辽宁省盘锦市的辽河油田是我国产油基地之一，是产能大户，但同时又是能耗大户，在采油、集输等环节需要消耗大量能源。辽河油田位于太阳能资源较丰富的地区，若能将太阳能应用于原油加热中，必将在节能降耗、绿色环保方面起到极的作用。

我国的原油凝固点普遍较高，粘度大，常温下流动性差，因此从油井出油后的输运过程中必须进行加热与保温。据调查，在油田的采油、集输等过程中，产出的天然气中至少有20%左右消耗在原油加热与处理中。

太阳能光热转换技术在降低油田能耗的应用，主要包括三个方面：（1）原油预热，将原油预热并维持在50℃以上，以利于储存（保持其流动性）；（2）原油加热，降低原油的粘度，明显提高原油管的输送能力：（3）水的加热，原油热采通常要注入热水或蒸汽，利用太阳能对水进行加热。

近年来，国外不断地有太阳能加热在石油开采及输送的报道。

约旦大学在对一家电厂调研后发现，该电厂5%的发电量用于加热燃料油，因为这些燃料油在通常环境温度下粘度较高，必须加热到50℃并在该温度下储存，因而他们设计了太阳能燃料油预热装置，加热燃料油使其温度维持在50℃以上。

澳大利亚一家公司利用太阳能加热技术，通过采用透明蜂窝材料和选择性吸收涂层等，在增加太阳吸收比的同时，尽可能抑制对流和辐射散热损失，对原油储槽加热以降低粘度。

土耳其科学家提出一种集太阳能集热器和储存箱为一体的中低温集热装置，当燃油吸收太阳辐射时粘度会降低，流动会容易，再利用一塑料片抑制夜间储存箱的对流散热损失，这种燃油预热装置具有很好的效果。

然而，在国内过去还未见有太阳能加热技术在油田开采输送过程中的应用先例。

为了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的实际情况，认真分析了能耗现状，并在开展大量前期工作的基础上，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。

从能源利用和现有技术的可行性来看，太阳能加热技术用于燃油或储油预热以提高原油管道的输送能力，以及在原油热采中利用太阳能热水系统对水进行加热，是目前石油企业利用太阳能加热以实现节能效果最现实可行的技术方案。

表1给出了辽河油田兴隆台采油厂某站原油输送加热的具体工艺参数要求。表中的温度指标是比较适合太阳能光热转换能量的低品位特性，所以利用太阳能加热来输送原油符合现存的实际情况。

辽河油田太阳能原油加热系统已于2005年建成并投入运行，如图1所示。系统平均每天节省30%左右的天然气用量。

该太阳能原油加热输送系统由太阳能集热器阵列、循环泵、输送管道阀门、蓄热箱、原油换热器、水套加热炉、控制系统等几部分组成。图2给出了系统流程示意图。

3.1运行原理

如图2所示，在足够的太阳辐射条件下，开启循环泵P1，防冻液从蓄热箱中抽出，经阀门V1，进入太阳能集热器阵列。被太阳能加热后的防冻液经阀门V2，进入换热器。此时阀门V4关闭。防冻液与原油换热后，经阀门V3，返回蓄热箱。

在换热器中加热后的原油，通过换热器出口后进入水套加热炉中，水套加热炉则根据所需原油温度的高低进行自动点火加热。

当太阳辐射富裕时，在保持阀门V2开启的情况下，同时开启阀门V4，被太阳能加热后的部分防冻液经阀门V4，进入蓄热箱，使蓄热箱内的防冻液逐渐加热，从而将多余的能量储存起来。

当太阳辐射不足时，关闭循环泵P1，防冻液停止循环。开启循环泵P2，防冻液经阀门V5、V6，进入换热器。此时阀门V2关闭。防冻液与原油换热后，经阀门V3，返回蓄热箱。

如果换热器出口端的防冻液温度接近进口端的防冻液温度，则关闭阀门V6，开启阀门V7，让防冻液经过阀门V7返回蓄热箱。此时原油管道的阀门V9关闭，阀门V8开启，原油经阀门V8直接进入水套加热炉

3.2 太阳能集热器阵列

考虑到盘锦地区冬季寒冷的气候特点及要求原油的升温指标，决定选用热管式真空管集热器作为加热原油的太阳能集热器。热管式真空管集热器具有耐冰冻、效率高、承压大、启动快、保温好、耐冷热冲击、运行安全可靠、易于安装维修等诸多优点。

根据原油加热工艺参数的要求，通过现场考察并结合当地太阳辐射资源的特点及真空管太阳能集热器的性能，确定采用245组热管式真空管集热器，总采光面积为392m²，包括1,960支真空集热管。

太阳能集热器场地总面积近似为800m²（22m×36m）。从系统阻力及场地形状考虑，采用串并联的形式来布置真空管集热器，如图3所示。

系统运行采用温差控制方式。选用容积为5m³的蓄热箱，储存充余的热量以备系统在无太阳辐射时使用。

3.3 原油换热器

系统采用间接加热方式，即利用太阳能集热器提供热量给传热介质，该传热介质再通过换热器把热量间接传递给原油。考虑到东北地区的气候特点，选用防冻液作为系统第一循环的传热介质。在换热器中加热后的原油，通过换热器出口后进入水套加热炉中，水套加热炉则根据所需原油温度的高低进行自动点火加热。

从理论上讲，间接加热方式的效率低于直接加热方式，然而从安装、调试、运行、维护、维修等角度来看，采用间接加热方式可以最大程度地利用现有成熟的太阳能集热技术和现有的太阳能集热器产品，因此这种技术方案可靠、稳定；从成本角度来看，虽然间接加热方式需增添一台中间换热器，但是可节省太阳能集热器改造的费用，同时由于系统的可靠性、稳定性强，因而可大大节约系统维护、维修费用；另外，通过对原水套炉的改造，已将原有水套炉和换热器的功能合二为一，进一步减少了换热过程中的能量损耗，既降低了成本，又提高了效率。

换热设备在炼油、石油化工以及在其它工业中使用广泛。在换热器选型时，考虑的因素很多，例如材料、压力、温度、温度差、压力降、结垢的情况、流体的状态、应用方式、修检和清理等。

原油输送管道有一定的压力，而且原油的粘度较大，易结垢，有一定的腐蚀性。考虑到换热器的清洗、维护、维修、装拆方便等因素，决定采用固定管板式波纹管高效换热器。表2给出了高效换热器的设计参数。在换热器内，原油走管程，防冻液走壳程。换热面积为55m² 左右，如图4所示。

表2 高效换热器设计参数和工作参数

固定管板式波纹管高效换热器是在原有传统管壳式换热器结构的基础上，改变换热管的形状以取代传统换热器的光管。该换热器的最大优点是传热系数高，由于传热流体在管内、管外形成了充分的湍流，因而传热系数大大提高，达到了强化传热的目的。

该换热器结构简单，易于维修，节省投资。它继承了管壳式换热器的坚固耐用、安全可靠等特点，同时又克服了传统管壳式换热器的换热能力差、易堵塞、易结垢等缺点。

该换热器还具有抗污作用，由于流体不断改变流动方向而冲刷换热管的管壁面，因而沉积物质不易在壁面停留，使换热器能够保持连续而稳定的高效换热性能。由于该换热器的传热系数比原管壳式换热器提高了很多，因而在相同换热条件下可大大减少换热面积，而且不必采用很高的流速，从而降低了换热器的流动阻力，减少了换热器的附属设备投资。

换热管具有传热效率高、不腐蚀、不易结垢等优点。通过对换热管形状的改变，不但实现了管材、管径、壁厚等参数的优化组合，获得了换热设备设计的最佳选择，而且具有良好的传热与流体力学性能；另外，由于换热管形状的改变，管壁得到强化，使换热管的抗爆破和抗拉伸强度及耐应力腐蚀性能都得到提高，从而提高了换热设备的可靠性和使用寿命。

辽河油田太阳能原油加热系统开创了太阳能加热技术在油田开采输送过程中的应用，它不仅为油田节省了大量的天然气消耗，而且在绿色环保方面取到了积极的示范与推广作用。经过方案的经济性分析，该项技术在我国油田的推广使用将产生巨大的经济和社会效益。

来源：北京市太阳能研究所集团有限公司  律翠萍