太阳能电加热组合技术在油田生产中的应用

高 丽

(1.中国石油大学(华东)石油工程学院，山东 东营 257061;2.中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225009)

江苏油田原油凝固点高、粘度大，油井产量低，气油比低，伴生气少，常温下流动性差，在油气储运过程中，为了保持较好的流动性，地面工艺常采用三管伴热流程。这种工艺一次性投资大，使用周期短，能源消耗高，流程换热效率在50%左右，并且管理和维护工作量大。

江苏油田地处江淮流域，这里年均日照时数将近2 200 h，年太阳辐射量达6 000 MJ/m2以上，具有优良的太阳能利用条件。2006年，江苏油田进行了太阳能辅助电加热技术的应用尝试，做到了太阳能与电加热器之间的热量互补;利用智能加热控制系统及配套设施，实现站内各供热点的热交换，改变了传统的锅炉供热模式，热效率显著提高。

1 太阳能电加热组合技术的组成及原理

1.1 太阳能加热方式

油田储运系统利用太阳能加热原油，一般有直接加热和间接加热两种方式。直接加热方式是原油直接进入太阳能集热器进行加热，是原油受热过程中效率较高的一种方式。但由于太阳辐射的昼夜温差和年温差波动大，集热器内的温度变化大，集热器内的原油易出现结焦现象，集热器易结垢需要经常清洗。间接加热方式是利用清水作传热介质，利用加热盘管将收集的太阳辐射能传递给储油罐中的原油，由于太阳能集热系统完全与原油隔离，因此能彻底避免直接加热方式的各种弊端，但加热效率相对低一些[1－5]。

1.2 电加热方式

电加热有直接和间接两种方式，直接加热热效高，易结垢;间接加热效率不如直接加热方式高，但维护较为方便[6－7]。

1.3 组合技术的组成及工作原理

根据现场实际情况和应用要求，太阳能电加热组合系统主要包括太阳能集热、水路循环、蓄热、电加热、和控制系统五个部分。其工作原理如图1所示。在正常太阳能辐射条件下，蓄热水罐主要依靠太阳能加热，在太阳能不足时，启动水罐内电加热器，蓄热罐水温采用温控仪自动控制，从而实现整个系统生产的平稳运行。

图1 太阳能辅助电加热储运系统图

2 现场太阳能电加热组合技术的设计及试运行

2.1 系统设计

2006年，选取了王龙庄油田进行现场试验，试验站点辖油井1口，井口油温25～30℃，原油拉运需加热至55℃，该站点原油工艺条件及物性参数见表1。根据测算，T83－1井组夏天用热约9 kW，冬季用热约13 kW，年均用热约11 kW。

表1 王龙庄油田原油工艺条件及物性参数

由于热管式真空管太阳能集热器具有承压性能好，热效率高、晚间热损小、安装维护方便、适合做大面积等工程特性，通过综合的分析比较，最终选择了EJ100－8型全铜热管式真空管太阳能集热器作为现场试验的太阳能集热系统试验装置(技术参数见表2)。

表2 EJ100－8型太阳能集热技术参数表

依据南京地区的气象资料，站点水平面上单位面积太阳能年辐射总量约为1 385.1 kWh/m2，折算日平均单位面积太阳辐照量为3.8 kWh/m2。南京地区水平面各月太阳能总辐射量见表3。

表3 南京地区水平面各月太阳能总辐射量表

则以年平均耗热11 kW计，所需太阳能集热器面积为

式中Q——站点日平均热耗，系统设计时，取年平均值;

t——日照时间，取晴天条件下，日平均日照时间10 h计;

η1——EJ100－8型太阳能集热器在不同工作温度下的集热效率，取项目太阳能平均工作温度60℃;

η2——太阳能集热效率，取 0.6。

总热量计算时取正常太阳能辐射强度条件下，白天完全采用太阳能集热系统供热

则S=11 kW ×10 h/(3.8 kWh/m2×0.672 ×0.6)=72 m2

2.2 现场应用情况及效果

根据现场条件，最终选用了30组真空管集热器，太阳能集热器面积为60 m2。经过一年的运行，取得了较好的成果。在7～9月份日照充足时，全部依靠太阳能供热，其余月份则是太阳能和电加热互补使用[8]。

3 推广应用

2009年，油田在李堡产能建设项目中[10]，推广应用了该技术。李堡油田位于南通海安地区，为一狭长形油区，油区集输管网全部采用单管集油，与此相适应，李堡集油站建设推广应用了太阳能和电加热组合技术，利用站内建筑屋顶，共安装工业太阳能集热板262 m2，实现了区块供热油气零消耗、零排放、清洁生产的目的。并每年可有效利用太阳能15万kWh，年节约人工费、环境保护费用及供热设备维护费等费用30多万元，整个系统的静态投资期约4年。

通过近几年的逐步推广应用，目前油田太阳能集热系统面积已达近千平方米，通过太阳能集热系统建设，也有效兼顾了现场职工的生活用热需求，实现了生产与生活节能降耗工作同步进行。因此，持续在符合条件的油田区块建设应用该组合技术具有良好的经济和社会效益，对于实现油田原油生产的节能减排具有非常重要意义。

[1]Robert Hasting，A time journey through solar architecture－1900 to the future the ISES Solar World Congress 2007 Beijing China，2007.

[2]贺平，孙刚.供热工程[M].北京:北京建筑工业出版社，1993:50－72.

[3]苏文佳，左然.太阳能平板集热储热系统[J].太阳能学报，2008(29):35－37.

[4]苏文佳.左然.屋顶集热式太阳房供暖系统研究[J].节能技术，2009，27(3):275 －279.

[5]王思莹，谭羽非.寒区太阳能和沼气锅炉联合增温系统试验研究[J].节能技术，2007，25(4):364 －371.

[6]贺凤云.电加热集输管道结蜡规律[J].油气田地面工程，2009(10):34－35.

[7]王婷.电加热油气集输流程转油站节能分析[J].油气田地面工程，2009(9):45－46.

[8]吴明菊，王春兰.江苏边远零散油田地面工艺技术[J].油气田地面工程，2010(16):70 －75.

[9]霍晓蕾.太阳能—电能混合加热技术[J].油气田地面工程，2009(3):9－10.

[10]吴明菊.李堡油田地面工艺节能技术研究与应用[J].复杂油气藏，2010(12):82－84.