中高温热泵与太阳能油田集输加热系统

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1、中高温热泵与太阳能油田集输加热系统.txt21春暖花会开！如果你曾经历过冬天，那么你就 会有春色！如果你有着信念，那么春天一定会遥远；如果你正在付出，那么总有一天你会拥 有花开满圆。 本文由山城小将贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。序号： 序号：常 州 大 学 毕业设计（ 论文） 毕业设计 （ 论文 ） 前期材料一一届 （二 O 一一届）学 学 题 生 院 目 刘均 机械工程学院 学 号 07403219 装备 072专业班级中高温热泵与太阳能油田集输加热系统设计类别毕业设计丁毕业设计裴峻峰毕业论文口毕业论文口专业技术职务专业技术职务教授校

2、内指导教师 校外指导老师材序号 1 2 3料目录数量 1 1 1 备注名 称 毕业设计（论文）任务书 文献综述（设计类）或开题报告（论文类） 外文翻译 （封面、译文、原文）二O年二月年二月学号： 学号： 07403219常 州 大 学 毕业设计（ 论文） 毕业设计 （ 论文 ） 文献综述一一届 （二 O 一一届）题目中高温热泵与太阳能油田集输加热系统设计学学生 院 机械工程学院 机械工程学院 裴峻峰刘均 专 业 班 级 专业技术职务 专业技术职务 装备 072 教 授校内指导教师 校外指导老师二O年二月年二月中高温热泵与太阳能油田集输加热系统设计一、前言 1. 课题研究的意义； 课题研究的意义

3、；国内外研究现状和发展趋势1.1.1.1. 课题研究的意义 随着世界经济持续高速地发展，能源问题和环境问题日趋严 重。在能源日趋 紧张的背景下，节能与开发可再生能源变得十分重要。能源危机及生态环境 的破 1， 2 坏，使人们重新思考自由利用的太阳能资源 。太阳能是可再生能源的一种， 开 发利用太阳能，对于节约常规能源、保护自然环境、减缓气候变化等，都具有 23 极其重 大的意义 。 （1）可以节约大量使用的化石能源； （2）可以保护人类赖以 生存的自然环 境； （3）可以减缓日益严重的全球气候变化。由此可见，太阳能是 保护人类赖以生存的地 球生态环境的清洁能源；采用包括太阳能在内的可再生能 源

4、以逐步减少和替代化石能源的使 用，是保护生态环境、走经济社会可持续发展 之路的重大措施。 3， 4 对于油田来说， 既是产能大户，又是消耗大户 。油田每年原油产量中有 近 15 用于石油开采与输送，尤其 是在原油管输、原油开采的注水、注汽技术等 5 环节需要消耗大量能源 。传统的燃油燃 气炉，不仅供热效率低，造成稀缺的燃 油燃气资源的浪费，而且其废弃物还对环境造成严重 的污染。另一方面，油田在 生产石油的过程中会产生大量含油污水，目前我国各主要油田均 已达到中、高含 水期，油田污水产出量增加。据 1998 年陆地油田统计数据显示，我国油田 每天含 油污水日产量为190万立方米，而含油污水的温度

5、往往较高，一般为3550C,这 部 分污水的余热回收潜力巨大 。若采用热泵技术回收含油污水余热用于给原油 伴热，不失为 一种节能减排的新途径。 正是在这种情况下，开发利用太阳能和回收油田污水余热，从降低 石油企业 原油输送能耗方面入手，提出了中高温热泵与太阳能油田集输加热系统。 1.2. 国 内外研究现状和发展趋势 1.2.1.2.1.1.2.1. 国内外研究现状 俞乔力、马春青等人研制了 一种集空气源热泵、太阳能热水器和电热水器于 一体的冷热水机组。该系统最大的特点是设 置了混热、蓄热、蒸发/冷凝器作为3种介质的换热器，并内置了相变温度40C的石蜡作为 相变工质。系统由混热、蓄 热、蒸发冷凝

6、器与太阳能集热管组成太阳能侧环路；空气蒸发 /冷凝器组成空 气侧环路；循环水蒸发/冷凝器与压缩机和气液分离器组成电热环路；三环 路并 联。当收集的太阳能辐射热较多时，循环泵把太阳能输送到供热盘管和热水器中， 同 时相变材料进行相变蓄热。若太阳能不足，则可启动空气源热泵，补充加热。 阳季春等人提 出了一种太阳能与多功能热泵技术有机结合的间接膨胀式多功 能热泵系统，描述了其组成及 工作原理，运用了四个换热器来实现空气调节和制 取热水等多种功能，重点对其系统的供热 部分进行了实验研究，根据实验结果，24其热泵平均性能系数 COP 在 330 一 471 之间变化，而系统平均 COP 在 288 6

7、396 之间变化 。 李舒宏等研制了一种将热泵与太阳能热水器结合的太阳能热泵空调热 水系 统，并对其在热泵制热水模式下的运行工况进行了实验研究，实验结果得到能效 比最 大可达 385，平均在 30 以上。并分析讨论了主要参数变化对系统的影响， 在此基础上 做出了该装置的耗能分析。与其他类型的热水器进行了经济性比较， 数据结果表明该热水器 装置更为经济 。 JPChyng 等人将太阳能做蒸发器蒸发热能。主要有二种形式，一种是 直接 用太阳能当作蒸发器能源，根据文献报道，此类模式在外界温度影响下整年中每 7 日 COP 在 1725 之间 。另一种是通过储热材料间接地为蒸发器提供能量。 据文献报道

8、 此种模式下热泵供暖制热平均季节性能系数能达到 40 。 BJHuang 等人利用热管原理 进行供热。制冷剂吸收太阳热量快速蒸发， 直接到冷凝器处冷凝器放热，之后制冷剂再流回 蒸发器。据文献报道，在合适的 2 制冷剂充注量的条件下，用电加热量来模拟太阳辐射量， 在大于 400W/m 太阳 32， 58， 辐射量下， 具有热管辅助的热泵 COP 能达 3 而单纯的 热泵循环 COP 仅为 2 并指出当太阳辐射超过 400W/ m 时，热管循环对整个性能的影响非 常明显。Hawladd等人对太阳能辅助热泵系统进行了相关研究，制冷工质为R134a,采用 变频压缩机使压机容量与集热/蒸发器负荷相匹配，

9、当地(Singapore)室外环境温度较高， 蒸发温度高，当水箱水温为30C50C时，集热器效率为40%70%,系10统COP值为 49，经济性分析显示投资回收期为两年 。 Huang 等对太阳能辅助热泵系统运行进行了长 期的调查，在五年的时间里系统总运行时间达20, 000h,在出水温度57C时系统的能耗 为0. 019KW/L,大大优于常规热泵热水系统。约旦将太阳能集热器用于中东某电厂对燃 料油的加热上，并成功地保持燃料油系统恒温50C以上的流动性和分散性，由此节约了 5% 8% 的能耗；太阳能热 二极管技术近年来被应用于稠油管道运输中， 1984 年澳大利亚太阳 能公司John Lasi

10、ch成功完成了稠油管道试验，在阳光充足条件下管温可提高40C，夜间 也可保持提高10C；委内瑞拉一条32 km长稠油管道采用太阳能热二极管技术后输油温 度从28C提高到60C，输送能力提高17% ；在科威特、印度尼西亚、马来西亚等国家 和地区也有 1 2 条示范管道在试验中。专家们预计，该技术不久将进 3 入工业化应用 。 我国太阳能工业加热处于起步阶段，涉及的工业领域不多。而且过去也未见 有太阳能技术在 油田开采输送过程中的应用先例。为充分而有效地利用太阳能资 源，北京市太阳能研究所与 兄弟单位合作，实地考查了辽河油田兴隆台采油厂实 际情况，并认真分析了能耗现状，在开 展了大量前期工作的基础

11、上，完成了兴隆 台采油厂某站太阳能加热输送油系统的设计工作。 该太阳能原油加热系统于 2005 23 年建成并投入运行，系统平均每天节约 30%左右的天然 气用量 。 目前中高温热泵的研究主要针对的是中高温水源热泵，大量研究工作集中在112689适宜工质的选择和进一步提高系统制热效率方面。相对于常温热泵，中高温水源 热泵很 难找到一种很适用的工质。对于中高温工质的选择有两种趋势，一种是使用自然工质（co、 NH3 及碳氢化合物等） ，另一种是使用 HCFC、HFC、HFE 及 它们的混合物。自然工质一般压 力较高或者循环进入超临界区，有些还具有较高 的爆炸性危险，相应的系统一般都有特殊的 要求

12、,因此目前大多数研究倾向于人造 13 工质的选择 。 另据文献14报道，蒸发器基于 太阳能的热泵不适合于用CO2做工质，因为太阳能蒸发器的温度可达到30C以上，在这种 情况下需要的 co2 流量需要增大 100，这对压缩机产生了过高的要求。文献最后推荐 R-290 和 R-1290 作为替代 R-22 的参考对象，因为它们与 R-22 具有相近的热力学性能。 南非的 Josua P. Meyer 教授和他的学生对以混合工质 R22/R142b 作为制冷剂的 中高温水 源热泵热水器进行理论研究。研究结果表明，随着 R142b 在混合物中组 分的增加，热泵供 水温度升高， CoP 值有所增加；在冷

13、凝器面积不变的条件下， 热水器供热容量随 R142b 组 分增加而增大。他指出 R142b 的热力性能良好但环境 指标较高，属于受限工质，且易燃易 爆，通常与其他工质混合使用，适用于木材 15 。 干燥等小型热泵装置中 Gianfranco 比 较了几种工质， 发现 R2236fa 的临界温度较高， 适用于在中高温 16 水源热泵中使用， 但目前正处于不断的实验阶段 。 日本神户制钢在所承担开发高效冷热兼用型热泵中，以河 水、空气作为热源， 采用两级螺杆式压缩机，工质为 R22/R142b 组成的非共沸混合物，制 热效率COP 17 值达到6,供水温度可以达到85C以上。日本超级热泵计划中的高

14、效 升温热泵采用R123和R124b的混合工质可以达到出水温度为85C,作为过渡期的替代工 质适合中高温热泵供热的使用，这种热泵 18 已经在国外得到应用 。 国内方面，随着 世界能源形式的日益紧张中高温水源热泵越来越受到科研院 校及生产厂家的关注。清华大学 申报了命名为“HTR01 ”和“HTR02”的混合工质专利。上海交通大学利用混合工质R22/R141b 将冷凝水从70C加热到80C,并针对压缩机频率和COP的关系进行了初步的研究。天津 大学利用 R22 /R142b /R21 和 R290 /R600a /R123 等混合工质，进行了相关研究 。 国外 大型高温热泵机组的成功应用，为研

15、制开发该类国产机组提供了可行的 范例。高温热泵机组 的应用最早出现在20世纪30年代。 1 931年，美国加利福尼亚 安迪公司的洛杉机办公楼， 将制冷设备用于供热，这是大容量热泵的最早应用，供热量为1 050KW，制热系数为2. 5。 1938年瑞士 SulZe r公司生产的离心式热泵机组成功应用于瑞士的苏黎世市政厅，工质为 R1 2，供热量为 l 75KW ，制热系数为 2，供水温度为 6 0C ，这是欧洲第一台高温热泵机 组。随后，尽管欧美国家都十 分重视热泵机组的开发和应用，但从供热温度看来，大部分热 泵机组都为常温热泵机组，即供热温度在4OC55C，只有Sulzer公司生产高温热泵机

16、组。目前， 该公司热泵机组已广泛地用于化工、制药、工业空调、核电站和城市集中供热等 13 2领域。在国外,St ockholm公司安装了 6台Sulzer热泵机组，总制热量为1 80MW。Sulze r公司的热泵机组采用离心式压缩机，使用Rl34a、R500、R22，单级压缩供热温度可达到 7 5C左右；使用R114，双级压缩供热温度可达到120C。目前，在兰州近代物理研究所运 行的Sulzer热泵机组，其型号为22BX，制冷剂为Rl 34a，冬季冷凝器供回水温度为70 / 52C，蒸发器供回水温度为28 / 35. 8C,供热量为12 3. 58MW。大庆油田于2000年 开始应用热泵技术，至 2004 年热泵技术已在 13 座站场、 2 楼馆的生