CN100559076C - 亚临界压力注汽锅炉 - Google Patents

Abstract

一种亚临界压力注汽锅炉，其水汽管路系统由水泵、供水管、蒸汽排放管、辐射管束、对流管束、汽水分离器、给水预热器组成，辐射管束是由多排水平的U形直管连接而成，对流管束是由多排U形光管和多排U形翅片管连接而成，给水预热器由外壳和内套管组成，外壳上有壳程入口和壳程出口，内套管的两端有管程入口和管程出口，壳程入口与供水管连通，壳程出口与对流管束的入口连通，对流管束的出口与管程入口连通，管程出口与辐射管束的入口连通，辐射管束的出口与汽水分离器的进汽管连通，汽水分离器的出汽管与蒸汽排放管连通，本发明的注汽锅炉，水汽管路布局简约紧凑，运行平稳，安全可靠，热效率高，解决了高压深井区块、超稠油区块开采难的问题。

Description

亚临界压力注汽锅炉

技术领域

本发明涉及石油行业热力开采深井稠油的专用设备，特别涉及注汽锅炉。

背景技术

注汽锅炉是油田稠油开采的核心设备，它是利用所产生的高压蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，增加稠油的流动性，从而提高深井稠油的采收率。现有的亚临界压力注汽锅炉存在的主要问题是：锅炉炉体各段的形状结构没有实现优化配置，管束布局冗余不紧凑，管路复杂，体积大，沿途热力损失大，热效率低，额定蒸发量小，只能达到11.2吨/小时，无法达到22.5吨/小时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种亚临界压力注汽锅炉，该亚临界压力锅炉的水汽管路布局简约紧凑，运行平稳，安全可靠，热效率高，每小时可输出压力为21MPa的高温蒸汽22.5吨，解决了高压深井区块、超稠油区块开采难的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种亚临界压力注汽锅炉，具有炉体、燃烧器、烟囱、水汽管路系统、燃油管路系统，炉体由辐射段、过渡段、对流段组成，过渡段设置在辐射段与对流段之间，燃烧器设置在辐射段的入口端，烟囱连接在对流段的出口端，其特征是：

辐射段的壳体为卧式圆筒形状，对流段的壳体为立式方箱形状，过渡段的壳体呈弯头形状，对流段的壳体与辐射段的壳体在空间上相互垂直，过渡段的壳体由弯管构成，过渡段的壳体底部设有排污口，对流段的壳体内壁上安装有超声波吹灰器；

水汽管路系统由水泵、供水管、蒸汽排放管、辐射管束、对流管束、汽水分离器、给水预热器组成，所述水泵安装在供水管上，辐射管束布置在辐射段壳体内，对流管束布置在对流段壳体内，辐射管束是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，这些水平直管沿辐射段壳体内壁呈环形排列，对流管束是由多排U形光管和多排U形翅片管往复连接而成的单回程管束，所述光管布置在对流段入口端，所述翅片管布置在光管的上方，翅片管呈梯形排列，相邻的两排翅片管之间交错布置；

所述给水预热器安装在炉体外部，该给水预热器由第一外壳和第一内套管组成，第一外壳上设置有第一壳程入口和第一壳程出口，第一内套管的两端设置有第一管程入口和第一管程出口，该第一壳程入口与供水管连通，第一壳程出口经过一号管道与对流管束的入口连通，对流管束的出口经过二号管道与第一管程入口连通，第一管程出口经过三号管道与辐射管束的入口连通，辐射管束的出口经过四号管道与汽水分离器的进汽管连通，汽水分离器的出汽管与蒸汽排放管连通。

所述燃油管路系统由进油管、蒸汽过滤器、燃油预热器、电加热器组成，燃油预热器由第二外壳和第二内套管组成，第二外壳上设置有第二壳程入口和第二壳程出口，第二内套管的两端设置有第二管程入口和第二管程出口，蒸汽过滤器的进汽帽通过五号管道与汽水分离器上部的旁通孔连通，蒸汽过滤器的出汽嘴经过六号管道与燃油预热器的第二管程入口连通，燃油预热器的第二管程出口与排污管连通，燃油预热器的第二壳程入口与进油管连通，燃油预热器的第二壳程出口经过七号管道与电加热器的入口连通，电加热器的出口经过八号管道与燃烧器的进油嘴连通。

所述汽水分离器由筒体、进汽管、出汽管组成，筒体的顶部和底部分别设置有顶盖和底盖，进汽管嵌装在顶盖上，进汽管的上端露出于顶盖，出汽管嵌装在底盖上，出汽管的下端露出底盖，出汽管上开有多排的透汽孔，在筒体的下部筒壁上设置有排水口，排水口的上方设置有防溅板。

所述蒸汽过滤器由进汽帽、联接管、导汽管、过滤筛网组成，该进汽帽螺接在联接管的上部，导汽管螺接在联接管的下部，过滤筛网连接在进汽帽的底部。

由于采用上述结构，本发明有以下积极有益效果：

炉体各段的形状结构实现优化配置，为直流式锅炉，热阻小，水汽管路的布局简约紧凑，对流管束主要由翅片管组成，翅片管的有效吸热面积大，能够很好的吸收烟气的热量，管程短，体积小，为防止烟气入口端的高温将翅片管烧坏，在烟气入口端采用光管，翅片管呈梯形排列，沿烟气流向其截面不断地缩小，相邻的两排翅片管之间交错布置；这种布局使烟气向上冲刷对流管束时，各层面的管排可以均匀受热，给水的流动方向与烟气的流动方向相反，有利于热交换。

在蒸汽排放管的前级设置了能承受高压的汽水分离器，可将蒸汽的干度提高到95％以上。

从汽水分离器旁通孔输出一小部分蒸汽，经过蒸汽过滤器过滤后，作为热媒对燃油进行预加热，以提高油温，电加热器只需在启炉初期使用，当锅炉运行产生40％干度的蒸汽后，电加热器停止工作，从而节约大量电能。

附图说明

图1是本发明的注汽锅炉的外形示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明的注汽锅炉的水汽管路布局结构示意图。

图4是图2中辐射段的半剖视图。

图5是图4的A-A剖视图。

图6是图2中对流段的主视图。

图7是图6的俯视图。

图8是图3中汽水分离器的结构剖视图。

图9是图8的B-B剖视图。

图10是图3中蒸汽过滤器的结构剖视图。

具体实施方式

图中标号

1一号管道         2二号管道          3三号管道

4四号管道         5五号管道          6六号管道

7七号管道         8八号管道          9烟囱              10供水管

11燃烧器          12辐射段           13过渡段

14对流段          15蒸汽排放管       16水泵

17给水预热器      170第一壳程入口    171第一壳程出口

172第一管程入口   173第一管程出口

18超声波吹灰器    19排污口           20进油管

22辐射管束        223入口            224出口            23光管

24对流管束        241入口            242出口

25汽水分离器      26蒸汽过滤器       27燃油预热器

270第二壳程入口   271第二壳程出口

272第二管程入口   273第二管程出口

28电加热器        281入口            282出口            29翅片管

30排污管          31顶盖             32筒体             321旁通孔

322排水口         33底盖             34进汽管           35出汽管

36防溅板          37进汽帽           38联接管

39导汽管          391出汽嘴          40过滤筛网

请参照图1、图2、图3，本发明是一种亚临界压力注汽锅炉，具有炉体、燃烧器、烟囱、水汽管路系统、燃油管路系统，炉体由辐射段12、过渡段13、对流段14组成，过渡段13设置在辐射段12与对流段14之间，燃烧器11设置在辐射段12的入口端，烟囱9连接在对流段14的出口端。

辐射段12的壳体为卧式圆筒形状，对流段14的壳体为立式方箱形状，过渡段13的壳体呈弯头形状，它们都是由钢板焊接而成，对流段14的壳体与辐射段12的壳体在空间上相互垂直，过渡段13的壳体底部设有排污口19，对流段14的壳体内壁上安装有超声波吹灰器18；

水汽管路系统由水泵16、供水管10、蒸汽排放管15、辐射管束22、对流管束24、汽水分离器25、给水预热器17组成，水泵16安装在供水管10上。

请参照图4、图5，辐射管束22布置在辐射段12的壳体内，辐射管束22是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，这些U形水平直管沿辐射段壳体内壁呈环形排列。

请参照图6、图7，对流管束24布置在对流段14壳体内，对流管束24是由两排U形光管23和多排U形翅片管29往复连接而成的单回程管束，光管23布置在对流段入口端，翅片管29布置在光管23的上方，翅片管29呈梯形排列，相邻的两排翅片管29之间交错布置；光管23布置在烟气入口端，采用翅片管后，增大了吸热面积，减小了对流管束24的管程，可以缩小对流段2/3的体积。

在烟气入口端温度较高，为防止烟气入口的高温将翅片管烧坏。所以采用两排光管23，由于翅片管29在烟道内很容易积灰，所以，在对流段14的壳体内设置了超声波吹灰器18，可在正常运行状态下实现自动清灰，以延长人工清灰周期。人工清洗翅片管29时，污水从排污口19排出。

给水预热器17安装在炉体外部，给水预热器17由第一外壳和第一内套管组成，第一外壳由蛇形弯管构成，第一内套管与第一外壳随形，第一外壳上设置有第一壳程入口170和第一壳程出口171，第一内套管的两端设置有第一管程入口172和第一管程出口173，第一壳程入口170与供水管10连通，第一壳程出口171经过一号管道1与对流管束24的入口241连通，对流管束24的出口242经过二号管道2与第一管程入口172连通，第一管程出口173经过三号管道3与辐射管束22的入口223连通，辐射管束的出口224经过四号管道4与汽水分离器25顶部的进汽管34连通，汽水分离器25底部的出汽管35与蒸汽排放管15连通。

给水预热器17用来提高对流管束24的给水温度，以便将对流管束入口241的水温提高到110至120℃左右，即高于烟气露点温度，从而避免烟气中的酸性水雾在翅片管29上凝结而造成管子腐蚀。

燃油管路系统由进油管20、蒸汽过滤器26、燃油预热器27、电加热器28组成，燃油预热器27由第二外壳和第二内套管组成，第二外壳由蛇形弯管构成，第二内套管与第二外壳随形，第二外壳上设置有第二壳程入口270和第二壳程出口271，第二内套管的两端设置有第二管程入口272和第二管程出口273。

蒸汽过滤器26的进气帽37通过五号管道5与汽水分离器25上部的旁通孔321连通，蒸汽过滤器26的出汽嘴391经过六号管道6与燃油预热器27的第二管程入口272连通，燃油预热器27的第二管程出口273与排污管30连通，燃油预热器27的第二壳程入口270与进油管20连通，燃油预热器27的第二壳程出口271经过七号管道7与电加热器28的入口281连通，电加热器28的出口282经过八号管道8与燃烧器11的进油嘴连通。电加热器28采用现有技术，功率为20KW。燃烧器11采用现有技术，例如可以采用德国扎克公司生产的SKV150型燃烧器。

请参照图8、图9，汽水分离器25由筒体32、进汽管34、出汽管35组成，筒体32的顶部和底部分别设置有顶盖31和底盖33，进汽管34嵌装在顶盖31上，进汽管34的上端露出于顶盖31，出汽管35嵌装在底盖33上，出汽管35的下端露出于底盖33，出汽管35上开有多排的透汽孔351，旁通孔321设置在筒体32的上部，在筒体32下部筒壁上设置有排水口322，排水口322的上方设置有防溅板36。

高温、高压蒸汽从进汽管34进入筒体32内后，冲击出汽管35，出汽管35上的透汽孔351有集汽的作用，大部分蒸汽进入透汽孔351后在出汽管35内腔中汇集，然后从出汽管35的底部输出，通过蒸汽排放管15输出至油井，少部分蒸汽从旁通孔321输出，经过5号管道进入蒸汽过滤器26内。防溅板36由一圈环向均布的窄钢条构成，防溅板36起防溅作用，当蒸汽冲击出汽管35时，防溅板36可以阻挡气流，防止筒体32底部的积水溅起。

请参照图10，蒸汽过滤器26由进汽帽37、联接管38、导汽管39、过滤筛网40组成，该进汽帽37螺接在联接管38的上部，导汽管39螺接在联接管38的下部，出汽嘴391设置在导汽管39的侧壁上。过滤筛网40连接在进汽帽37的底部，进汽帽37的中心开有进气孔。过滤筛网40为圆筒形状，由横排的金属丝和纵排的金属丝交叉排列构成。过滤筛网40可将高温、高压蒸汽中的大颗粒滤除。

汽水分离器25有两个作用，一是可将蒸汽的干度提高到95％以上。二是从汽水分离器25的旁通孔321输出一小部分蒸汽，经过蒸汽过滤器26过滤后，作为热媒供给燃油加热器27对燃油进行预加热，以提高油温，电加热器28只需在启炉初期使用，当锅炉运行产生40％干度的蒸汽后，电加热器停止电加，从而节约大量电能。

Claims (3)

1.一种亚临界压力注汽锅炉，具有炉体、燃烧器、烟囱、水汽管路系统、燃油管路系统，炉体由辐射段、过渡段、对流段组成，过渡段设置在辐射段与对流段之间，燃烧器设置在辐射段的入口端，烟囱连接在对流段的出口端，其特征是：

辐射段的壳体为卧式圆筒形状，对流段的壳体为立式方箱形状，过渡段的壳体呈弯头形状，对流段的壳体与辐射段的壳体在空间上相互垂直，过渡段的壳体由弯管构成，过渡段的壳体底部设有排污口，对流段的壳体内壁上安装有超声波吹灰器；

水汽管路系统由水泵、供水管、蒸汽排放管、辐射管束、对流管束、汽水分离器、给水预热器组成，所述水泵安装在供水管上，辐射管束布置在辐射段壳体内，对流管束布置在对流段壳体内，辐射管束是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，这些水平直管沿辐射段壳体内壁呈环形排列，对流管束是由多排U形光管和多排U形翅片管往复连接而成的单回程管束，所述光管布置在对流段入口端，所述翅片管布置在光管的上方，翅片管呈梯形排列，相邻的两排翅片管之间交错布置；

所述给水预热器安装在炉体外部，该给水预热器由第一外壳和第一内套管组成，第一外壳上设置有第一壳程入口和第一壳程出口，第一内套管的两端设置有第一管程入口和第一管程出口，该第一壳程入口与供水管连通，第一壳程出口经过一号管道与对流管束的入口连通，对流管束的出口经过二号管道与第一管程入口连通，第一管程出口经过三号管道与辐射管束的入口连通，辐射管束的出口经过四号管道与汽水分离器的进汽管连通，汽水分离器的出汽管与蒸汽排放管连通；

所述燃油管路系统由进油管、蒸汽过滤器、燃油预热器、电加热器组成，燃油预热器由第二外壳和第二内套管组成，第二外壳上设置有第二壳程入口和第二壳程出口，第二内套管的两端设置有第二管程入口和第二管程出口，蒸汽过滤器的进汽帽通过五号管道与汽水分离器上部的旁通孔连通，蒸汽过滤器的出汽嘴经过六号管道与燃油预热器的第二管程入口连通，燃油预热器的第二管程出口与排污管连通，燃油预热器的第二壳程入口与进油管连通，燃油预热器的第二壳程出口经过七号管道与电加热器的入口连通，电加热器的出口经过八号管道与燃烧器的进油嘴连通。

2.如权利要求1所述的亚临界压力注汽锅炉，其特征是：所述汽水分离器由筒体、进汽管、出汽管组成，筒体的顶部和底部分别设置有顶盖和底盖，进汽管嵌装在顶盖上，进汽管的上端露出于顶盖，出汽管嵌装在底盖上，出汽管的下端露出底盖，出汽管上开有多排的透汽孔，在筒体的下部筒壁上设置有排水口，排水口的上方设置有防溅板。

3.如权利要求1所述的亚临界压力注汽锅炉，其特征是：所述蒸汽过滤器由进汽帽、联接管、导汽管、过滤筛网组成，该进汽帽螺接在联接管的上部，导汽管螺接在联接管的下部，过滤筛网连接在进汽帽的底部。

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