论文总字数：14335字

摘 要

我国开采的原油多属于“三高”原油（高含蜡、高凝点、高粘度），在集输和处理工艺过程中需要耗费大量的热能。油田工程一般采用燃油燃气、电加热等方式为原油加热，不仅能耗高而且对环境造成污染。

基于上述情况，本设计利用太阳能为工质水进行加热，并利用换热器将水中的热能转移到原油中，大大减少了原油加热过程中的能耗。首先对加热原油所需的热量进行分析计算，进而得到换热器中水的流量与温度，再根据换热器中水的温度要求来得到太阳能系统出口处的水温，根据水的流量与温度差来分析得到集热器的集热面积。考虑到太阳能系统受天气的影响，设计了辅助能源系统来避免在阴雨雪等无太阳天气情况下集热器不产生热水的缺点。而控制系统的设计应用增加了系统的人性化，整个系统不需要专人看守，可实现电子化操作，大大节省了人力。

关键词：太阳能 U型管 热水系统 集热器 原油加热

Design of Crude Oil Heating System Based on Solar Energy Principle

Abstract

China's exploitation of crude oil mostly belong to the "three high" crude oil (high wax, high pour point, high viscosity), In the process of gathering and handling processes need to spend a lot of heat. Oilfield engineering generally use fuel gas, electric heating, etc. heating crude oil, that not only cause high energy consumption but also result in environmental pollution.

Based on the above, the design use solar energy for the working water to heat the oil, and use heat exchanger to transfer the heat in water to crude oil, greatly reducing the energy consumption of crude oil heating, And then according to the water temperature requirements in the heat exchanger to get the water temperature at the exit of the solar system, get the collector area of the collector. Taking into account that the solar system affected by the weather, design the auxiliary energy system to avoid shortcomings which the collector does not produce hot water in rain and snow and other no solar weather. Control system design and application of the system to increase the human nature of the entire system does not require personal care, can achieve electronic operation, significant savings in manpower.

Keywords: Solar energy; U-tube; Hot water system; Collector; Crude oil heating

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2研究现状 1

1.2.1实验现状 1

1.2.2 理论研究 2

1.3展望 4

第二章 常见的太阳能集热器及性能 6

2.1 平板型太阳能集热器 6

2.2 真空管型太阳能集热器 6

2.2.1 U形管式全玻璃真空管太阳能集热器 6

2.2.2 热管式真空管集热器 7

2.3 太阳能集热器的性能 7

2.3.1 集热器的性能 7

2.3.2 性能系数的确定 8

第三章 系统的设计 10

3.1设计参数 10

3.2系统的流程设计 10

3.3太阳能集热器的设计 10

3.3.1 系统选型 10

3.3.2 双水箱联集管集热器太阳能热水系统 10

3.3.3 集热器选择设计 12

3.3.4 室外保温层设计 13

3.5管材与泵 14

3.6控制系统 14

第四章 系统的计算 15

4.1计算原始参数 15

4.2管壳式换热器的计算 15

4.2.1原始数据 15

4.2.2流体的物性参数 15

4.2.3传热量及平均温差 16

4.2.4加热水的流量 16

4.2.5估算传热面积及传热面结构 17

4.2.6管程计算 18

4.2.7壳程结构及壳程计算 18

4.2.8需用传热面积 22

4.2.9管程总阻力 23

4.3 太阳能热水系统的热力计算 24

4.3.1计算所需采光面积 25

4.3.2 联集器循环泵 25

4.3.3 集热水箱和恒温水箱 25

4.3.4 辅助电加热器耗电功率 26

总结 27

参考文献 28

致谢 30

绪 论

1.1引言

当今世界，能源与环境问题成为了世界性难题，能源与环境问题归根结底是因为生产发展中的废气的排放和资源的匮乏，因此，在解决能源与环境问题中，各国政府不约而同的将视线集中在新能源上，新能源相比于传统能源有着诸多优点，它的清洁性、安全性等等优秀的品质正是人们所需要的。而在众多新能源中，太阳能由于它的体量大、易获取、技术成熟脱颖而出。太阳能在欧盟、日本等发达国家已经有了广泛的应用，当地居民的生活热水绝大部分都是由太阳能制取的，为国家省下了大量的能源；在中国的沿海及中部等发展较好的城市，几乎每家每户都会安装太阳能装置来制取生活用水^[1,2]。从上述现象不难看出。太阳能已经广泛应用于人们的生活中。

原油是一种粘度非常大的，在常温下的流动性非常弱的流体，而在它的生产实践中又需要其保持流动性来保证它的顺利运输。因此，油田花费优质能源来产热去为原油加热，运行过程中存在耗油量大，配件维修费用高，不易维修及运行等问题，这些粗劣的能量利用方式又会产生大量的能源浪费，对于环境也会造成污染^[3]。这可以看出，原油生产运输环节的问题亟待解决。

1.2研究现状

1.2.1实验现状

对于本课题，查找了针对太阳能加热与原油的制备方面的一些实验。如下所示：

在国外，Ioannis Michaelides等讨论了夜间热损失对太阳能热水器性能的影响，用建议的ISO9459-2:95测试方法并对测试的结果进行分析发现：夜间热损失与夜间平均环境温度存在线性关系^[4]

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