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　　石油儲(chǔ)罐太陽能加熱系統(tǒng)原理及具體詳參設(shè)計(jì)實(shí)例分析

　　一、石油儲(chǔ)罐太陽能加熱系統(tǒng)原理

　　儲(chǔ)油罐為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外夾層間是一空腔用來儲(chǔ)存熱水，靠熱水來給油加熱和保溫。油罐外層進(jìn)出水口連接管路與大部分集熱器串聯(lián)成循環(huán)回路。同時(shí)，罐內(nèi)靠近出油口處也裝有換熱器，換熱器兩端與一部分集熱器串聯(lián)形成循環(huán)管路。罐內(nèi)加裝一銅盲管，用來安裝溫度傳感器。系統(tǒng)由溫差循環(huán)提供換熱器所需熱水，當(dāng)T1高于T210℃時(shí)，泵即啟動(dòng)，開始循環(huán)，T1—T2<3℃時(shí)，泵停止。

　　二、石油儲(chǔ)罐太陽能加熱系統(tǒng)光伏發(fā)電部分

　　由于有些油井在野外空曠地帶，沒有電源，而系統(tǒng)的運(yùn)行控制都需要電，為解決此問題，可以采用太陽能光電池板發(fā)電，并把電量儲(chǔ)存起來，不僅解決了系統(tǒng)運(yùn)行與控制用電問題還可以提供看井人員的生活用電。該部分設(shè)計(jì)如下：

　　(1)生活用電

　　照明：室內(nèi)40W×4h，室外40W×10h;

　　電視：100w×8h;

　　合計(jì)1.36Kw·h

　　參考濟(jì)南地區(qū)氣象條件，日照時(shí)間按4.5h/天計(jì)，本系統(tǒng)可連續(xù)工作4天。

　　(2)系統(tǒng)用電

　　循環(huán)泵PH-123E，輸入功率271W，125W;

　　控制系統(tǒng)消耗功率20W;

　　合計(jì)工作5h/天，計(jì)290w×5h=1.6Kw·h

　　由于目前相變儲(chǔ)熱技術(shù)應(yīng)用還不是很完善，且有一定的應(yīng)用局限，實(shí)際應(yīng)用存在一定的難度，我們可以用熱水代替夾層油罐中的相變材料，使熱水跟集熱器串聯(lián)在循環(huán)回路內(nèi)參與循環(huán)換熱，將油罐內(nèi)的換熱器保留，形成簡易石油儲(chǔ)罐太陽能加溫系統(tǒng)。下面我們以勝利油田某石油儲(chǔ)罐太陽能加熱系統(tǒng)為例介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

　　三、石油儲(chǔ)罐太陽能加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

　　1、集熱參數(shù)計(jì)算

　　a、相關(guān)參數(shù)

　　(1)原油參數(shù)

　　如下表、原油參數(shù)

　　(2)儲(chǔ)油罐容量：30m3

　　需加熱油按20m3計(jì)算，需要保持油溫為60℃，原油溫度按30℃計(jì)。

　　b、加熱原油所需熱量

　　將20m3初溫為30℃的原油加熱到60℃，所需的熱量為：

　　Q=C油ρ油VΔt

　　=2.53×0.96×103×20×(60-30)

　　=1.46×106 KJ

　　b、換熱用水溫為80℃，則加熱油溫至60℃所需水量為：

　　Q=1.46×106KJ=CmΔt

　　m=1.46×106KJ/(4.2×103×20)=17.38T

　　2、熱力計(jì)算

　　3、熱損失計(jì)算

　　(1)每㎡保溫層外表面的散熱量計(jì)算

　　式中T0——設(shè)備外表面溫度，℃

　　Ta——環(huán)境溫度，℃

　　 ——保溫層厚度，m 

　　λ——保溫結(jié)構(gòu)在平均溫度T的導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m·℃)

　　αs——表面放熱系數(shù)，w/(m2·℃)

　　以上參數(shù)中T0取40℃,Ta取-10℃， 取0.08m，λ取0.0275 w/(m·℃)

　　，W為當(dāng)?shù)仄骄L(fēng)速，取3m/s

　　則αs=13 w/(m2·℃)

　　(2)油罐表面積計(jì)算

　　A=75.77㎡

　　(3)每日總體散熱量

　　Q散=Q·A·t=23.436×75.77×3600×24=153.42MJ

　　4、換熱面積計(jì)算

　　(1)傳熱公式：Q=UAΔt

　　式中：U——傳熱系數(shù) kcal/(h·㎡·℃);

　　A——換熱面積;

　　Δt——對(duì)數(shù)平均溫差。

　　Δt =(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=[(80-60)-(60-30)]/ln(80-60)/(60-30)=24.66℃

　　設(shè)加熱時(shí)間為10h，則每小時(shí)換熱量

　　Q’=(Q+Q散)/8=(1460+153.42) /8=161.34MJ

　　(2)傳熱系數(shù)選擇

　　如下表、傳熱系數(shù)

　　水—油傳熱系數(shù)取150kcal/(h·㎡·℃)

　　(3)換熱面積

　　A’=Q/Uδt=161.34MJ /(150×4.2×23.436)=10.93㎡

　　5、集熱面積計(jì)算

　　(1)日輻照量計(jì)算

　　此方案中選擇濟(jì)南的太陽輻照量作為參考。

　　根據(jù)中國氣象局國家氣象中心氣象臺(tái)提供的2000年濟(jì)南每月及年總輻射數(shù)據(jù)(單位：MJ/m2)

　　以3月份和9月份的月均輻照量為依據(jù)計(jì)算：

　　(527.88+438.41)/2=483.145 MJ/m2

　　平均日輻照量為：

　　H=483.15/30=16.105 MJ/m2

　　(2)集熱面積

　　A =Q/Hη=(1.46×106 +1.53×105)KJ /(16.105 ×106J/m2×50%)=200.31㎡

　　儲(chǔ)油罐存儲(chǔ)20m3原油所需時(shí)間一般為3天。考慮到儲(chǔ)油罐每天都在接受太陽的熱量加溫，則存滿20m3油時(shí)油溫已經(jīng)被加熱到較高溫度，考慮到天氣影響設(shè)定3天集夠所需熱量，則所需集熱面積為：

　　A=200.31/3=66.77㎡

　　(3)集熱器

　　采用聯(lián)集管集熱器作為集熱單元，HJII-48LX18-45°型聯(lián)集管集熱器每臺(tái)集熱面積為7.2㎡，所需集熱器數(shù)量為：　66.77/7.2=10臺(tái)

　　石油儲(chǔ)罐太陽能加熱系統(tǒng)實(shí)例照片一覽

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