一种集成保温蓄热式模块化水箱的制作方法

1.本实用新型涉及加热技术领域，尤其涉及一种集成保温蓄热式模块化水箱。


背景技术：

2.现有油田系统一般是由燃气锅炉(燃气是油田开采副产品)进行原油加热，是一种24小时加热换热方案，无需蓄热。在油田系统与太阳能节能改造的配合中，由于太阳能系统辐照的不连续性、不均匀性特点，需将富裕的热量储存，以保证连续稳定的加热。太阳能与原油加热的工业级应用目前还处于开发探索阶段，没有固定的模块化设备，现在主要应用的蓄热装置有储热水箱、相变蓄热箱两种，储热水箱属于最常见的、很成熟的太阳能水蓄热装置；相变蓄热箱内填充相应温度的相变蓄热材料用来储热，通过换热盘管和外界换热。
3.储热水箱(水蓄热)的优点是导热快、热量分布均匀，但面临着蓄热密度小、占地面积大、水易蒸发热量储存难的问题；相变蓄热箱的优点是可选取合适温度，相变蓄热量大，体积变化小，但其热传导性较差，采用换热盘管容易出现换热部位局部高温，温度不均匀的问题；高温的相变蓄热材料一般为熔融盐，还可能出现腐蚀储存材料的情况；另外相变蓄热材料的耐久性还有待时间考验，成本高经济性方面表现较差。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种集成保温蓄热式模块化水箱，采用模块化设计，便于快速安装；通过水和有机相变蓄热材料组合的蓄热方式，提高蓄热效果。
5.为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：
6.本实用新型的实施例提供了一种集成保温蓄热式模块化水箱，包括保温箱体，所述保温箱体内设有蓄热一体水箱、换热单元、防爆水泵循环管线单元，蓄热一体水箱内设有水和有机相变蓄热材料，且蓄热一体水箱内安装加热单元；防爆水泵循环管线单元包括原油换热循环管线，蓄热一体水箱与换热单元通过原油换热循环管线相连。
7.作为进一步的实现方式，所述防爆水泵循环管线单元还包括太阳能集热循环管线，太阳能集热循环管线一端与蓄热一体水箱连通，另一端设有用于配合太阳能集热单元的接口。
8.作为进一步的实现方式，所述太阳能集热循环管线安装集热泵，原油换热循环管线安装换热泵和流量调节阀。
9.作为进一步的实现方式，还包括防爆控制单元，蓄热一体水箱、加热单元和换热单元分别连接防爆控制单元。
10.作为进一步的实现方式，所述加热单元由若干电热管组成。
11.作为进一步的实现方式，所述保温箱体包括从外至内依次设置的外壳、保温层、内壳和装饰板。
12.作为进一步的实现方式，所述保温层包括依次设置的硅酸铝毡层、珍珠岩层和硅
酸铝毡层。
13.作为进一步的实现方式，所述换热单元为换热器。
14.作为进一步的实现方式，所述防爆控制单元包括防爆壳体和设于防爆壳体内的控制模块、显示模块。
15.本实用新型的有益效果如下：
16.本实用新型集成了保温、蓄热、加热、换热等功能，通过模块化的设计，便于与石油系统组装；通过对太阳能节能改造中的蓄热装置进行了模块化设计组装，内部集成了除太阳能集热单元外的全套设备，只需运输至合适地点安装即可。
17.本实用新型采用水和有机相变蓄热材料组合的蓄热方式，以水蓄热为主、有机相变蓄热材料为辅，提高蓄热效果；模块化水箱采用组合的保温层，增强保温效果。
18.本实用新型能够直接连接于太阳能集热单元，白天利用太阳能储热、晚上利用低谷电蓄热，满足原油24小时不间断的加温需求，从而适用于石油系统。
附图说明
19.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
20.图1是本实用新型根据一个或多个实施方式的结构示意图；
21.图2是本实用新型根据一个或多个实施方式的模块化水箱安装示意图；
22.图3是本实用新型根据一个或多个实施方式在油田系统应用的运行原理图。
23.其中，1、模块化水箱，2、蓄热一体水箱，3、加热单元，4、防爆水泵循环管线单元，5、防爆控制单元，6、节能计量单元，7、换热单元，8、集热泵，9、换热泵，10、太阳能集热单元。
具体实施方式
24.实施例一：
25.本实施例提供了一种集成保温蓄热式模块化水箱，如图1和图2所示，模块化水箱1包括保温箱体以及设于保温箱体内的蓄热一体水箱2、加热单元3、换热单元7、防爆水泵循环管线单元4、防爆控制单元5和节能计量单元6；集成了保温、蓄热、加热、换热、循环、控制、节能计量、远传多种功能于一体，采用集成化方案，进行标准化模块化设计，在工厂集中完成设备的制造、装配、调试工作，同时满足撬装化要求。
26.具体的，保温箱体由外至内依次设置防护外壳
→
硅酸铝毡层
→
珍珠岩层
→
硅酸铝毡层
→
内壳
→
装饰板，其中，硅酸铝毡层、珍珠岩层和硅酸铝毡层构成保温层；增强保温效果。保温箱体还设有温屏节能门窗，具有防漏气、防形变等功能，增强保温性能。
27.在本实施例中，蓄热一体水箱2为开式水箱内胆，采用水 有机相变蓄热材料组合的蓄热方式，有机相变蓄热材料设于开式水箱内胆的夹套层中，水设于开式水箱内胆中；以水蓄热为主、有机相变蓄热材料为辅，相比常规水蓄热可增加一部分蓄热量，相比常规相变材料蓄热可避免接触面积小和导热效率低的劣势。蓄热一体水箱2的保温功能通过保温箱体实现，为多种材料组成的超厚保温层。
28.可以理解的，在其他实施例中，水 有机相变蓄热材料组合的蓄热方式也可以采用
其他方式布置，例如：开式水箱内安装蓄热棒(或蓄热球)，有机相变蓄热材料设于蓄热棒(或蓄热球)中，水设于开式水箱中；或者，开式水箱内置小内胆，有机相变蓄热材料设于小内胆中，水设于开式水箱中。
29.本实施例的有机相变蓄热材料为蓄热球或蓄热棒型式，相变温度70℃左右；蓄热一体水箱的蓄热容量依据原油井产能设计，白天利用太阳能储热、晚上利用低谷电蓄热，可达到现有卡炉在不同季节的升温区间，满足原油24小时不间断的加温需求。
30.加热单元3设于蓄热一体水箱2内，由若干电热管组成，可搭配不同规格形成不同数量的组串；电热管选取防爆式，耐高温、耐腐蚀性能优越，具有防爆结构，可以用于防爆场所。电热管由控制系统根据时间和水箱温度情况，定时定温启动或关闭加热。
31.加热单元3主要设计加热时段为夜间低谷电蓄热，大幅度降低辅助能源费用；也可缓解高峰电力供需缺口，促进电力资源的优化配置。
32.防爆水泵循环管线单元4包括太阳能集热循环管线和原油换热循环管线，根于油田安全需求，太阳能集热循环管线需根据太阳能集热单元10的布置面积计算选用合适的循环水泵，太阳能集热循环管线一端与蓄热一体水箱2连通，另一端预留与太阳能集热单元10配合的接口。
33.原油换热循环管线根据原油的产量及含水率计算选用合适的循环水泵，原油换热循环管线连通蓄热一体水箱2与换热单元7。原油换热循环管线上还设有换热循环流量调节装置，为防爆电动二通流量调节阀，配合原油设定的需求温度，调整换热循环的流量参数，提高对热量的有效利用率，避免在储热水箱较高温段时加热后的原油出口温度过高，造成能源浪费。
34.本实施例的换热单元7为换热器，具有加热速度快、传热效率高、不易结垢、定量加热、结构紧凑、出品油流动性好的特点；换热器通过对应的接口分别与换热循环管线和原油生产系统连通。
35.防爆控制单元5包括防爆壳体，防护等级为ip65，适用于易燃易爆的场合, 安全系数高、操作功能强、性能稳定。防爆壳体内部设有太阳能循环控制模块、换热循环控制模块、智能电表模块、彩屏显示模块，防爆控制单元5与温度、水位检测信号、节能计量信号等输入端和防爆水泵、防爆电动阀、防爆电热管等控制端通过线缆、防爆穿线管进行连接，满足高温、防雨、防冻、安全、防爆等运行环境条件要求。
36.防爆控制单元5还配置远程控制功能，可远程传输至生产指挥中心，进行实时监控。防爆控制单元5还设置有可连接移动终端的芯片，通过移动终端监测模块化水箱1的运行状态及运行参数，显示节能量，减碳量等。
37.防爆控制单元5在实时采集耗电量、节能量的基础上，对运行数据进行分析，输出碳排放、减碳量数据等，实现全自动控制及远程控制；具备全自动运营管理、故障诊断、实时报警、数据分析、能源监测、环境监测、安全防爆等功能；应对油田露天恶劣环境，随时掌握系统的运行情况，提高运维工作效率。
38.节能计量单元6由智能电表及热量表组成，可实时计量显示功率，日耗电量，累计耗电量、日节能量、累计节能量等数据，在防爆控制单元进行显示，也可远程传输至生产指挥中心，进行实时监控。
39.如图2所示，集热泵8进口端与蓄热一体水箱2连通，出口端预留与太阳能集热单元
10配合的接口，可与太阳能集热器阵列的进口端连通；蓄热一体水箱2 另一侧上预留集热回水接口，与太阳能集热器阵列的出口端连通，形成一个闭环的循环通路。
40.换热泵9进口端与蓄热一体水箱2连通，出口端通过热量表后与换热单元7 的高温侧循环进口连通，流经换热器后从高温侧循环出口通过管路与蓄热一体水箱2另一开口连通，组成了换热循环管路，该单元也包括配套的管道、闸阀、止回阀、管路保温、压力表等附件。
41.本实施例将太阳能原油加热系统除太阳能集热单元外的设备高度集成，可实现施工现场无机房快速安装。
42.本实施例的工作原理为：
43.如图3所示，防爆太阳能集热循环管线与太阳能集热单元10连接，换热单元7预留接口与原油生产、储存、运输等系统连接。
44.晴天时，太阳能集热单元10收集太阳能转化为热能，通过防爆太阳能集热循环管线将热能输送至蓄热一体水箱2中储存起来，再通过换热单元7及换热管路循环系统将热量用于加热原油，节约常规能源的消耗和污染物的排放，系统整体处于低能耗运行，具有较高的经济效益；其中太阳能集热单元10的出口温度要可达到100℃，保证蓄热一体水箱2中较高品位的热源，来满足原油生产中需要的加热工艺流程。
45.当生产原油经过换热器加热时，控制换热泵9开启，将蓄热一体水箱2中的热水输送至换热单元7中进行热交换，经过换热器的回水再输送回蓄热一体水箱 2。在换热泵9后设有热量表，回水管线上设有回水温度检测，测量换热循环输出的热量；在换热循环管线上还设有换热循环流量调节装置，为电动二通流量调节阀，当检测原油出口温度高于设定值时，输出信号自动减小控制调节阀的开启度，使原油出口温度保持在设定的温度范围内。
46.当辐照条件较差，太阳能提供的热量不能满足原油生产所需的热量时，控制系统自动控制辅助加热单元3开启，对蓄热一体水箱2进行加热，再通过换热单元7及换热管路循环系统将热量用于加热原油。当处于谷电时间内，自动检测蓄热一体水箱2中的温度，低于设计温度则开启辅助加热单元对蓄热一体水箱2进行加热储存热量。在控制系统内设有峰谷电表，测量辅助加热消耗的峰平谷电。
47.由于油井附近不允许现场大面积动火作业，安装周期要求短，同时设备还必须便于搬迁和运输。针对现有现场组装设备，加盖简易设备间的安装模式，本实施例对太阳能节能改造中的蓄热装置进行了模块化设计组装，内部集成了除太阳能集热单元外的全套设备，只需运输至合适地点安装即可。
48.本实用新型还应用了太阳能智能化远程监控和大数据平台技术，即集太阳能节能项目现场控制、数据通信、远程监测、远程控制、数据存储和分析等功能于一体的远程控制系统和智控大屏显示系统。
49.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。