[发明专利]一种基于光热转化的集热-储热式输油管道加热系统

说明书

本发明公开了一种基于光热转化的集热‑储热式输油管道加热系统，包括光热转化单元、储液罐和加热管路，光热转化单元包括太阳光跟踪控制器、一个或多个并连的光热转化装置，光热转化装置包括聚光装置和集热管，太阳光跟踪控制器与聚光装置通过电缆连接；加热管路缠绕在输油管道上，光热转化装置通过输液管路与储液罐连接，加热管路与储液罐连接，加热管路通过第一分支管道与集热管连接，同时加热管路还通过第二分支管道与输液管路连接；集热管内设置有光热转化材料，将经聚光装置聚光的太阳光转化为热能对集热管内的换热工质进行加热，换热工质经输液管路流入储液罐，再进入加热管路，从加热管路出来后流回集热管或输液管路，形成循环。

技术领域

本发明涉及油类管路输运和太阳能转化技术领域，具体涉及一种基于光热转化的集热-储热式输油管道加热系统。

背景技术

目前，石油原油的输运方式主要包含管道输运、水路/铁路/公路运输等。其中，管道输运由于具有运输量大、运输快捷方便、调度方便、安全性高等优势，是最理想的石油原油运输方式之一。

原油中因沥青质、胶质等含量较高，其粘度较大，进而导致原油输运过程中流动阻力极大。一般而言，原油的温度越低，其粘度越高，输运过程中伴随的流动阻力就越大，需要消耗的泵功也就越高，该现象在冬季(尤其是我国北方)尤为明显。由于原油中含水极低，温度的变化对改变原油的粘度具有非常大的影响。通常，当原油的温度增加10℃左右时，其粘度即可减少一半。因此，在原油开采、输运过程中，均会对其加热，常见的方法包括水蒸气加热、热油循环等。考虑到目前普遍采用的方式，其加热的形式仍然以消耗现有能源为代价，无法进一步提高综合经济效益。尽管目前也提出了诸如掺入稀油、活性剂、乳化剂等方式来降低原油粘度的方式，但是其带来的化学污染等问题会使情况进一步复杂。与此同时，由于大部分的输油管道均布置在地面上，尽管管道外壁面会包裹绝热层，通过对流、辐射换热散失的热量也不容忽略，这对维持管道内原油的温度也带来了挑战。因而，在长距离原油输运过程中，分段、分点布置加热系统也是解决其流阻问题的必要手段之一。

作为一种取之不尽、用之不竭的可再生资源，直接通过太阳能的光热转化方式对水、熔岩等介质进行加热并利用已应用于诸多领域(H Ghasemi,G Ni,AM Marconnet,etal.Nature Communications,2014,5:4449；PFairly.IEEE Spectrum,2015,52:11-12)。

发明内容

本发明基于太阳能光热转化作用，构建了聚光太阳能集热-储热式系统用于输油管道的集中、分布式加热，这可以直接降低原油输运过程中的运输成本、避免额外能源的消耗，提高石化企业原油输运效率和综合经济效益。基于此，本申请请求保护如下技术方案：

一种基于光热转化的集热-储热式输油管道加热系统，包括光热转化单元、储液罐和加热管路，所述光热转化单元包括太阳光跟踪控制器、一个或多个并连的光热转化装置，所述光热转化装置包括聚光装置和集热管，所述太阳光跟踪控制器与聚光装置通过电缆连接控制聚光装置随着太阳光照射方向而转动从而将太阳光聚集照射在集热管上；

所述加热管路缠绕在输油管道上，光热转化装置通过输液管路与所述储液罐的进口连接，加热管路的进口与储液罐的出口连接，加热管路的出口通过第一分支管道与集热管的进口连接，同时加热管路的出口还通过第二分支管道与输液管路连接；输液管路、加热管路、第一分支管道和第二分支管道上均设置有控制阀；

集热管内设置有光热转化材料，将经聚光装置聚光的太阳光转化为热能对集热管内的换热工质进行加热，换热工质经输液管路流入储液罐，再进入加热管路，从加热管路出来后流回集热管或输液管路，形成循环。

本发明的输油管道加热系统利用太阳光聚光装置进行聚光，并将聚光光斑照射到集热管上；利用集热管内布置的光热转化材料吸收太阳光并转化为热能对换热工质进行加热；利用储液罐来储存加热后的换热工质；利用输油管道外壁面布置的加热管路对输油管内原油进行加热。