太阳能低压加热系统的设计与应用

太阳能低压加热系统的设计与应用

万明李春刚盛阳

(江苏油田采油二厂)

摘要：油水井在生产运行过程中，由于冬季环境温度较低，油水井的压力表接头、短节、取样闸门等设备易发生冻堵，本文通过太阳能转换后的热能量对易冻堵的设备自动加温保持温度，以保证原油及清水在管道内的流动性，取得很好的防冻堵效果。

关键词：太阳能电池板；控制器；蓄电池；低压加热线；时间控制器

前言

由于冬季环境温度较低，油水井的压力表接头、取样闸门等设备经常发生冻堵，造成压力表录取数据不准确或压力表损坏；取样闸门因冻堵而无法正常开启，当用憋压法憋通取样闸门进行取样时易发生人身安全、环境污染等事故。太阳能低压加热系统的应用，可以通过太阳能转换后的热能量对易冻堵的设备自动加温保持温度，以保证原油在管道内的流动性，取得很好的防冻堵效果。

1、太阳能低压加热系统的方案设计

1.1结构组成：太阳能低压加热系统由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、低压加热线和时间控制器等部分组成。

1.2工作原理：太阳能低压加热系统是利用太阳光的辐射能量，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能，储存在蓄电池中，再通过低压加热线对油井或水井井口的易堵、易冻设备进行加热。

1.3组件说明：

1.3.1太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电并送往蓄电池中存储起来。

1.3.2蓄电池的作用是将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

1.3.3太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。

1.3.4低压加热线可以实现低电压高功率使用，它可以对物体起到加热及保温的作用。

1.3.5微电脑时控开关可以根据时间点自动控制开和关。

1.4技术性能及特点

太阳能低压加热系统是利用太阳能电池板采集热能转化成电能，通过低压加热线对油水井的压力表短接头、取样闸门等进行加温，以提高管道内的液体温度。本产品采用低压加热线均匀地缠绕在加热元件的壳体外，使被加热介质受热均匀。

1.4.1安全环保

(1)多晶硅太阳能电池板是由多晶硅高效太阳能电池片、EVA胶膜低钢化玻璃、轻质电镀率金组成。它选用的封装形式和接线盒等配件满足野外使用的要求，组件强度能抵御一般的风沙、冰雹和雪压。它的光电转换效率为16%左右，输出功率在90%以上。产品发热元件采用铁氟龙材料，具有耐油、耐高压、不老化、抗弧、阻燃等优点，传热性能很好，工作可靠，使用寿命长

1.4.2操作简单

该装置在有光照的条件下持续加热，在夜间根据油水井的实际情况调节好时间控制器设定好加热时段，若在阴雨天气该装置可连续3-5天对管道内的液体进行加热，智能系统将会自动调节以保证系统以最佳方式运行，操作及其简单。

1.4.3维修方便

所有系统设计均是低压，在单独的控制柜内操作，而不必停机，停产，有利于现场施工，安全性高，施工，维修十分方便。

1.4.4高效低耗

该装置主要利用太阳能为主要能源，采用的发热元件为低压加热线，发热面积大，传热效果好，发热体本身温度低，热量损失小，热效率可达98％以上。所有的热量均由太阳能光能转换电能后，储存在蓄电池中，在阴雨天或夜里无需另接其他电源电路进行加热，因而减少了电能的消耗。

2、太阳能低压加热系统的现场应用

铜庄采油管理区在A37井应用了太阳能低压加热系统。投运初期，技术人员对蓄电池的储存时间进行了核实与统计。对太阳能低压加热系统的运行模式及参数进行了调整，在保证压力表接头内的液体温度的条件下，实现最经济的运行模式。

A37井现场应用：多晶硅太阳能电池板10W18V，蓄电池12V12Ah，长度20米电阻03欧姆/米电热丝。

（1）蓄电池输出功率P应为12×12＝144W

（2）电阻丝输出功率P＝U×U&pide;（ρ×L）=144&pide;（3×20）＝2.4W

（3）蓄电池可供电时间＝144&pide;2.4＝60h＝2.5天

太阳能在日照充裕的情况下，蓄电池完全可以满足夜间对压力表闸门和取样闸门的保温和加热；既使在连续的阴雨天气也能全天侯的满足2-3天的供电进行保温和加热。

目前A37井压力表和取样闸门运行正常，完全能满足压力表接头和取样闸门内的液体正常流动。

3、太阳能低压加热系统的效果分析

目前，太阳能低压加热系统已成功应用于实际生产中，现场应用效果明显，产生了一定的安全效益、社会效益和经济效益。

3.1安全效益：该系统加热装置是利用低压加热线缠绕在管道外壁均匀地对管道内的液体加热，电气部分全部采用防爆耐压设计，实现了安全化生产。

3.2社会效益：该装置充分利用清洁绿色的太阳能，节约了大量宝贵的电力资源，具有较好的环保效益和社会效益，同时可以及时准确地录取油水井的压力值、油井的取样工作，为取全取准油水井的第一手资料提供了有力保证。

3.3经济效益：（1）以A37井为例，在2016年因天气寒冷，冻坏回压压力表Y100-1.6MPa的8块，取样闸门6只，按目前市场价两者合计共损失2120元，去除成本费300元，一口油井可节约近2000元。（2）若避免油、水井压力表及取样阀门损坏，采用电热带加热在油水井井口加热，每米电热带耗电40W，以A37油井为例，直接从该井控制柜内引线对井口闸门和压力表接头加热保温，每天加热8小时计算，日均耗电费用为320元，以冬季气温较低的时间60天为算，合计19200元。（3）通过对比分析，每口油井可创效约2万元。

4、结论与认识

太阳能低压加热系统经现场验证，达到了设计的要求，整个系统利用太阳能，减少了电力消耗，其运行均为自动控制，工作原理简单，实现了自动加温、安全高效、节能环保，并且具有通用性，还可以灵活应用于其它数据采集的工程领域，有一定的使用推广空间。

[参考文献]

[1]采油工.中国石油天然气总公司劳资局.北京:石油工业出版社，1996.11

[2]杨世铭，陶文栓.传热学.高等教育出版社出版