复合式换热装置及方法

技术领域

本发明涉及原油加热降粘装置，特别涉及一种复合式换热装置及方法。

背景技术

在油气田开采的过程中，通常需要对开采出的原油进行加热，以使其满足寒冷地区的油气集输工艺及加工工艺的要求。目前，通常采用加热炉对开采出的原油加热，加热炉通过燃烧原油或天然气或者电能来提供热能，但是，加热炉燃烧原油或天然气产生的烟气达不到排放标准，容易污染环境，纯电加热耗能高，导致石油开采成本上升。为响应国家“节能、环保、低碳”政策号召，油田大力发展绿色能源（光热、空气源热泵、储热等），打造“多能互补”新能源综合体。但由于热源流程工况不同、温度不同，热源循环介质不能混流，故换热系统各自独立，这样给同一原油管线加热，设有几种热源，就得安装几个换热器。不但占地面积大，管线阀门连接复杂，撬块组装难度大，而且热损耗也大。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种复合式换热装置及方法，利用套壳式结构，及螺旋状走油盘管，把两种以上不同工况热源的换热器合并到一个整体结构上来，不仅节省了场地，简化了工艺流程，撬块结构更紧凑，循环水箱和换热器为一体，而且实现了多个工况的热源的抱团取暖，更加节能。

本发明提到的第一种复合式换热装置，其技术方案是：包括底板座（1）、上封头（2）、内筒体（3）、外筒体（4）、走油盘管（5）、原油进口（6）、原油出口（7）、太阳能热水进口管（8）、空气源热水进口管（9）、太阳能热水出口管（15）、空气源热水出口管（16），所述底板座（1）的上部固定安装有外筒体（4）和内筒体（3），所述内筒体（3）套装在外筒体（4）的内腔，在外筒体（4）和内筒体（3）的顶部安装有上封头（2），所述的内筒体（3）与外筒体（4）之间形成的环形空间为太阳能热水循环水箱，在外筒体（4）的上侧安装太阳能热水进口管（8），在外筒体（4）的下侧安装太阳能热水出口管（15），所述的内筒体（3）与上封头（2）和底板座（1）形成的密闭空间为空气源热水循环水箱，且内筒体（3）的上部安装空气源热水进口管（9），内筒体（3）的下侧安装空气源热水出口管（16）；所述的走油盘管（5）包括多层，外层的走油盘管位于太阳能热水循环水箱中，内层的走油盘管设置在空气源热水循环水箱中，且外层和内层的走油盘管串联连接，原油进口（6）位于外筒体（4）的下侧，原油出口（7）位于外筒体（4）的上侧。

优选的，上述的内筒体（3）可设定多层，相邻筒体之间为独立换热水箱，以满足两种以上不同工况热源的换热需求。

优选的，上述的内筒体（3）和外筒体（4）的直径大小根据需要设定，并且采用立式结构；所述走油盘管（5）根据需要可设定多层。

优选的，上述的上封头（2）可为平板式或椭圆式，且上封头（2）上设有电加热口（11）和排气口（13），在外筒体（4）的中上部设有液位计口（10）和上水口（14），在外筒体（4）的下部设有排污口（12）。

本发明提到的第二种复合式换热装置，其技术方案是：包括左封头（2.1）、右封头（2.2）、内筒体（3）、外筒体（4）、走油盘管（5）、原油进口（6）、原油出口（7）、太阳能热水进口管（8）、空气源热水进口管（9）、太阳能热水出口管（15）、空气源热水出口管（16）和鞍马底座（17），所述鞍马底座（17）的上部安装有卧式结构的外筒体（4），卧式结构的内筒体（3）套装在卧式结构的外筒体（4）的内腔，在外筒体（4）和内筒体（3）的左端安装有左封头（2.1），右端安装有右封头（2.2），所述的内筒体（3）与外筒体（4）、左封头（2.1）、右封头（2.2）之间形成的环形空间为太阳能热水循环水箱，在右封头（2.2）的上侧安装太阳能热水进口管（8），在左封头（2.1）的下侧安装太阳能热水出口管（15），所述的内筒体（3）与左封头（2.1）、右封头（2.2）形成的密闭空间为空气源热水循环水箱，且右封头（2.2）的上部安装空气源热水进口管（9），左封头（2.1）的下侧安装空气源热水出口管（16）；所述的走油盘管（5）包括多层，外层的走油盘管位于太阳能热水循环水箱中，内层的走油盘管设置在空气源热水循环水箱中，且外层和内层的走油盘管串联连接，原油进口（6）位于外筒体（4）的一侧，原油出口（7）位于外筒体（4）的另一侧。

优选的，上述的内筒体（3）可设定多层，相邻筒体之间为独立换热水箱，以满足两种以上不同工况热源的换热需求。

优选的，上述的内筒体（3）和外筒体（4）的直径大小根据需要设定，所述走油盘管（5）根据需要可设定多层。

优选的，上述的左封头（2.1）和右封头（2.2）可为平板式或椭圆式，且外筒体（4）的顶部设有排气口（13）和上水口（14），在外筒体（4）的中上部设有液位计口（10），在外筒体（4）的下部设有排污口（12），在左封头（2.1）或右封头（2.2）的外侧设有电加热口（11）。

本发明提到的复合式换热装置的使用方法，包括以下过程：

（1）设有的3级独立加热系统：太阳能、空气源、电加热，当白天太阳辐照较强时，太阳能热水循环加热走油盘管；当太阳辐照较弱或夜间时，空气源热水循环补充加热，满足生产加热需求；电加热为消化调节风光绿电、谷电或者应急检修备用；

（2）内筒体及外筒体内腔，既是太阳能和空气源循环系统的储热回水箱，又是走油盘管的加热换热器；

（3）走油盘管先进入太阳能热水循环水箱，再通过空气源热水循环水箱顶部出去，完成换热流程；如此，可使走油盘管先行最大化吸收太阳能热量，使后序空气源热泵不开启或少开启；如果走油盘管出口温度低于设定值下线时，则空气源热泵启动产生高温热水补充热量；当走油盘管出口温度超过设定值上限时，空气源加热系统停机，如此周而复始，充分利用太阳能和空气能，达到加热井产原油目的；

（4）在寒冷夜晚时，太阳能热水完全停止，则内筒体和外筒体抱团取暖，互为补充：外侧的太阳能热水循环水箱可为内筒的空气源热水循环水箱起到保温作用；同时空气源热水循环水箱又能保证外侧的太阳能热水循环水箱温度不至过低，从而保持外筒体内的走油盘管在一定温度，避免低温流阻变大，影响原油产量。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

本发明把多种不同工况热源合并到一个换热器上来，节省了场地，简化了工艺流程，撬块结构更紧凑，回水箱和换热器为一体，抱团取暖，更加节能；另外，采用的走油盘管为螺旋盘圆状结构，相同容积下，相较于列管式可布局更多盘管，换热面积更大，体积更小，连接基本没有弯头，流阻小，换热更好，热效更高；

另外，本发明的内筒体和外筒体抱团取暖，互为补充：外侧的太阳能热水循环水箱可为内筒的空气源热水循环水箱起到保温作用；同时空气源热水循环水箱又能保证外侧的太阳能热水循环水箱温度不至过低，从而保持外筒体内的走油盘管在一定温度，避免低温流阻变大，影响原油产量。

附图说明

图1是本发明的立式结构的示意图；

图2是本发明的立式结构旋转90度后的俯视方向的剖面示意图

图3是本发明的立式结构的正面外形示意图；

图4是本发明的立式结构的旋转90度后的俯视方向的外形示意图；

图5是本发明的卧式结构的示意图；

图6是本发明的卧式结构的侧视方向的结构示意图；

图7是本发明的卧式结构的外形示意图；

图8是本发明的卧式结构的A向的外形示意图；

图9是本发明的卧式结构的B向的外形示意图；

上图中：底板座1、上封头2、内筒体3、外筒体4、走油盘管5、原油进口6、原油出口7、太阳能热水出口管15、空气源热水出口管16、液位计口10、电加热口11、排污口12、排气口13、上水口14、太阳能热水进口管8、空气源热水进口管9、鞍马底座17、垫板18、左封头2.1、右封头2.2。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照图1-4，本发明提到的第一种复合式换热装置，包括底板座1、上封头2、内筒体3、外筒体4、走油盘管5、原油进口6、原油出口7、太阳能热水进口管8、空气源热水进口管9、太阳能热水出口管15、空气源热水出口管16，所述底板座1的上部固定安装有外筒体4和内筒体3，所述内筒体3套装在外筒体4的内腔，在外筒体4和内筒体3的顶部安装有上封头2，所述的内筒体3与外筒体4之间形成的环形空间为太阳能热水循环水箱，在外筒体4的上侧安装太阳能热水进口管8，在外筒体4的下侧安装太阳能热水出口管15，所述的内筒体3与上封头2和底板座1形成的密闭空间为空气源热水循环水箱，且内筒体3的上部安装空气源热水进口管9，内筒体3的下侧安装空气源热水出口管16；所述的走油盘管5包括多层，外层的走油盘管位于太阳能热水循环水箱中，内层的走油盘管设置在空气源热水循环水箱中，且外层和内层的走油盘管串联连接，原油进口6位于外筒体4的下侧，原油出口7位于外筒体4的上侧。

优选的，上述的内筒体3可设定多层，相邻筒体之间为独立换热水箱，以满足两种以上不同工况热源的换热需求。

优选的，上述的内筒体3和外筒体4的直径大小根据需要设定，并且采用立式结构；所述走油盘管5根据需要可设定多层。

优选的，上述的上封头2可为平板式或椭圆式，且上封头2上设有电加热口11和排气口13，在外筒体4的中上部设有液位计口10和上水口14，在外筒体4的下部设有排污口12。

本发明提到的复合式换热装置的使用方法，包括以下过程：

（1）设有的3级独立加热系统：太阳能、空气源、电加热，当白天太阳辐照较强时，太阳能热水循环加热走油盘管；当太阳辐照较弱或夜间时，空气源热水循环补充加热，满足生产加热需求；电加热为消化调节风光绿电、谷电或者应急检修备用；

（2）内筒体及外筒体内腔，既是太阳能和空气源循环系统的储热回水箱，又是走油盘管的加热换热器；

（3）走油盘管先进入太阳能热水循环水箱，再通过空气源热水循环水箱顶部出去，完成换热流程；如此，可使走油盘管先行最大化吸收太阳能热量，使后序空气源热泵不开启或少开启；如果走油盘管出口温度低于设定值下线时，则空气源热泵启动产生高温热水补充热量；当走油盘管出口温度超过设定值上限时，空气源加热系统停机，如此周而复始，充分利用太阳能和空气能，达到加热井产原油目的；

（4）在寒冷夜晚时，太阳能热水完全停止，则内筒体和外筒体抱团取暖，互为补充：外侧的太阳能热水循环水箱可为内筒的空气源热水循环水箱起到保温作用；同时空气源热水循环水箱又能保证外侧的太阳能热水循环水箱温度不至过低，从而保持外筒体内的走油盘管在一定温度，避免低温流阻变大，影响原油产量。

实施例2，参照图5-图9，本发明提到的第二种复合式换热装置，包括左封头2.1、右封头2.2、内筒体3、外筒体4、走油盘管5、原油进口6、原油出口7、太阳能热水进口管8、空气源热水进口管9、太阳能热水出口管15、空气源热水出口管16和鞍马底座17，所述鞍马底座17的上部通过垫板18安装有卧式结构的外筒体4，卧式结构的内筒体3套装在卧式结构的外筒体4的内腔，在外筒体4和内筒体3的左端安装有左封头2.1，右端安装有右封头2.2，所述的内筒体3与外筒体4、左封头2.1、右封头2.2之间形成的环形空间为太阳能热水循环水箱，在右封头2.2的上侧安装太阳能热水进口管8，在左封头2.1的下侧安装太阳能热水出口管15，所述的内筒体3与左封头2.1、右封头2.2形成的密闭空间为空气源热水循环水箱，且右封头2.2的上部安装空气源热水进口管9，左封头2.1的下侧安装空气源热水出口管16；所述的走油盘管5包括多层，外层的走油盘管位于太阳能热水循环水箱中，内层的走油盘管设置在空气源热水循环水箱中，且外层和内层的走油盘管串联连接，原油进口6位于外筒体4的一侧，原油出口7位于外筒体4的另一侧。

其中，上述的内筒体3可设定多层，相邻筒体之间为独立换热水箱，以满足两种以上不同工况热源的换热需求。

上述的内筒体3和外筒体4的直径大小根据需要设定，所述走油盘管5根据需要可设定多层。

上述的左封头2.1和右封头2.2可为平板式或椭圆式，且外筒体4的顶部设有排气口13和上水口14，在外筒体4的中上部设有液位计口10，在外筒体4的下部设有排污口12，在左封头2.1或右封头2.2的外侧设有电加热口11。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。