CN109579298A - 原油加热用空气能热泵*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原油加热用空气能热泵***，以空气作为热源，以冷媒、水为热载体达到加热站点原油的目的。该加热***有两种工作方式，一种为空气源热泵利用空气中的热能将第一水箱里的低温水加热，然后水源热泵利用第一水箱中加热后的水再将第二水箱中的高温水进一步加热，再进入换热器对原油进行加热。另一种是空气源热泵利用空气中的热能将第一水箱里的低温水加热，进入换热器直接对原油进行加热，达到加热原油的目的。这一套加热***包含两种工作方式，可根据情况灵活选择。且能耗低，能效高，绿色环保。

Description

原油加热用空气能热泵***

技术领域

本发明涉及涡轮发动机冷却技术领域，具体而言，涉及一种原油加热用空气能热泵***。

背景技术

石蜡通常以溶融状态存在于地层原油中，随着原油从地层开采到地面，原油温度降低，导致原油从石蜡中析出，从而堵塞原油输送管线；同时，随着温度的降低，原油粘度增大，导致原油在管道中摩阻增加、流通粘度增大，因此在原油输送过程中通常需要对原油进行加热。

目前油田对原油加热的方式主要有燃煤锅炉加热方式、燃油锅炉加热方式、电磁加热方式、电伴热带加热等方式。传统的燃煤、燃油加热方式会产生较大的空气污染，亟需取缔。同时，电磁加热与电伴热带加热方式能效比均小于1，在对油田原油加热时需要消耗较大的电能，运行成本的经济性有待提高。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原油加热用空气能热泵***，用于解决现有加热方式存在的一种或多种问题。

根据本发明的目的，提供一种原油加热用空气能热泵***，包括：

第一水箱，用于存储水温为第一温度的水，包括第一出水管和第二出水管；

空气能热泵，连接所述第一水箱，用于将所述第一水箱内的水加热；

第二水箱，用于存储水温为第二温度的水，包括第三出水管；所述第二温度高于第一温度；

水源热泵，用于利用所述第一水箱的水加热所述第二水箱的水，包括第一热泵入水管、第二热泵入水管、第一热泵出水管、第二热泵出水管；所述第一热泵入水管连接所述第一水箱的第一出水管；所述第二热泵入水管连接所述第二水箱的第三出水管；

换热器，用于对原油进行加热，包括换热器入水口和换热器出水口；所述换热器入水口共同连接所述第一水箱的第二出水管和所述水源热泵的第二热泵出水管；

多个阀门，安装于各所述入水管和出水管上。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第一热泵出水管连接所述空气能热泵；所述换热器出水口共同连接所述第二水箱和所述空气能热泵。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述加热***还包括：

第一循环泵，连接所述第一水箱和所述水源热泵；

第二循环泵，连接所述第二水箱和所述水源热泵。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第一循环泵或第二循环泵包括多组，每组所述第一循环泵连接所述第一水箱，每组所述第二循环泵均连接所述第二水箱。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述换热器包括：

第一换热器，包括第一换热器入水口和第一换热器出水口；

第二换热器，包括第二换热器入水口和第二换热器出水口；

其中，所述第一换热器入水口和第二换热器入水口都与所述第二热泵出水管和所述第一水箱的第二出水管连接，所述第一换热器出水口和第二换热器出水口都与所述第二水箱和所述空气能热泵连接。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述空气能热泵包括多组。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第二水箱还包括：

第四入水口，用于将外部水源引入所述第二水箱；

第四出水口，用于向外部输送所述第二水箱的水。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述水源热泵为复叠式高温水源热泵。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述换热器为套管换热器。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第一水箱、第二水箱、空气能热泵、水源热泵和换热器为撬装式结构。

通过消耗少量的电能，以空气作为热源，以冷媒、水为热载体达到加热站点原油的目的。本发明一方面可以消耗少量的电能对原油进行加热，最高能效比可达4.4以上，在同等条件下对原油进行加热能耗最低仅为电磁加热与电伴热带加热方式的1/5；由于本发明采用电能作为动力源，不会对周围环境产生污染，绿色环保。另一方面本发明只需要一套加热***，即包含两种工作方式，切换简单，设备成本低，灵活性高。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明原油加热用空气能热泵***一种工作模式结构示意图；

图2为本发明原油加热用空气能热泵***一种工作模式结构示意图。

1、第一水箱；2、第二水箱；3、空气热能泵；4、换热器；5、水源热泵；6、第一循环泵；7、第二循环泵；41、第一换热器；42、第二换热器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”、“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

如图1所示，本实施方式的原油加热用空气能热泵***包括第一水箱1、第二水箱2、空气能热泵3、换热器4和水源热泵5。第一水箱1内存储有水温为第一温度的水，包括第一出水管和第二出水管。空气能热泵3连接第一水箱1，用于将第一水箱内的水加热。第二水箱2内存储有水温为第二温度的水，包括第三出水管，第二温度高于第一温度。水源热泵5用于利用第一水箱的水加热第二水箱的水，包括第一热泵入水管、第二热泵入水管、第一热泵出水管、第二热泵出水管；第一热泵入水管连接第一水箱的第一出水管；第二热泵入水管连接第二水箱的第三出水管。换热器4用于对原油进行加热，包括换热器入水口和换热器出水口，换热器入水口共同连接第一水箱的第二出水管和水源热泵的第二热泵出水管。每一入水管和出水管都可以通过阀门控制其开关和流量。

通过该结构，空气能热泵3和水源热泵5只需要消耗少量的电能，以空气作为热源，以冷媒、水为热载体，达到加热站点原油的目的，相较于现有加热方式，能耗大大减少，最高能效比可达4.4以上，在同等条件下对原油进行加热能耗最低，仅为电磁加热与电伴热带加热方式的1/5。由于本发明采用清洁的可再生能源空气作为初始热源，电能作为动力源，不会对周围环境产生污染，绿色环保，具有可持续性。

下面，将对本示例实施方式中的原油加热用空气能热泵***进行进一步的说明。

本发明的空气能热泵3通过压缩机***运转工作，吸收空气中热量对第一水箱的低温水进行加热。其原理是，压缩机将冷媒压缩，压缩后温度升高的冷媒，经过水箱中的冷凝器制造热水，热交换后的冷媒回到压缩机进行下一循环，在这一过程中，空气热量通过蒸发器被吸收导入冷媒中，冷媒再导入第一水箱的低温水中，产生热水。本发明的空气能热包括但不限于全封闭和半封闭活塞式压缩机、涡旋式压缩机、半封闭螺杆式压缩机等，本发明不对此进行特殊限定。水源热泵5通过输入少量高品位能源(如电能)，实现低温水热能向高温水转移。能效比可达到4～6。水源热泵比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。

该加热***有两种工作方式，可分别用于不同季节。例如，冬季时，由于原油温度较低，需要较高的温度进行换热，此时空气源热泵3利用空气中的热能将第一水箱1里的低温水加热，然后水源热泵5利用第一水箱中加热后的水再将第二水箱2中的高温水进一步加热，使由水源热泵流出的第二水箱中的水温达到可以加热原油的温度，再进入换热器4对原油进行加热。夏季时，由于原油温度较低，仅需要较低的温度即可进行加热，空气源热泵3利用空气中的热能将第一水箱1里的低温水加热，进入换热器4，利用该加热的低温水直接对原油进行加热，也可以达到加热原油的目的。上述两种工作方式可通过管路阀门的控制进行切换。当然，这两种工作模式并不限于冬季和夏季的划分，也可以用于其他季节，或者在任何时间，都可以根据实际情况选择任意一种工作模式。这样仅需要一套加热设备，即可实现两种工作方式，切换简单，设备成本低，灵活性高。

第一水温和第二水温并不是固定值。举例而言，在冬季条件下，第一水箱1里的低温水可以只有0～10度，经空气源热泵加热后可达到20～40℃。第二水箱2里的高温水的第二水温可以是50～60℃，经水源热泵加热后可达到70～80℃，用70～80℃的水就能够实现对原油进行加热，保证原油流动顺畅。在夏季条件下。第一水箱1里的水可以是常温水，即第一温度约为20～30℃，经空气源热泵加热后可达到40～50℃，以足够对夏季的原油进行加热。第一水温和第二水温还可以是其他温度，例如，第一水温还可以低于零度，第二水温还可以是20～40℃等等，关于具体水温，此处不再一一赘述。

在本示例性实施方式中，水源热泵5的第一热泵出水管可以连接空气能热泵3，冬季模式下，第一水箱的低温水在水源热泵内经冷媒的作用将热量传递给第二水箱的高温水后，自身温度降低，可以将引入空气能热泵进行加热，再通入第一水箱，以此实现第一水箱内的水体循环，节约成本。同理，换热器出水口可以共同连接第二水箱和空气能热泵。在换热器4内进行热交换的高温水流出换热器后，温度降低，但仍然保留较高的温度，因此将其通入第二水箱2，可以继续利用水源热泵对其进行加热，以实现第二水箱内的水体循环，节约成本。夏季模式下，在换热器4内进行热交换的高温水流出换热器后，温度降低，可以直接进入空气源热泵进行加热，再通入第一水箱，以此实现第一水箱内的水体循环。

在本示例性实施方式中，原油加热用空气能热泵***还包括第一循环泵6和第二循环泵7，第一循环泵6用于实现第一水箱的水体循环，第二循环泵7用于实现第二水箱的水体循环。进一步的，考虑到检修、备用等情况，为了保证***持续运行，第一循环泵或第二循环泵都包括多组。

在本示例性实施方式中，换热器4包括第一换热器41和第二换热器42。该结构适用于油田增压站和油田油气集输站等需要对原油进行加热的场合，第一换热器41可以用于对进入站点的原油进行加热，便于对原油进行增加等处理，第二换热器42用于对离开站点的原油进行加热，便于其后续运输流畅。因此，第一换热器包括第一换热器入水口和第一换热器出水口；第二换热器包括第二换热器入水口和第二换热器出水口；第一换热器入水口和第二换热器入水口都与水源热泵的第二热泵出水管和第一水箱的第二出水管连接，第二换热器出水口和第二换热器出水口都与第二水箱的第三入水管和空气能热泵连接。

在本示例性实施方式中，空气能热泵3包括多组，以充分利用空气中的热能，将第一水箱中的水加热。空气能热泵的具体个数根据实际需要而定，此处不进行特殊限定。

在本示例性实施方式中，第二水箱还包括第四入水口和第四出水口，第四入水口用于将外部水源引入第二水箱，第四出水口用于向外部输送第二水箱的水。外部水源可以是供暖用水。第二水箱里的高温水还可以用于冬季供暖，送入供暖管道。供暖管道返回的水在第二水箱内参与热量交换，温度提高后再送入供暖管道，实现热能多功能循环利用。

在本示例性实施方式中，水源热泵5为复叠式高温水源热泵，以确保可以将第二水箱的水加热到70～90℃，由此可确保原油加热质量，同时可以通过增大与原油的温差来减少供水流量，降低管路规格及水泵运送能量等。

在本示例性实施方式中，换热器4为套管换热器，套管换热器构造较简单；能耐高压；传热面积可根据需要而增减；适当地选择管子内径、外径，可使流体的流速较大，且双方的流体可作严格的逆流，有利于传热。缺点是：管间接头较多，易发生泄漏；单位换热器长度具有的传热面积较小。

在本示例性实施方式中，第一水箱1、第二水箱2、空气能热泵3、水源热泵5和换热器4可以整体安装为撬装式结构，即将第一水箱、第二水箱、空气能热泵、水源热泵和换热器集成于一个整体底座上，可以整体安装、移动，橇装式设备的生产、组装都在工厂内完成，现场安装工作量少，只需完成接口管道及外部电气的连接就可以工作。由于功能组件集成于一个整体底座，可以方便地整体迁移，橇装式设备结构紧凑，比传统的安装方式减少占地，适用于增压站、加油站等场合。

根据如图所示的管路连接方式，本发明的原油加热用空气能热泵***的两种工作模式具体如下：

工作模式一

开启阀门M1、M2、M3，关闭阀门M4、M5。

利用空气能热泵对第一水箱的低温水进行加热，加热后经循环泵、阀门M1、M3将水由第一热泵入水管进入水源热泵；同时，第二水箱的高温水经阀门M2由第二热泵入水管进入水源热泵。在水源热泵内，第一水箱的水将自身温度转移至第二水箱的水，然后第一水箱的水由第一热泵出水管流出，并进入空气源热泵，进行下一循环，第二水箱的水由第二热泵出水管流出并通过换热器入水口进入换热器对原油进行加热，然后由换热器出水口流出并进入高温水箱，进行下一循环。

工作模式二

关闭阀门M2、M3，开启阀门M1、M4、M5。

利用空气能热泵对第一水箱的低温水进行加热，然后经阀门M1、M4将水直接引入换热器入水管，进入换热器对原油进行加热，然后由换热器出水口流出并进入空气源热泵，进行下一循环。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种原油加热用空气能热泵***，其特征在于，包括：

第一水箱，用于存储水温为第一温度的水，包括第一出水管和第二出水管；

空气能热泵，连接所述第一水箱，用于将所述第一水箱内的水加热；

第二水箱，用于存储水温为第二温度的水，包括第三出水管；所述第二温度高于第一温度；

水源热泵，用于利用所述第一水箱的水加热所述第二水箱的水，包括第一热泵入水管、第二热泵入水管、第一热泵出水管、第二热泵出水管；所述第一热泵入水管连接所述第一水箱的第一出水管；所述第二热泵入水管连接所述第二水箱的第三出水管；

换热器，用于对原油进行加热，包括换热器入水口和换热器出水口；所述换热器入水口共同连接所述第一水箱的第二出水管和所述水源热泵的第二热泵出水管；

多个阀门，安装于各所述入水管和出水管上。

2.根据权利要求1所述的原油加热用空气能热泵***，其特征在于，其中，

所述第一热泵出水管连接所述空气能热泵；

所述换热器出水口共同连接所述第二水箱和所述空气能热泵。

3.根据权利要求2所述的原油加热用空气能热泵***，其特征在于，还包括：

第一循环泵，连接所述第一水箱和所述水源热泵；

第二循环泵，连接所述第二水箱和所述水源热泵。

4.根据权利要求3所述的原油加热用空气能热泵***，其特征在于，所述第一循环泵或第二循环泵包括多组，每组所述第一循环泵连接所述第一水箱，每组所述第二循环泵均连接所述第二水箱。

5.根据权利要求3所述的原油加热用空气能热泵***，其特征在于，所述换热器包括：

第一换热器，包括第一换热器入水口和第一换热器出水口；

第二换热器，包括第二换热器入水口和第二换热器出水口；

其中，所述第一换热器入水口和第二换热器入水口都与所述第二热泵出水管和所述第一水箱的第二出水管连接，所述第一换热器出水口和第二换热器出水口都与所述第二水箱和所述空气能热泵连接。

6.根据权利要求1所述的原油加热用空气能热泵***，其特征在于，所述空气能热泵包括多组。

7.根据权利要求1所述的原油加热用空气能热泵***，其特征在于，所述第二水箱还包括：

第四入水口，用于将外部水源引入所述第二水箱；

第四出水口，用于向外部输送所述第二水箱的水。

8.根据权利要求1所述的原油加热用空气能热泵***，其特征在于，所述水源热泵为复叠式高温水源热泵。

9.根据权利要求1所述的原油加热用空气能热泵***，其特征在于，所述换热器为套管换热器。

10.根据权利要求1所述的原油加热用空气能热泵***，其特征在于，所述第一水箱、第二水箱、空气能热泵、水源热泵和换热器为撬装式结构。