中高温热泵与太阳能油田集输加热系统.doc

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1、中高温热泵与太阳能油田集输加热系统.txt21春暖花会开！如果你曾经历过冬天，那么你就会有春色！如果你有着信念，那么春天一定会遥远；如果你正在付出，那么总有一天你会拥有花开满圆。 本文由山城小将贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 序号： 序号： 常 州 大 学 毕业设计（ 论文） 毕业设计 （ 论文 ） 前期材料 一一届 （二 O 一一届） 学 学 题 生 院 目 刘均 机械工程学院 学 号 装备 072 专业班级 中高温热泵与太阳能油田集输加热系统设计 类 别 毕业设计 毕业设计 裴峻峰 毕业论文 毕业论文 专业技术职务 专业技术职务

2、教 授 校内指导教师 校外指导老师 材 序号 1 2 3 料 目 录 数量 1 1 1 备注 名 称 毕业设计（论文）任务书 文献综述（设计类）或开题报告（论文类） 外文翻译（封面、译文、原文） 二一一年二月 一一年二月 学号： 学号： 常 州 大 学 毕业设计（ 论文） 毕业设计 （ 论文 ） 文献综述 一一届 （二 O 一一届） 题 目 中高温热泵与太阳能油田集输加热系统设计 学 学 生 院 机械工程学院 机械工程学院 裴峻峰 刘均 专 业 班 级 专业技术职务 专业技术职务 装备 072 教 授 校内指导教师 校外指导老师 二一一年二月 一一年二月 中高温热泵与太阳能油田集输加热系统设计

3、 一、前言 1. 课题研究的意义； 课题研究的意义；国内外研究现状和发展趋势 1.1. 1.1. 课题研究的意义 随着世界经济持续高速地发展，能源问题和环境问题日趋严重。在能源日趋 紧张的背景下，节能与开发可再生能源变得十分重要。能源危机及生态环境的破 1，2 坏，使人们重新思考自由利用的太阳能资源 。太阳能是可再生能源的一种， 开发利用太阳能，对于节约常规能源、保护自然环境、减缓气候变化等，都具有 23 极其重大的意义 。 （1）可以节约大量使用的化石能源； （2）可以保护人类赖以 生存的自然环境； （3）可以减缓日益严重的全球气候变化。由此可见，太阳能是 保护人类赖以生存的地球生态环境的清

4、洁能源；采用包括太阳能在内的可再生能 源以逐步减少和替代化石能源的使用，是保护生态环境、走经济社会可持续发展 之路的重大措施。 3，4 对于油田来说，既是产能大户，又是消耗大户 。油田每年原油产量中有 近15用于石油开采与输送，尤其是在原油管输、原油开采的注水、注汽技术等 5 环节需要消耗大量能源 。传统的燃油燃气炉，不仅供热效率低，造成稀缺的燃 油燃气资源的浪费，而且其废弃物还对环境造成严重的污染。另一方面，油田在 生产石油的过程中会产生大量含油污水，目前我国各主要油田均已达到中、高含 水期，油田污水产出量增加。据1998年陆地油田统计数据显示，我国油田每天含 油污水日产量为190万立方米，

5、而含油污水的温度往往较高，一般为3550，这 部分污水的余热回收潜力巨大 。若采用热泵技术回收含油污水余热用于给原油 伴热，不失为一种节能减排的新途径。 正是在这种情况下，开发利用太阳能和回收油田污水余热，从降低石油企业 原油输送能耗方面入手，提出了中高温热泵与太阳能油田集输加热系统。 1.2. 国内外研究现状和发展趋势 1.2. 1.2.1. 1.2.1. 国内外研究现状 俞乔力、马春青等人研制了一种集空气源热泵、太阳能热水器和电热水器于 一体的冷热水机组。该系统最大的特点是设置了混热、蓄热、蒸发冷凝器作为3 种介质的换热器，并内置了相变温度40的石蜡作为相变工质。系统由混热、蓄 热、蒸发冷

6、凝器与太阳能集热管组成太阳能侧环路；空气蒸发冷凝器组成空 气侧环路；循环水蒸发冷凝器与压缩机和气液分离器组成电热环路；三环路并 联。当收集的太阳能辐射热较多时，循环泵把太阳能输送到供热盘管和热水器中， 同时相变材料进行相变蓄热。若太阳能不足，则可启动空气源热泵，补充加热。 阳季春等人提出了一种太阳能与多功能热泵技术有机结合的间接膨胀式多功 能热泵系统，描述了其组成及工作原理，运用了四个换热器来实现空气调节和制 取热水等多种功能，重点对其系统的供热部分进行了实验研究，根据实验结果， 24 其热泵平均性能系数 COP 在 330 一 471 之间变化，而系统平均 COP 在 288 6 396 之

7、间变化 。 李舒宏等研制了一种将热泵与太阳能热水器结合的太阳能热泵空调热水系 统，并对其在热泵制热水模式下的运行工况进行了实验研究，实验结果得到能效 比最大可达 385，平均在 30 以上。并分析讨论了主要参数变化对系统的影响， 在此基础上做出了该装置的耗能分析。与其他类型的热水器进行了经济性比较， 数据结果表明该热水器装置更为经济 。 JPChyng 等人将太阳能做蒸发器蒸发热能。主要有二种形式，一种是直接 用太阳能当作蒸发器能源，根据文献报道，此类模式在外界温度影响下整年中每 7 日 COP 在 1725 之间 。另一种是通过储热材料间接地为蒸发器提供能量。 据文献报道此种模式下热泵供暖制

8、热平均季节性能系数能达到 40 。 BJHuang 等人利用热管原理进行供热。制冷剂吸收太阳热量快速蒸发， 直接到冷凝器处冷凝器放热，之后制冷剂再流回蒸发器。据文献报道，在合适的 2 制冷剂充注量的条件下，用电加热量来模拟太阳辐射量，在大于 400Wm 太阳 32， 58， 辐射量下， 具有热管辅助的热泵 COP 能达 3 而单纯的热泵循环 COP 仅为 2 并指出当太阳辐射超过 400Wm 时，热管循环对整个性能的影响非常明显 。 Hawladd 等人对太阳能辅助热泵系统进行了相关研究，制冷工质为 R134a，采 用变频压缩机使压机容量与集热蒸发器负荷相匹配， 当地(Singapore)室外

9、环境温 度较高，蒸发温度高，当水箱水温为 3050时，集热器效率为 4070，系 10 统 COP 值为 49，经济性分析显示投资回收期为两年 。 Huang 等对太阳能辅助热泵系统运行进行了长期的调查， 在五年的时间里系统 总运行时间达 20，000h，在出水温度 57时系统的能耗为 0019kWL，大大优 于常规热泵热水系统 。 约旦将太阳能集热器用于中东某电厂对燃料油的加热上，并成功地保持燃料 油系统恒温 50以上的流动性和分散性，由此节约了 5% 8% 的能耗；太阳能热 二极管技术近年来被应用于稠油管道运输中，1984 年澳大利亚太阳能公司 John Lasich 成功完成了稠油管道试

10、验，在阳光充足条件下管温可提高 40，夜间也可 保持提高 10；委内瑞拉一条 32 km 长稠油管道采用太阳能热二极管技术后输油 温度从 28 提高到 60，输送能力提高 17% ； 在科威特、印度尼西亚、马来 西亚等国家和地区也有 1 2 条示范管道在试验中。专家们预计，该技术不久将进 3 入工业化应用 。 我国太阳能工业加热处于起步阶段，涉及的工业领域不多。而且过去也未见 有太阳能技术在油田开采输送过程中的应用先例。为充分而有效地利用太阳能资 源，北京市太阳能研究所与兄弟单位合作，实地考查了辽河油田兴隆台采油厂实 际情况，并认真分析了能耗现状，在开展了大量前期工作的基础上，完成了兴隆 台采

11、油厂某站太阳能加热输送油系统的设计工作。该太阳能原油加热系统于 2005 23 年建成并投入运行，系统平均每天节约 30%左右的天然气用量 。 目前中高温热泵的研究主要针对的是中高温水源热泵，大量研究工作集中在 11 2 6 8 9 适宜工质的选择和进一步提高系统制热效率方面。相对于常温热泵，中高温水源 热泵很难找到一种很适用的工质。对于中高温工质的选择有两种趋势，一种是使 用自然工质(CO 、NH3 及碳氢化合物等) ，另一种是使用 HCFC、HFC、HFE 及 它们的混合物。自然工质一般压力较高或者循环进入超临界区，有些还具有较高 的爆炸性危险，相应的系统一般都有特殊的要求,因此目前大多数

12、研究倾向于人造 13 工质的选择 。 另据文献14报道，蒸发器基于太阳能的热泵不适合于用 CO2 做工质，因为太 阳能蒸发器的温度可达到 30以上，在这种情况下需要的 CO2 流量需要增大 100，这对压缩机产生了过高的要求。文献最后推荐 R-290 和 R-1290 作为替代 R-22 的参考对象，因为它们与 R-22 具有相近的热力学性能。 南非的 Josua P. Meyer 教授和他的学生对以混合工质 R22 /R142b 作为制冷剂的 中高温水源热泵热水器进行理论研究。研究结果表明，随着 R142b 在混合物中组 分的增加，热泵供水温度升高，COP 值有所增加；在冷凝器面积不变的条件

13、下， 热水器供热容量随 R142b 组分增加而增大。他指出 R142b 的热力性能良好但环境 指标较高，属于受限工质，且易燃易爆，通常与其他工质混合使用，适用于木材 15 。 干燥等小型热泵装置中 Gianfranco 比较了几种工质， 发现 R2236fa 的临界温度较高， 适用于在中高温 16 水源热泵中使用，但目前正处于不断的实验阶段 。 日本神户制钢在所承担开发高效冷热兼用型热泵中，以河水、空气作为热源， 采用两级螺杆式压缩机，工质为 R22 /R142b 组成的非共沸混合物，制热效率 COP 17 值达到 6，供水温度可以达到 85以上 。 日本超级热泵计划中的高效升温热泵采用 R1

14、23 和 R124b 的混合工质可以达到 出水温度为 85，作为过渡期的替代工质适合中高温热泵供热的使用，这种热泵 18 已经在国外得到应用 。 国内方面，随着世界能源形式的日益紧张中高温水源热泵越来越受到科研院 校及生产厂家的关注。清华大学申报了命名为“HTR01 ”和“HTR02”的混合工 质专利。上海交通大学利用混合工质 R22 /R141b 将冷凝水从 70加热到 80， 并针对压缩机频率和 COP 的关系进行了初步的研究。天津大学利用 R22 /R142b /R21 和 R290 /R600a /R123 等混合工质，进行了相关研究 。 国外大型高温热泵机组的成功应用，为研制开发该类

15、国产机组提供了可行的 范例。高温热泵机组的应用最早出现在20世纪30年代。1 931年，美国加利福尼亚 安迪公司的洛杉机办公楼，将制冷设备用于供热，这是大容量热泵的最早应用， 供热量为l 050KW ，制热系数为25。l938年瑞士SulZe r公司生产的离心式热泵机 组成功应用于瑞士的苏黎世市政厅，工质为R1 2，供热量为l 75KW ，制热系数为 2，供水温度为6 0 ，这是欧洲第一台高温热泵机组。随后，尽管欧美国家都十 分重视热泵机组的开发和应用，但从供热温度看来，大部分热泵机组都为常温热 泵机组，即供热温度在4O 55 ，只有Sulzer公司生产高温热泵机组。目前， 该公司热泵机组已广

16、泛地用于化工、制药、工业空调、核电站和城市集中供热等 13 2 领域。在国外，Stockholm 公司安装了6台Sulze r热泵机组，总制热量为1 80MW 。 Sulze r公司的热泵机组采用离心式压缩机， 使用Rl34a、R500、R22，单级压缩供 热温度可达到7 5左右；使用Rll4，双级压缩供热温度可达到120 。目前，在 兰州近代物理研究所运行的Sulze r热泵机组，其型号为22BX，制冷剂为Rl 34a，冬 季冷凝器供回水温度为7052 ，蒸发器供回水温度为28358，供热量为 12 358MW 。 大庆油田于 2000 年开始应用热泵技术，至 2004 年热泵技术已在 13

17、 座站场、 2 楼馆的生产用热和采暖工程中应用，采暖面积约为 77400m 。其中采用含油污水 和原生污水（生活污水）作为热源应用于采暖的，如大庆油田第二采油厂南七联、 第五作业区等七座站场，部分战场还用于站场内集输生产和工艺管道保温，采暖 面积约为 38510m 。热泵系统代替了原来供热的锅炉、水套炉等设施，节约了大 26 量燃料。而且热泵系统全部自动化运行，操作便捷，降低了运行成本 。 2007 年中国石油新闻中心发布辽河油田欢采实施污水源热泵技术改造。报导 称，联合站是采油厂单位节能重点部位。欢喜岭采油厂投资 90 万元，与相关技术 部门合作在欢二联合站实施了污水源热泵采暖伴热技术。利用

18、常温地热能量作为 热能资源，并采用热泵技术进行转换。同时，污水源热泵采暖技术将联合站大量 的热污水作为热源回收利用。此项技术取代了传统的加热炉，有效地利用了污水 热能，降低了生产能耗，日可节约天然气 3000 立方米。辽河油田公司欢喜岭采油 厂欢二联合站站长杨景龙对记者说，截至 2007 年 8 月这个节能技术项目已累计节 27约电量 5197 万千瓦小时 。 1.2.2. 1.2.2. 发展趋势 中高温水源热泵是一种能回收地热水、地热尾水、工业余热(3060 ) 等中 低品位热源,提供较高温度(70 以上) 热水的高效、环保技术。中高温水源热泵 19 的使用, 为我国大量存在的 50 左右的

19、低温余热的利用提供了技术手段 。 中高温水源热泵首先应用在油田的原油加热中。油田的生产过程中会产生大 量的高温含油污水(温度一般在 3642) ,利用中高温水源热泵技术可以回收这 部分的余热(一部分用于供暖,另一部分可用于加热稠油而进行外输) 。这种应用 提高了能源的利用率；并可以保护环境,避免造成环境污染。热泵机组的蒸发器和 冷凝器采用特殊设计,蒸发器能耐腐蚀,含油污水直接进入蒸发器,而原油可以直 接进入冷凝器,取消了原来的油- 水换热器和污水- 水换热器以及相应的水泵及 13 补水系统,使原油加热热泵系统简化 。但是该系统需特殊设计(同时还需国内 外专业生产换热器的厂家配合) 。 太阳能是

20、无穷无尽、无公害的洁净能源。在太阳能丰富的地区应广泛利用太 阳能，以减少我国冬季采暖所造成的污染，降低供暖空调系统的能耗。太阳能利 用已纳入我国建筑节能的范畴。大庆油田的纬度较高，夏季日照可达 16 h 左右 。 2001 年在油田分公司主要领导倡导下, 钻采工艺研究院对辽河油田生产开 发过程中太阳能应用的可行性进行了广泛的论证和探讨, 提出稠油集输、燃油预 热、注入水预热几个方面的可行性应用研究。对兴隆台采油厂的一个小集输站规 20 2 划了利用太阳能提高输油温度的设计方案( 该方案中设计了真空管直接和间接加 热两种方式并推荐采用大口径真空管技术) 。对于注入水预热可以利用目前最成 熟的太阳

21、能真空管技术, 该技术目前已成熟, 运行安全可靠,维护费也不高。 热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。1998 年世界 2 太阳能热水器的总保有量约 5400m 。塞浦路斯和以色列人均使用太阳能热水器面 2 2 积居世界首位，分别为 1m ? 人和 0.7m ? 人。日本和以色列太阳能热水器户用 比例分别为 20% 和 80%。21 世纪热水器将仍然是太阳能热利用的最主要市场之 一。目前虽然许多国家都得到了较普遍应用，但世界太阳能热水器的平均用户比 例还非常低，约 1% 2%，同日本的 20% 和以色列的 80%相比，相差很远；此外， 服务业、旅游业、公共福利事业等中低温热

22、水应用市场也非常大。1997 年世界太 阳能热水器的市场约 7 亿美元。2015 年世界人口约 70 亿，如果热水器用户比例 21 达到 20%（日本今天的水平），社会经济和环境效益将非常显著 。 结合我国实际情况制定鼓励可再生能源利用的政策法规； “西部大开发战略” ， 把太阳能列入重点建设项目。作好西部地区全面利用太阳能的规划及实施措施， 将太阳能作为这些地区的后续替代能源。加大基础性应用研究投入，如新型薄膜 太阳电池、太阳能基础材料、光谱选择性吸收薄膜和其它光谱反射、透过功能薄 膜等，为未来大幅度降低太阳能利用能量成本奠定基础。 太阳能集热器在阳光充足时可以将水直接加热到所需温度（709

23、0)，当阳 光不足时， 我们可以利用中高温热泵将集热器里的低温热水 （55)或者油田污水 的热量转化所需温度的热水。二者的有机结合（简称太阳能热泵供热系统），可 同时提高太阳能集热器效率和热泵系统性能。不仅能够有效地克服太阳能本身所 具有的稀薄性和间歇性，解决原油集输、储运全天候供热问题；而且可以达到节 约高位能和减少环境污染的目的，具有很大的开发、应用潜力。该系统还可以应 用到其它诸多领域。 2. 课题的研究目标、 课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题 2.1. 2.1. 研究目标及内容 2.1.1. 2.1.1.目标 1.学习太阳能和污水余热利用及热泵技术相关理论知识， 学会用 MATL

24、AB 软 件对循环系统进行建模与仿真； 2.根据油田联合站要求进行设计加热循环系统； 3.对运行工况进行经济性分析评价； 4. 绘制加热系统的工艺流程图 1 张； 5.将所设计的加热系统应用到油田的实际生产中（利用油田污水余热和太阳 能为原油加热）。 2.1.2. 2.1.2.内容 1.调查研究、查阅文献和搜集资料。 2.撰写文献综述，确定设计方案。 3.原油加热系统的设计与优化，太阳能系统及热泵的选型及工况的建模分析。 4.绘制图纸（原油加热系统的工艺流程图） 。 5.撰写并递交设计说明书。 2.2. 2.2. 拟解决的关键问题 （1）太阳能具有低密度、间歇性和不稳定性等缺点，利用成本高，难

25、度大； （2）串级控制系统在控制过程中存在滞后性，可能导致输油温度低于所需温度， 造成管道的堵塞，从而影响原油的输送； （3）虽然油田污水的余热回收潜力巨大， 但其余热品味较低，难以有效利用；（4）虽然目前污水源热泵系统技术已经发展 成熟，它可以将污水中的低位热能提取出来用于为目标加热，但这需要消耗部分 高品位能源（如电能）； （5）在蒸发器和管壳式换热器中涉及污水和原油的换热， 设备可能会受到腐蚀以及结垢和堵塞带来的影响；（6）与清水相比，油田污水的 流动性能表现出明显不同，油田污水的水质差，水体当中含有大量的物理化学污 物，流动特性和换热特性较清水有显著的差距。 二、设计方案的确定 1.

26、方案的原理、 方案的原理、特点与选择依据 1.1. 1.1. 方案的原理 本文提出的中高温热泵与太阳能油田集输加热系统是基于目前的热泵和太阳 能集热器的应用：热泵以消耗一部分高质能(机械能、电能等)或高温位能为代价, 通过热力循环,把热能由低温物体转移到高温物体的能量利用系统。中高温水源热 泵是中高温热泵的一类,它利用各类工业和生活废水中的余热来制取7090高 13 温热水,可以直接用于供暖和普通工业加热 ；把太阳辐射能转换成热能的属于 太阳能热利用技术。热水器是目前太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍 的技术。我国目前太阳能热水器产业已处在商业化良性运作时期，绝大部分热水 器企业都有良好

27、的经济效益。 中高温热泵与太阳能油田集输加热系统结合了二者的基本功能，包含两个供 热循环回路（太阳能供热回路和污水余热供热回路）。当阳光充足时，太阳能供 热循环回路单独工作，此时不需再人为提供任何附加能量，集热器可以将水温直 接加热到7090，高温热水被送到固定管板式波纹管高效换热器并对原油进行 加热，回水流入蓄热水箱。当阳光不足时，水温无法达到所需温度，此时关闭太 阳能供热回路，打开污水余热供热回路，油田污水进入蒸发器，将部分热量传递 给热泵循环工质，带热量的气体工质进入压缩机加压之后进入冷凝器放热，在冷 凝器与固定管板式波纹管高效换热器之间循环的清水吸热升温，当水温达到70 以上时，便可对

28、原油进行加热，该循环回路中的水通过前面的蓄热水箱补给。 1.2. 1.2. 方案的特点 中高温热泵与太阳能油田集输加热系统，具有以下几个方面的技术特点 ： 1.同传统的太阳能直接供热系统相比，太阳能热泵的最大优点是可以采用结 构简易的集热器，集热成本非常低。有研究表明，在非寒冷地区即使采用结构简 单、廉价的普通平板集热器，集热器效率也高达 6080，采用无盖板、无保 22 温的裸板集热器也是可以的。 2.由于太阳能具有低密度、间歇性和不稳定性等缺点，常规的太阳能供热系 统往往需要采用较大的集热和蓄热装置，并且配备相应的辅助热源，这不仅造成 系统初投资较高，而且较大面积的集热器也难于布置。太阳能

29、热泵基于热泵的节 能性和集热器的高效性，在相同热负荷条件下，太阳能热泵所需的集热器面积要 比常规系统小得多，使得系统结构更紧凑，布置更灵活。 3.在太阳辐射条件良好的情况下，太阳能集热器里的高温热水可直接通过换 热器将热量传递给被加热介质。减少了一系列的中间处理过程，从而降低热量损 失，增大换热效率。 4.由于太阳能无处不在、取之不尽，因此太阳能热泵的应用范围非常广泛。 不受当地水源条件和地质条件的限制，而且对自然生存环境几乎不造成影响。 5. 油田在生产过程中产生大量含油污水，这些污水的温度往往较高。我国油 3 田每天含油污水日产量为 190 万 m ，可作该系统中热泵的低温热源，其回收利用

30、 的潜力巨大。 6.该系统中污水可直接进入蒸发器，取消了污水水换热器，减少了该过程 中的热量损失，使热泵的能源利用效率得到进一步提高。 7.该系统通过一个自动操作平台来控制，减少人工操作，降低不必要的人力 资源浪费。 1.3. 选择依据 1.3. 中高温热泵与太阳能油田集输加热系统有四个重要组成部分：集热器、热泵 （蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀）、管壳式换热器、控制系统。具体选择依 据需结合油田所在地域的气候条件以及实际运行参数和油田污水日产量；还需考 虑经济性和各组件的系统性能匹配。 1.3.1. 1.3.1. 集热器面积的确定 根据油田每天的输油量，并结合当地单位面积的太阳辐射量以及原油

31、进出口 23 温度计算所需集热器最小面积。我国太阳能资源分布可参考 中图 2.7。 1.3.2. 1.3.2. 热泵换热器的选择 考虑到含油污水直接进入蒸发器，热泵机组的蒸发器需采用特殊设计，蒸发 器能耐腐蚀；由于冷凝器只涉及工质与清水的换热，所以不必特殊设计。 1.3.3. 1.3.3. 压缩机的选择 中高温水源热泵系统所使用的压缩机目前大多数为半封闭双螺杆式和半封闭 13 活塞式压缩机,另外也有离心式 。具体根据压缩机转速、频率与系统 COP 的关 系来选择。 1.3.4. 1.3.4. 热泵工质的选择 对于自然工质系统的研究目前工作集中在系统各组成部件的开发和性能提高 上,其它工质的系统

32、研究工作主要在系统循环的优化、换热器内换热的强化及系统 13 。 智能控制方面 1.3.5. 1.3.5. 换热器的选择 原油输送管道有一定的压力，而且原油的粘度较大，设备易结垢和堵塞，有 一定腐蚀性。考虑到换热器的清洗、维护、维修、装拆方便等因素，本文中选择 固定管板式波纹管高效换热器 。另外，我们需要对换热器进行特殊设计，在换 热器的进出口须设专门的保温设备。同时需要国内外专业生产换热器的厂家配合。 1.3.6. 1.3.6. 系统控制策略 通过控制系统选择太阳能供热回路或者污水余热供热回路单独供热，运用串 级控制系统控制原油输出温度。 23 2. 设计步骤 1.调查研究、查阅文献和搜集资

33、料； 2.确定设计方案； 3.设计参数； 4.负荷计算； 5.产品选型（参考选择依据） ； 7.太阳能集热器供热部分和油田污水源热泵供热部分的设计； 8.利用 MATLAB 软件对整个原油加热系统进行建模分析，使系统的性能系数 （COP）达到 3.5 左右，优化系统，选择最优工况； 9.撰写设计说明书； 10.绘制图纸（原油加热系统的工艺流程图） 。 三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值 阶段性设计计划、 1. 阶段性设计计划 12周 35周 79周 1012 周 13 周 14 周 1518 周 英文资料翻译和文献综述 学习太阳能与热泵相关理论知识，掌握 MATLAB 软件建模方法。 对整

34、个加热系统做建模分析。 将模拟工况与实际工况进行比较。 绘制加热系统工艺流程图。 整理并递交设计说明书、图纸。 修改完善设计说明书及图纸，完成答辩。 2. 设计目标 原油进入储油罐时 40，需要加热到 55才能进行外输，中高温热泵与太阳 能油田集输加热系统的设计就是为了提供原油 15温差所需的热量。降低油田在 集输加热方面的能源消耗。 3. 应用价值 在国际能源署下属太阳能机构（IEA/SHC)发表的 2005 年度报告中， “太阳能 工业用热”任务组公布了世界各国已建成的 85 个太阳能工业加热系统的调查结果 23 。其中包括石油化学工业的原油加热（7080） 。 我国的原油凝固点普遍较高，

35、粘度大，常温下流动性差，因此从油井出油后 的输运过程中必须进行加热保温。据调查，在油田的采油、集输的过程中，产出 的天然气中至少有 20%左右消耗在原油加热与处理中。我国有丰富的太阳能资源， 若能将太阳能应用于原油加热中，必将在节能降耗、绿色环保方面取得积极的作 用。 中高温热泵与太阳能油田集输加热系统的设计实现了太阳能和污水余热加热 原油的自动控制，完成了在光照充足的条件下利用太阳能集热器为原油加热，在 光照不足的条件下利用污水源热泵为原油加热，解决了原油集输、储运全天候供 热问题，大大的节省了一次能源的消耗。该自动控制系统的设计充分利用了太阳 25 能和油田污水余热，符合我国节能减排环保的

36、政策，具有很高的实用价值 。 四、参考文献 1 Z.Glasnovic，J.Margeta.The Features of Sustainnable Solar Hydroelectric Power PlantJ.Renewable Energy，34（2009）1742-1751 2云端.国外太阳能利用情况J. 建筑，2008，5：18. 3纪海玲.太阳能利用现状及其在油田开发中的应用前景J.特种油气藏，2002， 9(5)：97-98. 4朗宪超，王孟馨.太阳能技术在海上采油平台的应用J.海洋技术，2001，20(4)： 73-75. 5曹喜承，刘晓燕，王志国.太阳能在冀东油田勘探开发中

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