CN102268982B - 湿蒸汽等干度分配器 - Google Patents

Abstract

一种湿蒸汽等干度分配器，将管道内的湿蒸汽引入到扩容罐，经减速和扩容后分离为气相的干饱和蒸汽和液相的饱和水。分别将干饱和蒸汽和饱和水引入到分汽缸和分水缸中。分汽缸各引出管与分水缸各引出管两两结合构成了多个进入管等同的汇流三通，使各汇流三通中输出管的蒸汽干度相同。通过浮球形成流量调节阀，保持湿蒸汽等干度分配器工作稳定、可靠和连续。在扩容罐内由浮球支杆、上浮塞、浮球、下浮塞、扩容罐出汽口、扩容罐出水口组合成可自动调节出汽流量和出水流量的流量自动调节器。本发明能实现湿蒸汽等干度分配，并自动调节扩容罐的出汽流量和出水流量，使湿蒸汽等干度分配器工作稳定、可靠和连续，为提高稠油热采的经济性提供了重要的技术保证。

Description

湿蒸汽等干度分配器

技术领域

本发明涉及的是蒸汽输配领域，是一种湿蒸汽等干度分配器。

背景技术

在石油开采领域中，稠油热采是一种高耗能的产业，节能潜力很大。在稠油热采中，由注汽炉产生湿蒸汽，通过蒸汽管线把湿蒸汽注入到采油井下，使稠油软化、粘性下降、流动性增大，便于采油机采油。为了提高稠油热采的经济性，注汽炉所产的湿蒸汽其蒸汽干度控制在75％左右，若蒸汽干度低于70％则稠油热采的经济性就下降，若蒸汽干度高于80％则注汽炉的使用寿命会迅速缩短。含有气相水蒸气和液相水的混合物称为湿蒸汽，它是气液两相流流体，其中气相干饱和蒸汽的质量与湿蒸汽质量之比被定义为湿蒸汽干度，简称为蒸汽干度。蒸汽干度是水蒸气的重要品质参数，在稠油热采中蒸汽干度对采油的经济性有着重要的影响。稠油热采中，通常采用一个注汽炉向多个采油井注汽，这就需要设置蒸汽分配器将一路湿蒸汽分配成多路湿蒸汽。稠油热采的技术性和经济性均要求，蒸汽分配器各出口的湿蒸汽其蒸汽干度应相同，即等干度分配。若蒸汽分配器各出口的蒸汽干度不同，则蒸汽分配器的性能就不佳，则从而导致稠油热采的经济性大幅下降。

公开号为CN101067475A的专利“蒸汽分配器和对称分汽管线及其使用方法”，提出了一种蒸汽分配器，它的结构为一个四通容器，该容器左侧有进汽喷嘴、上侧和下侧各有一个出汽喷嘴、右侧有被堵头封闭的出汽管，湿蒸汽经进汽喷嘴流入四通容器后，与右侧出汽管堵头碰撞，使湿蒸汽在四通容器内混合均匀。四通容器上侧出汽喷嘴与上分汽管线连接，四通容器下侧出汽喷嘴与下分汽管线连接，在上分汽管线和下分汽管线上，均依次装有节流喷嘴、压力表和流量调节阀，上分汽管线和下分汽管线是对称管线，通过对上分汽管线和下分汽管线上的流量调节阀调节，使上分汽管线和下分汽管线上的压力表的压力相同，则有上分汽管线流量和下分汽管线流量相同，从而就有上分汽管线入口和下分汽管线入口的蒸汽干度相同。

虽然公开号为CN101067475A的专利“蒸汽分配器和对称分汽管线及其使用方法”，其蒸汽分配器和对称分汽管线对湿蒸汽等干度分配有一定的作用和效果，但存在着如下四个技术缺陷，一是，因为湿蒸汽是气液两相流，其流态复杂、流态随机波动大，气液相互吸引力弱、从而在蒸汽分配器内湿蒸汽进行气液均匀混合的难度很大，所以四通容器内湿蒸汽难于达到混合均匀的效果，这在理论分析和反复实验中都证明了这一点，特别是若上分汽管线和下分汽管线不对称，会使上分汽管线入口和下分汽管线入口的蒸汽干度差别较大，这点也被理论分析和反复实验所证实；二是，不能直接进行多路湿蒸汽等干度分配，若需要多路湿蒸汽等干度分配，就需要设置多个蒸汽分配器以及多路的对称分汽管线，这导致设备费和工程安装费大幅增加；三是，通过对上分汽管线和下分汽管线上的流量调节阀调节，使上分汽管线和下分汽管线上的压力表压力相同、流量相同，这一调节措施在工程实施中其调节工作量大、调节精度不高，尤其是注汽炉湿蒸汽压力的变化、采油井下背压的变化，都会导致流量调节阀调节好后的状态失效；四是，通过对上分汽管线和下分汽管线上的流量调节阀的调节使上分汽管线与下分汽管线同流量，来保证上分汽管线入口和下分汽管线入口的蒸汽干度相同，这样的做法又限制了各采油井对湿蒸汽流量有差别化的技术需求。

由于现有技术的蒸汽分配器和对称分汽管线及其使用方法，存在着四通容器等干度分配的精度不高、可靠性不高、流量调节阀调节操作的工作量大、调节操作的难度大、不能满足多个采油井流量差别化供汽的技术需求，所以克服现有技术存在的不足，研究设备简单、性能优良、易操作的湿蒸汽等干度分配器，对提高稠油热采的经济性和节能是很十分重要的。

发明内容

为克服现有技术中存在的精度低、可靠性差和调节操作的难度大，以及不能满足多个采油井流量差别化供汽需求的不足，本发明提出了一种湿蒸汽等干度分配器。

本发明包括扩容罐、干燥滤液板、顶支杆架、分汽缸压力表、分汽缸、汇流三通、分水缸、分水缸压力表、底支杆架、支杆、浮体和浮体管。其中，扩容罐的上下两端分别有扩容罐出汽口和扩容罐出水口。浮体位于扩容罐内，支杆贯穿浮体管后，两端分别固定在扩容罐出汽口和扩容罐出水口内；干燥滤液板位于扩容罐内，并套装在位于扩容罐出汽口一端的支杆上。扩容罐的扩容罐出汽口通过分汽缸进汽管与分汽缸连通。扩容罐的扩容罐出水口通过分水缸进水管与分水缸连通。分汽缸上均匀分布着1～10个接口、分水缸上也均匀分布着1～10个接口；汇流三通的个数也为1～10，每个汇流三通上有一根汇流三通进汽管、一根汇流三通进水管和一根汇流三通输出管，每个汇流三通的汇流三通进汽管与分汽缸上的一个接口相通，每个汇流三通的汇流三通进水管与分水缸上的一个接口相通，并且每个汇流三通的汇流三通进汽管与汇流三通进水管具有相同的管内径和管长度。在分汽缸上安装有分汽缸压力表，在分水缸上安装有分水缸压力表。在扩容罐出水口处有排污管。

扩容罐的侧壁中部有扩容罐进汽口，罐盖中心区有扩容罐出汽口，罐底中心区有扩容罐出水口；扩容罐内有支杆、浮体和干燥滤液板。

浮体是由上浮塞、浮球、下浮塞和浮体管组合而成。其中，上浮塞和下浮塞均为空心杆。上浮塞和下浮塞的内孔均为浮塞通孔。在浮球上有过球心的浮球通孔。浮体管的管长等于上浮塞通孔、浮球通孔和下浮塞通孔的长度之和。浮体管依次贯穿上浮塞通孔、浮球通孔和下浮塞通孔。

扩容罐出汽口的管口固定有顶支杆架，扩容罐出水口的管口固定有底支杆架。

干燥滤液板的中心有上浮塞的过孔，该过孔的孔径为上浮塞外径的1.1倍；在干燥滤液板的表面均匀分布着若干个贯通孔。

本发明将管道内的湿蒸汽引入到扩容罐，湿蒸汽流入扩容罐中经减速和扩容后分离为气相的干饱和蒸汽和液相的饱和水，干饱和蒸汽和饱和水分别通过分汽缸进汽管和分水缸进水管流入分汽缸和分水缸中；分汽缸为其内部蒸汽压力分布相同的容器，分水缸为其内部水压分布相同的容器，从分汽缸引出M根管道，从分水缸中也引出M根管道；每根从分汽缸引出的管道与每根从分水缸中引出的管道组合为一个汇流式三通，这样分汽缸各引出管与分水缸各引出管两两结合就构成了M个汇流三通，保持各汇流三通的两个进入管等同，即具有相同的管内径和管长度，就可使各汇流三通中输出管的蒸汽干度相同。为保持湿蒸汽等干度分配器工作稳定、可靠和连续，依据浮球受水中浮力的作用，由浮球随水面上下运动来形成流量调节阀，将扩容罐出汽口、扩容罐出水口的均设置为喇叭管，在扩容罐内由浮球支杆、上浮塞、浮球、下浮塞、扩容罐出汽口、扩容罐出水口组合成可自动调节出汽流量和出水流量的流量自动调节器。

与现有技术相比，本发明能实现湿蒸汽等干度分配，能自动调节扩容罐的出汽流量和出水流量，使湿蒸汽等干度分配器工作稳定、可靠和连续，为提高稠油热采的经济性提供了重要的技术保证。

附图说明

图1是湿蒸汽等干度分配器的结构示意图，

图2是浮体的结构示意图，其中：

具体实施方式

现结合附图1对本发明作进一步描述：

实施例一

本实施例为湿蒸汽等干度分配器。来自注汽炉的湿蒸汽管道与扩容罐进汽口1连接，汇流三通的汇流三通输出管11出口分别与采油井蒸汽管道连接。分汽缸8上有汇流三通进汽管9的管接口，分水缸13上亦有汇流三通进水管12的管接口。汇流三通的数量与所连通的采油井蒸汽管道的数量相同；汇流三通进汽管9、汇流三通进水管12和汇流三通输出管11的数量与汇流三通的数量相同。如表所示：

采油井蒸汽管道	汇流三通	汇流三通进汽管	汇流三通进水管	汇流三通输出管
					1	1	1	1	1
2	2	2	2	2
					3	3	3	3	3
4	4	4	4	4
					5	5	5	5	5
6	6	6	6	6
					7	7	7	7	7
8	8	8	8	8
					9	9	9	9	9
10	10	10	10	10

本实施例中以4个采油井蒸汽管道为例，说明本发明的具体实施过程。

本实施例包括扩容罐2、干燥滤液板3、顶支杆架5、分汽缸压力表7、分汽缸8、汇流三通10、分水缸13、分水缸压力表14、底支杆架18、支杆20、浮体21和浮体管22。其中，扩容罐2的上下两端分别有扩容罐出汽口4和扩容罐出水口19。浮体21位于扩容罐2内，支杆20贯穿浮体管22后，两端分别固定在扩容罐出汽口4和扩容罐出水口19内；干燥滤液板3位于扩容罐2内，并套装在位于扩容罐出汽口4一端的支杆10上。扩容罐2的扩容罐出汽口4通过分汽缸进汽管6与分汽缸8连通。扩容罐2的扩容罐出水口19通过分水缸进水管15与分水缸13连通。分汽缸8上均匀分布着4个管接口，分水缸13上也均匀分布着4个管接口。汇流三通10的个数也为4，每个汇流三通10有一根汇流三通进汽管9、一根汇流三通进水管12和一根汇流三通输出管11，即本实施例中有4个汇流三通进汽管9、4个汇流三通进水管12和4个汇流三通输出管11。每个汇流三通10的汇流三通进汽管9与分汽缸8上的一个接口相通，每个汇流三通10的汇流三通进水管12与分水缸13上的一个接口相通，并且每个汇流三通10上汇流三通进汽管9与汇流三通进水管12具有相同的管内径和管长度。在分汽缸8上安装有分汽缸压力表7，在分水缸13上安装有分水缸压力表14。在扩容罐出水口19处有排污管16。

本实施例中：

扩容罐2为一个有罐盖和罐底的圆筒状容器，扩容罐2的侧壁中部有扩容罐进汽口1，罐盖中心区有扩容罐出汽口4，罐底中心区有扩容罐出水口19。扩容罐2内有支杆20、浮体21和干燥滤液板3。

浮体21是由上浮塞24、浮球26、下浮塞28和浮体管22组合而成，其中，上浮塞24和下浮塞28的结构与尺寸相同，均为空心杆；上浮塞24和下浮塞28的内孔均为浮塞通孔23。

浮球26为空心球。在浮球26上有过球心的浮球通孔25；浮球通孔25的直径与上浮塞通孔23的直径相同。

浮体管22为一段直管，其管长等于上浮塞通孔23、浮球通孔25和下浮塞通孔27的长度之和。浮体管22的管外径与上浮塞通孔23的孔径相同；浮体管22的管内径与支杆20的直径相同。浮体管22依次贯穿上浮塞通孔23、浮球通孔25和下浮塞通孔27，并与这三个通透孔的外缘焊接。

扩容罐出汽口4和扩容罐出水口19均为尺寸相同且管内径渐缩的锥形管。扩容罐出汽口4和扩容罐出水口19出口处的管内径与上浮塞24的空心圆柱体的直径相同。扩容罐出汽口4的管口固定有顶支杆架5，扩容罐出水口19的管口固定有底支杆架18。

支杆20为一段直棒。支杆20贯穿浮体管22，支杆20的两端分别焊接在顶支杆架5和底支杆架18上。

本实施例中，扩容罐出汽口4、扩容罐出水口19、支杆20和浮体21组成扩容罐2的流量自动调节器，当扩容罐2内的水面超过中线且继续升高，水的浮力推动浮体21上升，使上浮塞24进入扩容罐出汽口4的喇叭管内，迫使扩容罐出汽口4的通道变小、出汽流量减小，当扩容罐2内的水面低于中线且继续下降，水的浮力拉动浮体21下降，使下浮塞28进入扩容罐出水口19的喇叭管内，迫使扩容罐出水口19的通道变小、出水流量减小。扩容罐出水口19的喇叭管出口还与排污管16并接，排污管16上安装有排污阀17。

分汽缸进汽管6的一端与扩容罐出汽口4相接，另一端与分汽缸8连通。分水缸进水管15的一端与扩容罐出水口19相接，另一端与分水缸13连通。分汽缸8为一用来分配干饱和蒸汽的圆筒状容器，其上安装有分汽缸压力表7；分汽缸8内各处蒸汽压力相同；分汽缸8还与三个汇流三通进汽管9相接。分水缸13为一用来分配饱和水的圆筒状容器，其上安装有分水缸压力表14。分水缸13内各处水压相同。分水缸13还与2个汇流三通进水管12相接。

各汇流三通10上的汇流三通进汽管9与汇流三通进水管12具有相同的管内径和管长度，各汇流三通10上的汇流三通输出管11所输出的蒸汽干度相同。

干燥滤液板3为有贯通孔的不锈钢圆形板，用于对扩容罐2分离出的饱和蒸汽进行干燥和滤去水滴。干燥滤液板3的外径与扩容罐2的内径相同。干燥滤液板3的中心有上浮塞24的过孔，该过孔的孔径为上浮塞24外径的1.1倍；在干燥滤液板3的表面均匀分布着30孔径为3mm的贯通孔。干燥滤液板3外缘焊接在扩容罐2的内壁上。

本实施例中，上浮塞24、浮球26和下浮塞28采用铝板制成，其余零件均用不锈钢材料制成。

本实施例的工作过程为：将来流湿蒸汽管道内的湿蒸汽引入到扩容罐进汽口1，湿蒸汽流入扩容罐2中经减速和扩容后分离为气相的干饱和蒸汽和液相的饱和水，干饱和蒸汽和饱和水分别通过分汽缸进汽管6和分水缸进水管15流入分汽缸8和分水缸13中；分汽缸8为其内部蒸汽压力分布相同的容器，分水缸13为其内部水压分布相同的容器，从分汽缸8引出4根管道，从分水缸中也引出4根管道；每根从分汽缸8引出的管道与每根从分水缸13中引出的管道组合为一个汇流三通10，这样分汽缸8各引出管与分水缸13各引出管两两结合就构成了4个汇流三通，保持各汇流三通的4个进入管等同，即具有相同的管内径和管长度，使各汇流三通中输出管的蒸汽干度相同。为保持湿蒸汽等干度分配器工作稳定、可靠和连续，依据浮球受水中浮力的作用，由浮球随水面上下运动来形成流量调节阀，将扩容罐出汽口4、扩容罐出水口19均设置为喇叭管，在扩容罐2内由支杆20、上浮塞24、浮球26、下浮塞28、扩容罐出汽口4、扩容罐出水口19组合成能自动调节出汽流量和出水流量的流量自动调节器。

Claims (4)

1.一种湿蒸汽等干度分配器，其特征在于，包括扩容罐、干燥滤液板、顶支杆架、分汽缸压力表、分汽缸、汇流三通、分水缸、分水缸压力表、底支杆架、支杆、浮体和浮体管；其中，扩容罐的上下两端分别有扩容罐出汽口和扩容罐出水口；浮体位于扩容罐内，支杆贯穿浮体管后，两端分别固定在扩容罐出汽口和扩容罐出水口内；干燥滤液板位于扩容罐内，并套装在位于扩容罐出汽口一端的支杆上；扩容罐的扩容罐出汽口通过分汽缸进汽管与分汽缸连通；扩容罐的扩容罐出水口通过分水缸进水管与分水缸连通；分汽缸上均匀分布着1～10个接口、分水缸上也均匀分布着1～10个接口；汇流三通的个数也为1～10，每个汇流三通上有一根汇流三通进汽管、一根汇流三通进水管和一根汇流三通输出管，每个汇流三通的汇流三通进汽管与分汽缸上的一个接口相通，每个汇流三通的汇流三通进水管与分水缸上的一个接口相通，并且每个汇流三通的汇流三通进汽管与汇流三通进水管具有相同的管内径和管长度；在分汽缸上安装有分汽缸压力表，在分水缸上安装有分水缸压力表；在扩容罐出水口处有排污管；

浮体是由上浮塞、浮球、下浮塞和浮体管组合而成；其中，上浮塞和下浮塞的均为空心杆；上浮塞和下浮塞的内孔均为浮塞通孔；浮球为空心球；在浮球上有过球心的浮球通孔；浮体管的管长等于上浮塞通孔、浮球通孔和下浮塞通孔的长度之和；浮体管依次贯穿上浮塞通孔、浮球通孔和下浮塞通孔。

2.如权利要求1所述一种湿蒸汽等干度分配器，其特征在于，扩容罐的侧壁中部有扩容罐进汽口，罐盖中心区有扩容罐出汽口，罐底中心区有扩容罐出水口；扩容罐内有支杆、浮体和干燥滤液板。

3.如权利要求1所述一种湿蒸汽等干度分配器，其特征在于，扩容罐出汽口的管口固定有顶支杆架，扩容罐出水口的管口固定有底支杆架。

4.如权利要求1所述一种湿蒸汽等干度分配器，其特征在于，干燥滤液板的中心有上浮塞的过孔，该过孔的孔径为上浮塞外径的1.1倍；在干燥滤液板的表面均匀分布着若干个贯通孔。