基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统

技术领域

本发明涉及石油输运减阻领域，具体涉及一种基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统。

背景技术

管道运输是石油最主要运输方式之一，但是由于石油是黏性比较大的流体，在管道运输过程中流速很慢，影响了管道运输的速率，传统管道运输中需要消耗大量的热量来给石油进行预热，这会消耗大量额外的能源。也有提出利用太阳能供热使得管内石油温度上升，实现减阻的目的，但是太阳能具有间断不连续的特点，而石油运输是连续不间断的，如何高效利用太阳能热，实现对石油的持续供热是现在迫切需要解决的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统，它可以高效利用太阳能实现对石油输运管道的连续供热。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统，包括：

聚光单元，包括空心弧形支撑板、安装于所述空心弧形支撑板且开口朝上的CPC聚光器、位于所述CPC聚光器及空心弧形支撑板底部并正对所述CPC聚光器的开口的弧形光伏电池组；

供热单元，包括配置在输油管道外周壁的走水腔及靠近或贴于所述弧形光伏电池组下侧的蛇形管，所述蛇形管的出口段连通所述走水腔；

第一液路，包括储水罐和配置在所述空心弧形支撑板内的冷水管组，所述储水罐的出口通过第一水泵连通所述冷水管组的进口，所述冷水管组的出口连通所述蛇形管的进口，所述走水腔连通所述储水罐的进口；

第二液路，包括盘式埋地管、安装固定于输油管道的若干油水板式换热器及配置在所述空心弧形支撑板内的热水管组，所述油水板式换热器的冷水入口与外界接通，热水出口连通所述盘式埋地管的进口，所述盘式埋地管的出口通过第二水泵连通所述热水管组的进口，所述热水管组的出口连通所述蛇形管的出口段的入口。

进一步，所述蛇形管包括分别沿所述输油管道的轴向延伸的的蛇形往复段和两根直管段，两根直管段位于所述蛇形往复段的两侧，并分别连通所述蛇形往复段的出口，以所述直管段作为所述蛇形管的出口段，所述出口段间隔均匀配置有多个液泵，以通过液泵将出口段的热水泵入所述走水腔内。

进一步，基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统还包括空心承重支架，所述空心承重支架连接所述空心弧形支撑板，以支撑所述空心弧形支撑板，所述空心承重支架内配置有冷水连通管组和热水连通管组，所述储水罐的出口、所述冷水连通管组和所述冷水管组依次连通，所述盘式埋地管的出口、所述热水连通管组和所述热水管组依次连通。

进一步为了可以自动追光，基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统还包括追光系统，所述追光系统包括：

太阳光捕捉仪，用于采集太阳光信号，并将太阳光信号转换为相应数字信号；

信号接收处理器，用于基于所述数字信号生成控制信号；

角度调整装置，配置在所述空心弧形支撑板和所述CPC聚光器之间，并连接所述信号接收处理器，用于在所述控制信号的控制下调整所述CPC聚光器的聚光角度。

进一步，所述走水腔的上端部具有缺口，所述弧形光伏电池组扣合在所述走水腔的缺口位置。

进一步为了延长换热时间，所述走水腔的内壁间隔设置有多个阻水板；

进一步，所述走水腔的外壁涂有石墨烯涂层。

进一步为了可以充分利用热量，所述储水罐的底部具有预热腔，所述走水腔的出口连通所述预热腔。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

1、克服以往输油管道减阻需消耗额外能源的难题，本发明利用无污染可再生的太阳能资源，实现了节能环保，绿色可持续；本发明还能延长弧形光伏电池组的寿命；

2、克服太阳能资源不稳定性的因素，在对输油管道内石油进行供热的同时还收集石油多余的热量，实现了能源的充分利用，将太阳能直接供热与蓄热供热相结合，使得供热持续无间断。

附图说明

图1为本发明的基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统的结构示意图；

图2为本发明的基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统的另一视角的结构示意图；

图3为本发明的CPC聚光器和弧形光伏电池组3的安装示意图；

图4为本发明的油水板式换热器的结构示意图；

图5为本发明的蛇形管的结构示意图；

图6为本发明的走水腔的内壁的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1、2、3、4、5、6所示，一种基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统，包括：

聚光单元，包括空心弧形支撑板1、安装于所述空心弧形支撑板1且开口朝上的CPC聚光器2、位于所述CPC聚光器2及空心弧形支撑板1底部并正对所述CPC聚光器2的开口的弧形光伏电池组3；

供热单元，包括配置在输油管道外周壁的走水腔4及靠近或贴于所述弧形光伏电池组3下侧的蛇形管5，所述蛇形管5的出口段连通所述走水腔4；

第一液路，包括储水罐61和配置在所述空心弧形支撑板1内的冷水管组62，所述储水罐61的出口通过第一水泵连通所述冷水管组62的进口，所述冷水管组62的出口连通所述蛇形管5的进口，所述走水腔4连通所述储水罐61的进口；

第二液路，包括盘式埋地管71、安装固定于输油管道的若干油水板式换热器72及配置在所述空心弧形支撑板1内的热水管组73，所述油水板式换热器72的冷水入口与外界接通，热水出口连通所述盘式埋地管71的进口，所述盘式埋地管71的出口通过第二水泵连通所述热水管组73的进口，所述热水管组73的出口连通所述蛇形管5的出口段的入口。

在本实施例中，第一液路上配置有阀一，第二液路上配置有阀二，在阀一开启、阀二关闭时，聚光单元执行供热工作，在阀一关闭、阀二开启时，盘式埋地管71执行供热工作。

当白天太阳光充足时，输油管道主要依靠聚光单元供热，开启阀一，关闭阀二，储水罐61内的水被第一水泵泵入空心弧形支撑板1内的冷水管组62，再进入蛇形管5，完成换热后通过蛇形管5的出口段进入走水腔4，实现对输油管道壁的供热；每隔固定距离段，石油温度明显上升，利用油水板式换热器72将高温石油的热量存储于盘式埋地管71内。在夜晚或者没有光照时，关闭阀一、开启阀二，盘式埋地管71内的热水通过第二水泵泵入空心弧线支撑板1内的热水管组，再由热水管组出口接入蛇形管5的出水段，再进入走水腔4，利用盘式埋地管71内的热水实现对输油管道的辅助供热。

在本实施例中，还包括蓄电箱，蓄电箱接入弧形光伏电池组3，在盘式埋地管71供热能力不足或不够时，还可以通过蓄电箱存储的电能对输油管道进行电能供热。电能供热时，可以通过电能加热水，也可以直接加热输油管道。电能供热属于成熟的现有技术，不在此做详细介绍。蓄电箱还可以对泵供电。

在本实施例中，空心弧形支撑板1对CPC聚光器2起到支撑作用，内部涂有硅酸铝涂层，对冷水管组62和热水管组73可以起到很好的保温效果，减少了热损失。同时利用空心弧形支撑板1的斜面效应，使得进入蛇形管5内的水质更加稳定。

光伏电池组在工作的时候，只有很少一部分光能转化为电能，很大部分仍然以热的形式使得光伏电池组的温度升高，温度可以达到100℃+，温度过高会影响光伏电池组的寿命和电效率，本实施例中，就是利用介质水收集弧形光伏电池组3的热量，介质水再加热低温的石油。其中，蛇形管5的材质选用的是一种换热效果良好的不锈钢材质，蛇形管5贴附在弧形光伏电池组3底面，当弧形光伏电池组3温度升高，蛇形管5的温度也会升高，随之蛇形管5内的流通介质水也由低温变成高温，实现换热，水冷换热的情况下，弧形光伏电池组3的温度可以降到50℃-60℃左右，此时电效率可以维持在25％以上，也能保证使用寿命，电能存储在蓄电箱内，同时热能又被回收利用了，一举两得。

如图5所示，所述蛇形管5包括分别沿所述输油管道的轴向延伸的的蛇形往复段51和两根直管段52，两根直管段52位于所述蛇形往复段51的两侧，并分别连通所述蛇形往复段51的出口，以所述直管段作为所述蛇形管5的出口段，所述出口段间隔均匀配置有多个液泵53，以通过液泵53将出口段的热水泵入所述走水腔4内。蛇形往复段51往复迂回，长度比较长，可以延长换热时间，直管段52具有两个，且沿输油管道轴向延伸，便于热水从走水腔4两侧均匀地进入走水腔4内。在本实施例中，蛇形管5还配置有分液阀，使得热水可以均匀地进入两侧的直管段52内。

如图1、2、3、4、5、6所示，基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统还包括空心承重支架8，所述空心承重支架8连接所述空心弧形支撑板1，以支撑所述空心弧形支撑板1，所述空心承重支架8内配置有冷水连通管组63和热水连通管组74，所述储水罐61的出口、所述冷水连通管组63和所述冷水管组62依次连通，所述盘式埋地管71的出口、所述热水连通管组74和所述热水管组73依次连通。空心承重支架8可以对空心弧形支撑板1起到支撑作用，利于结构的稳固，且设置冷水连通管组63和热水连通管组74，通过冷水连通管组63连通储水罐61和冷水管组62，通过热水连通管组74连通盘式埋地管71和热水管组73，可有效防止水管裸露外界环境中，尽可能地减少热损失。并且，储水罐61或盘式埋地管71内的水经空心承重支架8内的冷热水连通管组沿竖直方向直接进入空心弧形支撑板1内的冷热水管组，再经空心弧形支撑板1的斜面效应沿斜面进入蛇形管5内。考虑到水管如果发生弯折，工质水在发生突变的管线处阻力变大，需要更大的推动功才能通过，相比于短距离的扬程差，突变引起的阻力耗功影响力更大。因此，本实施例中中的通水方式相比于由竖直方向的空心承重支架8直接折弯进入蛇形管5，可大大降低第一水泵和第二水泵的运载功率。

如图1、2、3、4、5、6所示，基于热电耦合连续均匀供热的石油输运减阻系统还包括追光系统，所述追光系统包括：

太阳光捕捉仪91，用于采集太阳光信号，并将太阳光信号转换为相应数字信号；

信号接收处理器92，用于基于所述数字信号生成控制信号；

角度调整装置93，配置在所述空心弧形支撑板1和所述CPC聚光器2之间，并连接所述信号接收处理器92，用于在所述控制信号的控制下调整所述CPC聚光器2的聚光角度。

在本实施例中，太阳光捕捉仪91包括控制电路、光敏元件、A/D转换芯片，光敏元件作为传感器，将光信号转变为电信号，再利用A/D转换芯片将电信号转换为数字信号；信号接收处理器92可以选用单片微控制器，信号接收处理器92位于太阳光捕捉仪器91内，接收A/D转换芯片传输来的数字信号，并基于所述数字信号生成控制信号；角度调整装置93即受控元件，动力元件是微型电机，信号接收处理器92生成的控制信号到达角度调整装置93的微型电机，微型电机驱动CPC式聚光器2偏转，调整聚光角度，实现自动追踪光源的目的，使得系统的光电光热转换效率达到最佳。

如图1、2、5所示，所述走水腔4的上端部设有缺口，所述弧形光伏电池组3扣合在所述走水腔4的缺口位置。如此设置，使得弧形光伏电池组3可以直接对输油管道的正对所述缺口的位置进行加热。

如图6所示，所述走水腔4的内壁间隔设置有多个阻水板41。设置阻水板41，可以延长热水在走水腔4内流动的时间，促进换热。

在本实施例中，所述走水腔4的外壁涂有石墨烯涂层。石墨烯涂层可以起到保温的作用，传统的保温方式是使用岩棉、玻璃棉等材料对管道进行包裹，传统的方式增加管道的负担，遇水后会大大降低保温效果，同时还会影响聚光的效果，石墨烯则无这些劣势。

如图1、2所示，所述储水罐61的底部具有预热腔611，所述走水腔4的出口连通所述预热腔611。

在本实施例中，走水腔4内的热水被输油管道内的石油吸走热量后，变成温水，温水从走水腔4腔底的出水阀流进储水罐61罐底的预热腔611，预热腔611内的温水对储水罐61内的低温水进行预热。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。