CN113720184A - 一种油气田站场热能循环利用*** - Google Patents

一种油气田站场热能循环利用*** Download PDF

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李姝璇
黄坤
常泰
彭瑀
张开
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Abstract

本发明涉及油气田站场能源利用技术领域，尤其涉及一种油气田站场热能循环利用***，包括热能提供端、热能储存端、热能消费端和热能传输***；热能传输***包括第一热源交换器和第二热源交换器，第一热源交换器和第二热源交换器均设置有蒸发端和冷凝端；热能提供端包括废弃油气井换热端、天然气压缩机组和压缩机集中换热器，废弃油气井换热端、第一热源交换器蒸发端和压缩机集中换热器形成闭合回路；在热能储存端进行储热工作时，热能储存端与第一热源交换器冷凝端形成闭合回路。本发明可回收利用油气田大量浪费的热能以及地热能，能为油气田节能减排和提高能源高效利用。

Description

一种油气田站场热能循环利用***
技术领域
本发明涉及油气田站场能源利用技术领域，尤其涉及一种油气田站场热能循环利用***。
背景技术
油气田站场每年都会释放大量的热能，特别是在油气田工天然气压缩作业时，压缩膨胀气体释放大量热能，热能浪费极其严重，对于现有的油气田油库中油罐供热用能每年均会消耗掉大量的能量，而现有的油气田站场供热、供暖、供冷装置大多存在能源利用效率低，浪费严重，以及增加安全隐患等问题，与此同时大量化石能源消耗会加重碳的排放量。
发明内容
本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种可回收利用油气田大量浪费的热能以及地热能、为油气田节能减排和提高能源高效利用的油气田站场热能循环利用***。
本发明的技术方案，一种油气田站场热能循环利用***，包括热能提供端、热能储存端、热能消费端和热能传输***；
热能传输***包括第一热源交换器和第二热源交换器，第一热源交换器和第二热源交换器均设置有蒸发端和冷凝端；
热能提供端包括废弃油气井换热端、天然气压缩机组和压缩机集中换热器，废弃油气井换热端、第一热源交换器蒸发端和压缩机集中换热器形成闭合回路，天然气压缩机组与压缩机集中换热器连通；
在热能储存端进行储热工作时，热能储存端与第一热源交换器冷凝端形成闭合回路；在热能储存端进行放热工作时，热能储存端与第二热源交换器蒸发端形成闭合回路；
热能消费端包括自定义使用端、加热储油罐回型管路和储油罐加热端，自定义使用端、第二热源交换器冷凝端和加热储油罐回型管路形成闭合回路，加热储油罐回型管路位于储油罐加热端内。
优选的，热能传输***还包括压缩机集中换热器入第二热源交换器控制阀、压缩机集中换热器入第一热源交换器控制阀、冷凝端出口控制阀、冷凝端出口加压水泵和自定义使用端分散型管路；第一热源交换器内部设置有第一热源交换器内部压缩机，第二热源交换器内部设置有第二热源交换器内部压缩机；压缩机集中换热器出口通过管道接入第一热源交换器蒸发端，由压缩机集中换热器入第一热源交换器控制阀控制；压缩机集中换热器出口通过管道接入第二热源交换器蒸发端，由压缩机集中换热器入第二热源交换器控制阀控制；冷凝端出口控制阀与冷凝端出口加压水泵顺次连接位于第二热源交换器冷凝端出口；加热储油罐回型管路和自定义使用端分散型管路与第二热源交换器冷凝端出口连通。
优选的，废弃油气井换热端包括废弃油气井双螺旋管路、第一废弃油气井、第二废弃油气井、第三废弃油气井、第一废弃油气井控制阀、第二废弃油气井控制阀、第三废弃油气井控制阀、废弃油气井换热端总阀和废弃油气井换热端加压水泵，废弃油气井双螺旋管路设置在第一废弃油气井、第二废弃油气井和第三废弃油气井内部，废弃油气井双螺旋管路同时连接第一热源交换器和第二热源交换器的蒸发端，废弃油气井换热端总阀和废弃油气井换热端加压水泵位于废弃油气井换热端线路出口处。
优选的，天然气压缩机组与压缩机集中换热器连通管路上设置有天然气压缩机组加压水泵和天然气压缩机组控制阀；压缩机集中换热器出口连接有压缩机集中换热器出口加压水泵，压缩机集中换热器入口顺序连接有压缩机集中换热器入口加压水泵和压缩机集中换热器入口控制阀；天然气压缩机组的出口与压缩机集中换热器的入口通过管路形成回路闭环。
优选的，热能储存端包括储热箱外壳、高导热介质体、高比热介质体、储热箱储热工作控制阀、储热箱放热工作控制阀、储热箱储热工作加压水泵、储热箱放热工作加压水泵、储热箱内部加压水泵、储热箱隔板和储热箱螺旋管路，储热箱内部加压水泵设置在储热箱外壳入口处，储热箱隔板水平设置在储热箱外壳内壁上，将储热箱外壳内部空间由上至下分隔为第一舱室和第二舱室，高导热介质***于第一舱室内，高比热介质***于第二舱室内，储热箱螺旋管路穿过高导热介质体、储热箱隔板和高比热介质体，储热箱螺旋管路同时连接第一热源交换器冷凝端和第二热源交换器蒸发端；
在热能储存端进行储热工作时，储热箱外壳出口处顺次连接储热箱储热工作控制阀和储热箱储热工作加压水泵，通过第一热源交换器冷凝端形成闭合回路；在热能储存端进行放热工作时，储热箱外壳出口处顺次连接储热箱放热工作加压水泵和储热箱放热工作控制阀，通过第二热源交换器蒸发端形成闭合回路。
优选的，自定义使用端包括自定义使用端控制阀和自定义使用端加压水泵，自定义使用端控制阀、自定义使用端加压水泵、加热储油罐回型管路、第二热源交换器冷凝端、冷凝端出口控制阀和冷凝端出口加压水泵顺次连接形成回路。
优选的，储油罐加热端包括第一加热储油罐、第二加热储油罐、第三加热储油罐、第一加热储油罐控制阀、第二加热储油罐控制阀、第三加热储油罐控制阀、第一加热储油罐加压水泵、第二加热储油罐加压水泵和第三加热储油罐加压水泵，第一加热储油罐、第二加热储油罐和第三加热储油罐为并联结构，第一加热储油罐连接第一加热储油罐控制阀和第一加热储油罐加压水泵，第二加热储油罐连接第二加热储油罐控制阀和第二加热储油罐加压水泵，第三加热储油罐连接第三加热储油罐控制阀和第三加热储油罐加压水泵，储油罐加热端与第二热源交换器冷凝端形成闭合回路，储油罐加热端管路铺设为回型结构。
优选的，储热箱外壳由光伏吸热材料和绝热保温材料制成，为光伏吸热材料-绝热保温材料-光伏吸热材料共三层的结构。
与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：
本发明可回收利用油气田大量浪费的热能以及地热能，能为油气田节能减排和提高能源高效利用。可将油气田天然气压缩过程中产生的热量与废弃油气井中的地热存储在储热箱外壳中，用于油气田加热储油罐的加热工作，同时增加自定义使用端，用于满足油气田日常用热需求。充分利用油气田天然气压缩过程中产生的热量与废弃油气井中的地热，***的安装布局简单，对油气田已经开发的废弃油气井进行二次开发实现油气田经济的最大开发，***管线大多浅埋地层，安全可靠性高，拥有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例一种油气田站场热能循环利用***的结构示意图；
图2为一种油气田站场热能循环利用***中储热箱外壳处的结构示意图；
图3为一种油气田站场热能循环利用***中废弃油气井双螺旋管路结构示意图；
图4为一种油气田站场热能循环利用***中加热储油罐回型管路结构示意图；
图5为一种油气田站场热能循环利用***中储热箱外壳三层结构示意图。
附图标记：
1、废弃油气井换热端；101、第一废弃油气井；102、第二废弃油气井；103、第三废弃油气井；104、第一废弃油气井控制阀；105、第二废弃油气井控制阀；106、第三废弃油气井控制阀；107、废弃油气井换热端总阀；108、废弃油气井换热端加压水泵；
201、第一热源交换器；202、第二热源交换器；203、压缩机集中换热器入第二热源交换器控制阀；204、压缩机集中换热器入第一热源交换器控制阀；205、第一热源交换器内部压缩机；206、第二热源交换器内部压缩机；207、冷凝端出口控制阀；208、冷凝端出口加压水泵；
3、天然气压缩机组；301、天然气压缩机组加压水泵；302、天然气压缩机组控制阀；
4、压缩机集中换热器；401、压缩机集中换热器出口加压水泵；402、压缩机集中换热器入口加压水泵；403、压缩机集中换热器入口控制阀；
5、自定义使用端；501、自定义使用端控制阀；502、自定义使用端加压水泵；
6、储油罐加热端；601、第一加热储油罐；602、第二加热储油罐；603、第三加热储油罐；604、第一加热储油罐控制阀；605、第二加热储油罐控制阀；606、第三加热储油罐控制阀；607、第一加热储油罐加压水泵；608、第二加热储油罐加压水泵；609、第三加热储油罐加压水泵；
701、储热箱外壳；702、高导热介质体；703、高比热介质体；704、储热箱储热工作控制阀；705、储热箱放热工作控制阀；706、储热箱储热工作加压水泵；707、储热箱放热工作加压水泵；708、储热箱内部加压水泵；709、储热箱隔板；
801、加热储油罐回型管路；802、废弃油气井双螺旋管路；803、储热箱螺旋管路；804、自定义使用端分散型管路；
901、光伏吸热材料；902、绝热保温材料。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明提出的一种油气田站场热能循环利用***，包括热能提供端、热能储存端、热能消费端和热能传输***；
热能传输***包括第一热源交换器201和第二热源交换器202，第一热源交换器201和第二热源交换器202均设置有蒸发端和冷凝端；热能传输***还包括压缩机集中换热器入第二热源交换器控制阀203、压缩机集中换热器入第一热源交换器控制阀204、冷凝端出口控制阀207、冷凝端出口加压水泵208和自定义使用端分散型管路804；第一热源交换器201内部设置有第一热源交换器内部压缩机205，第二热源交换器202内部设置有第二热源交换器内部压缩机206；压缩机集中换热器4出口通过管道接入第一热源交换器201蒸发端，由压缩机集中换热器入第一热源交换器控制阀204控制；压缩机集中换热器4出口通过管道接入第二热源交换器202蒸发端，由压缩机集中换热器入第二热源交换器控制阀203控制；冷凝端出口控制阀207与冷凝端出口加压水泵208顺次连接位于第二热源交换器202冷凝端出口；加热储油罐回型管路801和自定义使用端分散型管路804与第二热源交换器202冷凝端出口连通。
热能提供端包括废弃油气井换热端1、天然气压缩机组3和压缩机集中换热器4，废弃油气井换热端1、第一热源交换器201蒸发端和压缩机集中换热器4形成闭合回路，天然气压缩机组3与压缩机集中换热器4连通；废弃油气井换热端1包括废弃油气井双螺旋管路802、第一废弃油气井101、第二废弃油气井102、第三废弃油气井103、第一废弃油气井控制阀104、第二废弃油气井控制阀105、第三废弃油气井控制阀106、废弃油气井换热端总阀107和废弃油气井换热端加压水泵108，废弃油气井双螺旋管路802设置在第一废弃油气井101、第二废弃油气井102和第三废弃油气井103内部，废弃油气井双螺旋管路802同时连接第一热源交换器201和第二热源交换器202的蒸发端，废弃油气井换热端总阀107和废弃油气井换热端加压水泵108位于废弃油气井换热端1线路出口处。天然气压缩机组3与压缩机集中换热器4连通管路上设置有天然气压缩机组加压水泵301和天然气压缩机组控制阀302；压缩机集中换热器4出口连接有压缩机集中换热器出口加压水泵401，压缩机集中换热器4入口顺序连接有压缩机集中换热器入口加压水泵402和压缩机集中换热器入口控制阀403；天然气压缩机组3的出口与压缩机集中换热器4的入口通过管路形成回路闭环。
热能储存端包括储热箱外壳701、高导热介质体702、高比热介质体703、储热箱储热工作控制阀704、储热箱放热工作控制阀705、储热箱储热工作加压水泵706、储热箱放热工作加压水泵707、储热箱内部加压水泵708、储热箱隔板709和储热箱螺旋管路803，储热箱内部加压水泵708设置在储热箱外壳701入口处，储热箱隔板709水平设置在储热箱外壳701内壁上，将储热箱外壳701内部空间由上至下分隔为第一舱室和第二舱室，高导热介质体702位于第一舱室内，高比热介质体703位于第二舱室内，储热箱螺旋管路803穿过高导热介质体702、储热箱隔板709和高比热介质体703，储热箱螺旋管路803同时连接第一热源交换器201冷凝端和第二热源交换器202蒸发端；储热箱外壳701由光伏吸热材料901和绝热保温材料902制成，为光伏吸热材料-绝热保温材料-光伏吸热材料共三层的结构。
在热能储存端进行储热工作时，储热箱外壳701出口处顺次连接储热箱储热工作控制阀704和储热箱储热工作加压水泵706，通过第一热源交换器201冷凝端形成闭合回路；在热能储存端进行放热工作时，储热箱外壳701出口处顺次连接储热箱放热工作加压水泵707和储热箱放热工作控制阀705，通过第二热源交换器202蒸发端形成闭合回路。
热能消费端包括自定义使用端5、加热储油罐回型管路801和储油罐加热端6，自定义使用端5、第二热源交换器202冷凝端和加热储油罐回型管路801形成闭合回路，加热储油罐回型管路801位于储油罐加热端6内。
自定义使用端5包括自定义使用端控制阀501和自定义使用端加压水泵502，自定义使用端控制阀501、自定义使用端加压水泵502、加热储油罐回型管路801、第二热源交换器202冷凝端、冷凝端出口控制阀207和冷凝端出口加压水泵208顺次连接形成回路。自定义使用端5可用于油气田现场的多种热能需要，例如热水的使用，将热能的使用多样化，满足油气田现场工作日常用热需求。
储油罐加热端6包括第一加热储油罐601、第二加热储油罐602、第三加热储油罐603、第一加热储油罐控制阀604、第二加热储油罐控制阀605、第三加热储油罐控制阀606、第一加热储油罐加压水泵607、第二加热储油罐加压水泵608和第三加热储油罐加压水泵609，第一加热储油罐601、第二加热储油罐602和第三加热储油罐603为并联结构，第一加热储油罐601连接第一加热储油罐控制阀604和第一加热储油罐加压水泵607，第二加热储油罐602连接第二加热储油罐控制阀605和第二加热储油罐加压水泵608，第三加热储油罐603连接第三加热储油罐控制阀606和第三加热储油罐加压水泵609，储油罐加热端6与第二热源交换器202冷凝端形成闭合回路，储油罐加热端6管路铺设为回型结构。储油罐加热端6由若干加热储油罐组成，具体数量根据油气田储油量决定，每个加热储油罐配备有对应的加热储油罐加压水泵与加热储油罐控制阀，可自行调控加热储油罐的使用数量。
本实施例中，第一热源交换器201的作用是将天然气压缩机组3工作时产生的大量热能以及废弃油气井中产生的地热传入储热箱外壳701中储存，此时天然气压缩机组3的热能集中传递到压缩机集中换热器4，压缩机集中换热器4和废弃油气井为第一热源交换器201的高温热源。
第二热源交换器202的主要作用是将压缩机集中换热器4收集的天然气压缩机组3工作时产生热能的一部分直接作为高温热源，由压缩机集中换热器4、压缩机集中换热器出口加压水泵401、压缩机集中换热器入第二热源交换器控制阀203和压缩机集中换热器入口控制阀403通过管路顺次连接形成回路组成，经过冷凝端出口控制阀207和冷凝端出口加压水泵208将热能传递至储油罐加热端6和自定义使用端5。
第二热源交换器202的另一个作用是当天然气压缩机组3停止运作时，压缩机集中换热器4不再充当第二热源交换器的高温热源，通过关闭储热箱储热工作控制阀704和储热箱储热工作加压水泵706，开启储热箱放热工作控制阀705和储热箱放热工作加压水泵707，切换热能储存端进行放热工作，将热能储存端储集在储热介质中的热能作为高温热源，此时热能储存端是第二热源交换器202的高温热源，由储热箱放热工作加压水泵707、储热箱放热工作控制阀705、储热箱内部加压水泵708、冷凝端出口控制阀207、冷凝端出口加压水泵208通过管路连接形成回路组成，将热能传递至储油罐加热端6与自定义使用端5。
本实施例中的传热均是通过管线中的传热介质进行传递，通过借助储热箱外壳701中的高导热介质体702和高比热介质体703所固有的蓄热性来实现天然气压缩热能与废弃油气井中地热的储存。
本实施例中的加压水泵均是用于对管线中传热介质的动力补充，确保传热介质在管线中能够正常流动，实现热能的传递。
本实施例中的控制阀均是用于对管线中传热介质的流动控制，确保传热介质在管线中能够流入需要热能的地方，避免造成无用的热能传递，同时也是对***的安全保护，当***发生局部管线泄漏时，可通过关闭泄漏段的控制阀，使危险程度降至最低。
本实施例可将油气田天然气压缩过程中产生的热量与废弃油气井中的地热存储在储热箱外壳701中，用于油气田加热储油罐的加热工作，同时增加自定义使用端5，用于满足油气田日常用热需求。充分利用油气田天然气压缩过程中产生的热量与废弃油气井中的地热，***的安装布局简单，对油气田已经开发的废弃油气井进行二次开发实现油气田经济的最大开发，***管线大多浅埋地层，安全可靠性高，拥有良好的应用前景。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。

Claims (8)

1.一种油气田站场热能循环利用***，其特征在于，包括热能提供端、热能储存端、热能消费端和热能传输***；
热能传输***包括第一热源交换器(201)和第二热源交换器(202)，第一热源交换器(201)和第二热源交换器(202)均设置有蒸发端和冷凝端；
热能提供端包括废弃油气井换热端(1)、天然气压缩机组(3)和压缩机集中换热器(4)，废弃油气井换热端(1)、第一热源交换器(201)蒸发端和压缩机集中换热器(4)形成闭合回路，天然气压缩机组(3)与压缩机集中换热器(4)连通；
在热能储存端进行储热工作时，热能储存端与第一热源交换器(201)冷凝端形成闭合回路；在热能储存端进行放热工作时，热能储存端与第二热源交换器(202)蒸发端形成闭合回路；
热能消费端包括自定义使用端(5)、加热储油罐回型管路(801)和储油罐加热端(6)，自定义使用端(5)、第二热源交换器(202)冷凝端和加热储油罐回型管路(801)形成闭合回路，加热储油罐回型管路(801)位于储油罐加热端(6)内。
2.根据权利要求1所述的一种油气田站场热能循环利用***，其特征在于，热能传输***还包括压缩机集中换热器入第二热源交换器控制阀(203)、压缩机集中换热器入第一热源交换器控制阀(204)、冷凝端出口控制阀(207)、冷凝端出口加压水泵(208)和自定义使用端分散型管路(804)；第一热源交换器(201)内部设置有第一热源交换器内部压缩机(205)，第二热源交换器(202)内部设置有第二热源交换器内部压缩机(206)；压缩机集中换热器(4)出口通过管道接入第一热源交换器(201)蒸发端，由压缩机集中换热器入第一热源交换器控制阀(204)控制；压缩机集中换热器(4)出口通过管道接入第二热源交换器(202)蒸发端，由压缩机集中换热器入第二热源交换器控制阀(203)控制；冷凝端出口控制阀(207)与冷凝端出口加压水泵(208)顺次连接位于第二热源交换器(202)冷凝端出口；加热储油罐回型管路(801)和自定义使用端分散型管路(804)与第二热源交换器(202)冷凝端出口连通。
3.根据权利要求2所述的一种油气田站场热能循环利用***，其特征在于，废弃油气井换热端(1)包括废弃油气井双螺旋管路(802)、第一废弃油气井(101)、第二废弃油气井(102)、第三废弃油气井(103)、第一废弃油气井控制阀(104)、第二废弃油气井控制阀(105)、第三废弃油气井控制阀(106)、废弃油气井换热端总阀(107)和废弃油气井换热端加压水泵(108)，废弃油气井双螺旋管路(802)设置在第一废弃油气井(101)、第二废弃油气井(102)和第三废弃油气井(103)内部，废弃油气井双螺旋管路(802)同时连接第一热源交换器(201)和第二热源交换器(202)的蒸发端，废弃油气井换热端总阀(107)和废弃油气井换热端加压水泵(108)位于废弃油气井换热端(1)线路出口处。
4.根据权利要求3所述的一种油气田站场热能循环利用***，其特征在于，天然气压缩机组(3)与压缩机集中换热器(4)连通管路上设置有天然气压缩机组加压水泵(301)和天然气压缩机组控制阀(302)；压缩机集中换热器(4)出口连接有压缩机集中换热器出口加压水泵(401)，压缩机集中换热器(4)入口顺序连接有压缩机集中换热器入口加压水泵(402)和压缩机集中换热器入口控制阀(403)；天然气压缩机组(3)的出口与压缩机集中换热器(4)的入口通过管路形成回路闭环。
5.根据权利要求4所述的一种油气田站场热能循环利用***，其特征在于，热能储存端包括储热箱外壳(701)、高导热介质体(702)、高比热介质体(703)、储热箱储热工作控制阀(704)、储热箱放热工作控制阀(705)、储热箱储热工作加压水泵(706)、储热箱放热工作加压水泵(707)、储热箱内部加压水泵(708)、储热箱隔板(709)和储热箱螺旋管路(803)，储热箱内部加压水泵(708)设置在储热箱外壳(701)入口处，储热箱隔板(709)水平设置在储热箱外壳(701)内壁上，将储热箱外壳(701)内部空间由上至下分隔为第一舱室和第二舱室，高导热介质体(702)位于第一舱室内，高比热介质体(703)位于第二舱室内，储热箱螺旋管路(803)穿过高导热介质体(702)、储热箱隔板(709)和高比热介质体(703)，储热箱螺旋管路(803)同时连接第一热源交换器(201)冷凝端和第二热源交换器(202)蒸发端；
在热能储存端进行储热工作时，储热箱外壳(701)出口处顺次连接储热箱储热工作控制阀(704)和储热箱储热工作加压水泵(706)，通过第一热源交换器(201)冷凝端形成闭合回路；在热能储存端进行放热工作时，储热箱外壳(701)出口处顺次连接储热箱放热工作加压水泵(707)和储热箱放热工作控制阀(705)，通过第二热源交换器(202)蒸发端形成闭合回路。
6.根据权利要求5所述的一种油气田站场热能循环利用***，其特征在于，自定义使用端(5)包括自定义使用端控制阀(501)和自定义使用端加压水泵(502)，自定义使用端控制阀(501)、自定义使用端加压水泵(502)、加热储油罐回型管路(801)、第二热源交换器(202)冷凝端、冷凝端出口控制阀(207)和冷凝端出口加压水泵(208)顺次连接形成回路。
7.根据权利要求6所述的一种油气田站场热能循环利用***，其特征在于，储油罐加热端(6)包括第一加热储油罐(601)、第二加热储油罐(602)、第三加热储油罐(603)、第一加热储油罐控制阀(604)、第二加热储油罐控制阀(605)、第三加热储油罐控制阀(606)、第一加热储油罐加压水泵(607)、第二加热储油罐加压水泵(608)和第三加热储油罐加压水泵(609)，第一加热储油罐(601)、第二加热储油罐(602)和第三加热储油罐(603)为并联结构，第一加热储油罐(601)连接第一加热储油罐控制阀(604)和第一加热储油罐加压水泵(607)，第二加热储油罐(602)连接第二加热储油罐控制阀(605)和第二加热储油罐加压水泵(608)，第三加热储油罐(603)连接第三加热储油罐控制阀(606)和第三加热储油罐加压水泵(609)，储油罐加热端(6)与第二热源交换器(202)冷凝端形成闭合回路，储油罐加热端(6)管路铺设为回型结构。
8.根据权利要求6所述的一种油气田站场热能循环利用***，其特征在于，储热箱外壳(701)由光伏吸热材料(901)和绝热保温材料(902)制成，为光伏吸热材料-绝热保温材料-光伏吸热材料共三层的结构。
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