熱管路，光熱轉化單元包括太陽光跟蹤控制器、一個或多個并連的光熱轉化裝置，光熱轉化裝置包括聚光裝置和集熱管，太陽光跟蹤控制器與聚光裝置通過電纜連接；加熱管路纏繞在輸油管道上，光熱轉化裝置通過輸液管路與儲液罐連接，加熱管路與儲液罐連接，加熱管路通過第一分支管道與集熱管連接，同時加熱管路還通過第二分支管道與輸液管路連接；集熱管內設置有光熱轉化材料，將經聚光裝置聚光的太陽光轉化為熱能對集熱管內的換熱工質進行加熱，換熱工質經輸液管路流入儲液罐，再進入加熱管路，從加熱管路出來后流回集熱管或輸液管路，形成循環。

技術領域

本發明涉及油類管路輸運和太陽能轉化技術領域，具體涉及一種基于光熱轉化的集熱-儲熱式輸油管道加熱系統。

背景技術

目前，石油原油的輸運方式主要包含管道輸運、水路/鐵路/公路運輸等。其中，管道輸運由于具有運輸量大、運輸快捷方便、調度方便、安全性高等優勢，是最理想的石油原油運輸方式之一。

原油中因瀝青質、膠質等含量較高，其粘度較大，進而導致原油輸運過程中流動阻力極大。一般而言，原油的溫度越低，其粘度越高，輸運過程中伴隨的流動阻力就越大，需要消耗的泵功也就越高，該現象在冬季(尤其是我國北方)尤為明顯。由于原油中含水極低，溫度的變化對改變原油的粘度具有非常大的影響。通常，當原油的溫度增加10℃左右時，其粘度即可減少一半。因此，在原油開采、輸運過程中，均會對其加熱，常見的方法包括水蒸氣加熱、熱油循環等。考慮到目前普遍采用的方式，其加熱的形式仍然以消耗現有能源為代價，無法進一步提高綜合經濟效益。盡管目前也提出了諸如摻入稀油、活性劑、乳化劑等方式來降低原油粘度的方式，但是其帶來的化學污染等問題會使情況進一步復雜。與此同時，由于大部分的輸油管道均布置在地面上，盡管管道外壁面會包裹絕熱層，通過對流、輻射換熱散失的熱量也不容忽略，這對維持管道內原油的溫度也帶來了挑戰。因而，在長距離原油輸運過程中，分段、分點布置加熱系統也是解決其流阻問題的必要手段之一。

作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源，直接通過太陽能的光熱轉化方式對水、熔巖等介質進行加熱并利用已應用于諸多領域(H Ghasemi,G Ni,AM Marconnet,etal.Nature Communications,2014,5:4449；PFairly.IEEE Spectrum,2015,52:11-12)。

發明內容

本發明基于太陽能光熱轉化作用，構建了聚光太陽能集熱-儲熱式系統用于輸油管道的集中、分布式加熱，這可以直接降低原油輸運過程中的運輸成本、避免額外能源的消耗，提高石化企業原油輸運效率和綜合經濟效益。基于此，本申請請求保護如下技術方案：

一種基于光熱轉化的集熱-儲熱式輸油管道加熱系統，包括光熱轉化單元、儲液罐和加熱管路，所述光熱轉化單元包括太陽光跟蹤控制器、一個或多個并連的光熱轉化裝置，所述光熱轉化裝置包括聚光裝置和集熱管，所述太陽光跟蹤控制器與聚光裝置通過電纜連接控制聚光裝置隨著太陽光照射方向而轉動從而將太陽光聚集照射在集熱管上；

所述加熱管路纏繞在輸油管道上，光熱轉化裝置通過輸液管路與所述儲液罐的進口連接，加熱管路的進口與儲液罐的出口連接，加熱管路的出口通過第一分支管道與集熱管的進口連接，同時加熱管路的出口還通過第二分支管道與輸液管路連接；輸液管路、加熱管路、第一分支管道和第二分支管道上均設置有控制閥；

集熱管內設置有光熱轉化材料，將經聚光裝置聚光的太陽光轉化為熱能對集熱管內的換熱工質進行加熱，換熱工質經輸液管路流入儲液罐，再進入加熱管路，從加熱管路出來后流回集熱管或輸液管路，形成循環。

本發明的輸油管道加熱系統利用太陽光聚光裝置進行聚光，并將聚光光斑照射到集熱管上；利用集熱管內布置的光熱轉化材料吸收太陽光并轉化為熱能對換熱工質進行加熱；利用儲液罐來儲存加熱后的換熱工質；利用輸油管道外壁面布置的加熱管路對輸油管內原油進行加熱。