石油储罐太阳能加热系统原理及具体详参设计实例分析

　　一、石油储罐太阳能加热系统原理

　　储油罐为双层结构，内外夹层间是一空腔用来储存热水，靠热水来给油加热和保温。油罐外层进出水口连接管路与大部分集热器串联成循环回路。同时，罐内靠近出油口处也装有换热器，换热器两端与一部分集热器串联形成循环管路。罐内加装一铜盲管，用来安装温度传感器。系统由温差循环提供换热器所需热水，当T1高于T210℃时，泵即启动，开始循环，T1—T2<3℃时，泵停止。

　　二、石油储罐太阳能加热系统光伏发电部分

　　由于有些油井在野外空旷地带，没有电源，而系统的运行控制都需要电，为解决此问题，可以采用太阳能光电池板发电，并把电量储存起来，不仅解决了系统运行与控制用电问题还可以提供看井人员的生活用电。该部分设计如下：

　　(1)生活用电

　　照明：室内40W×4h，室外40W×10h;

　　电视：100w×8h;

　　合计1.36Kw·h

　　参考济南地区气象条件，日照时间按4.5h/天计，本系统可连续工作4天。

　　(2)系统用电

　　循环泵PH-123E，输入功率271W，125W;

　　控制系统消耗功率20W;

　　合计工作5h/天，计290w×5h=1.6Kw·h

　　由于目前相变储热技术应用还不是很完善，且有一定的应用局限，实际应用存在一定的难度，我们可以用热水代替夹层油罐中的相变材料，使热水跟集热器串联在循环回路内参与循环换热，将油罐内的换热器保留，形成简易石油储罐太阳能加温系统。下面我们以胜利油田某石油储罐太阳能加热系统为例介绍该系统的设计方案。

　　三、石油储罐太阳能加热系统设计计算

　　1、集热参数计算

　　a、相关参数

　　(1)原油参数

　　如下表、原油参数

　　(2)储油罐容量：30m3

　　需加热油按20m3计算，需要保持油温为60℃，原油温度按30℃计。

　　b、加热原油所需热量

　　将20m3初温为30℃的原油加热到60℃，所需的热量为：

　　Q=C油ρ油VΔt

　　=2.53×0.96×103×20×(60-30)

　　=1.46×106 KJ

　　b、换热用水温为80℃，则加热油温至60℃所需水量为：

　　Q=1.46×106KJ=CmΔt

　　m=1.46×106KJ/(4.2×103×20)=17.38T

　　2、热力计算

　　3、热损失计算

　　(1)每㎡保温层外表面的散热量计算

　　式中T0——设备外表面温度，℃

　　Ta——环境温度，℃

　　 ——保温层厚度，m 

　　λ——保温结构在平均温度T的导热系数，w/(m·℃)

　　αs——表面放热系数，w/(m2·℃)

　　以上参数中T0取40℃,Ta取-10℃， 取0.08m，λ取0.0275 w/(m·℃)

　　，W为当地平均风速，取3m/s

　　则αs=13 w/(m2·℃)

　　(2)油罐表面积计算

　　A=75.77㎡

　　(3)每日总体散热量

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

　　4、换热面积计算

　　(1)传热公式：Q=UAΔt

　　式中：U——传热系数 kcal/(h·㎡·℃);

　　A——换热面积;

　　Δt——对数平均温差。

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

　　设加热时间为10h，则每小时换热量

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

　　(2)传热系数选择

　　如下表、传热系数

　　水—油传热系数取150kcal/(h·㎡·℃)

　　(3)换热面积

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

　　5、集热面积计算

　　(1)日辐照量计算

　　此方案中选择济南的太阳辐照量作为参考。

　　根据中国气象局国家气象中心气象台提供的2000年济南每月及年总辐射数据(单位：MJ/m2)

　　以3月份和9月份的月均辐照量为依据计算：

　　(527.88+438.41)/2=483.145 MJ/m2

　　平均日辐照量为：

　　H=483.15/30=16.105 MJ/m2

　　(2)集热面积

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

　　储油罐存储20m3原油所需时间一般为3天。考虑到储油罐每天都在接受太阳的热量加温，则存满20m3油时油温已经被加热到较高温度，考虑到天气影响设定3天集够所需热量，则所需集热面积为：

　　A=200.31/3=66.77㎡

　　(3)集热器

　　采用联集管集热器作为集热单元，HJII-48LX18-45°型联集管集热器每台集热面积为7.2㎡，所需集热器数量为：　66.77/7.2=10台

　　石油储罐太阳能加热系统实例照片一览

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