CN102537923A - 光管及集箱式油田专用蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

一种光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，包括：辐射段、对流段、烟囱、水-水换热器、燃烧器、鼓风机、控制柜、橇座及过渡段，其特征在于：所述的辐射段、对流段、烟囱、水-水换热器、燃烧器、鼓风机、控制柜、橇座及过渡段均以模块形式组装在橇座上；所述的对流段全部由光管组成的矩形结构，其管束全部由往复弯曲的蛇形小光管的管排组成，这些管排前后错列布置，并集中连接到上、下两个集箱上，对流段设在过渡段的顶部，过渡段紧挨辐射段后端，水-水换热器为套管形式的蛇形往复管的结构置于辐射段侧面。它清灰更加容易、便捷，热效率大大提高，模块形式组装在橇座上，运输方便。

Description

光管及集箱式油田专用蒸汽发生器

技术领域

本发明是一种石油行业热力开采的专用设备。它是利用所产生的高温高压湿蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，增加稠油的流动性，从而能够极大地提高稠油的采收率。具体是一种光管及集箱式油田专用蒸汽发生器。

背景技术

油田蒸汽发生器是油田稠油开采的核心设备，国内生产始于八十年代初期，我公司是国内最早生产该设备的企业。目前国内外生产的蒸汽发生器的对流段管束均为光管和翅片管的组合形式，这样既保证了换热面积又节省了空间，使模块的体积大大地减小。但是，翅片管的清灰问题一直困扰着油田用户，这就需要有一种更加趋于合理的结构形式来解决这个难题。

发明内容

本发明目的在于：为了克服上述的不足，提供一种光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，它能够解决翅片管的清灰问题，进一步提高蒸汽发生器的热效率，并解决对流段炉管清灰难的问题，确定开发新型小光管对流段，达到油田用户对蒸汽发生器节能减排的要求。

本发明目的是通过这样的技术方案实现的一种光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，包括：辐射段、对流段、烟囱、水-水换热器、燃烧器、鼓风机、控制柜、橇座及过渡段，所述的辐射段、对流段、烟囱、水-水换热器、燃烧器、鼓风机、控制柜、橇座及过渡段均以模块形式组装在橇座上；所述的对流段全部由光管组成的矩形结构，其管束全部由往复弯曲的蛇形小光管的管排组成，这些管排前后错列布置，并集中连接到上、下两个集箱上，对流段设在过渡段的顶部，过渡段紧挨辐射段后端，水-水换热器为套管形式的蛇形往复管的结构置于辐射段侧面。

所述的辐射段是圆筒形墙体，内壁衬为硅酸铝耐火纤维，尾端设有方型烟气通道，所述的辐射段管束为单回路直管蛇形往复排列成圆筒形结构；所述的辐射段连通设置阀门的蒸汽出口和放空口。

所述的燃烧器依次连通辐射段、对流段、过渡段、烟囱；所述的燃烧器连通设置安全阀门的燃气入口和燃油入口；燃油管线设有油加热器和电加热器。

所述的控制柜为可编程的自控化控制器+触摸屏组成控制系统。

所述的辐射段、水-水换热器、燃烧器、鼓风机、控制盘和给水泵等设置在同一橇座上。

所述的对流段、烟囱设置在过渡段上部，通过过渡段的四个立柱直接与地面基础的地脚螺栓连接固定，对流段顶部设置烟囱。

本发明光管及集箱式油田专用蒸汽发生器是立式直流锅炉，辐射段与对流段为单回程直管水平蛇形排布，辐射段燃烧室为圆形，炉膛压力为微正压，对流段为矩形，对流段安装在过渡段上，过渡段紧挨辐射段布置，这样既缩小了炉体长度，又方便分体运输，现场模块组装，自动化程度高。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明图1俯视示意图；

图3是本发明图1右视示意图；

图4是本发明图1后视示意图；

图5是本发明工作流程示意图；

图6是本发明辐射段管束示意图；

图7是图6左视辐射段管束示意图；

图8是本发明对流段管束示意图。

编号说明：

1.辐射段；    2.对流段；3.烟囱；   4.水-水换热器； 5.油加热器；

6.电加热器；  7.燃烧器；8.鼓风机； 9.控制柜；      10.给水泵；

11.水汽管线； 12.橇座； 13.过渡段；14.燃气管线；   15.燃油管线。

1101.给水入口；1102.蒸汽出口；1103.放空口；1401.燃气入口；

1501.燃油入口。

具体实施方式

实施例

一种光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，包括：辐射段1、对流段2、烟囱3、水-水换热器4、燃烧器7、鼓风机8、控制柜9、橇座12及过渡段13等，所述的辐射段1、水-水换热器4、燃烧器7、鼓风机8、控制柜9及管线等均以模块形式组装在橇座12上。所述的辐射段1是圆筒形墙体，内壁衬为硅酸铝耐火纤维，尾端设有方型烟气通道，所述的辐射段管束101为单回路直管蛇形往复排列成圆筒形结构，见辐射段管束示意6、7图。

所述的对流段2是全部由光管组成的矩形结构。其管束201全部由往复弯曲的蛇形小光管的管排组成的，这些管排前后错列布置，并集中连接到上、下两个集箱上，如对流段管束示意图。所述的对流段2布置在过渡段13的顶部，过渡段13紧挨辐射段1的后端布置。所述的水-水换热器4是采用套管形式组成的蛇形往复管形结构，布置在辐射段的侧面。

所述的燃烧器7直接依次连通辐射段1、对流段2、烟囱3，燃烧器7连通设置安全阀门的燃气入口1401和燃油入口1501。

所述的燃油管线15设有油加热器5和电加热器6。

所述的控制柜9为可编程自控化控制器+触摸屏组成控制系统。为已有技术。不赘述。

所述的辐射段1连通设置阀门的蒸汽出口1102和放空口1103，对流段2顶部设置烟囱3。

所述的辐射段1、水-水换热器4、燃烧器7、鼓风机8、控制盘9和给水泵10等设置在同一橇座12上。

所述的对流段2、烟囱3设置在过渡段13上部，通过过渡段13的四个立柱直接与地面基础的地脚螺栓连接固定。

本锅炉结构部分概括为：三大段：即辐射段1、对流段2；过渡段13，三大系统：即水汽系统(水汽管线11)、燃烧系统(燃烧器7、燃油管线、燃气管线)、自控系统(控制柜9)。

所述的辐射段1正常运行时壳体外表面平均温度小于50℃。辐射段管束为单回路直管蛇形往复排列成圆筒形结构，设计时考虑了受热面的传热以及安全运行，考虑了燃烧器最大火焰调节尺寸，使火焰与管束不产生贴边现象等情况。采用管子与炉墙间最佳距离，这是根据直接吸收辐射热及反射辐射热来确定的。炉管沿辐射段墙体内壁纵向蛇形排布，形成一套水汽循环。其热效率高、热辐射效果好。

所述的对流段2是由光管组成的矩形结构。内壁衬有硅酸铝耐火纤维，正常运行时，壳体外表面平均温度低于50℃。其管束全部由往复弯曲的蛇形小光管的管排组成，这些管排前后错列布置，并集中连接到上、下两个集箱上，使管内的介质流速更加均匀。如图所示。

所述的对流段2全部采用了光管，使得清灰更加容易、便捷，从而大大提高了换热效率，达到了节能环保的目的。

所述的自控系统是采用PLC(可编程自控化的控制器)+触摸屏组成控制系统。

主要功能特点：

(1)蒸汽出口温度报警值动态跟踪、实时计算，无须人工设定；

(2)人机界面直观、友好，维护方便，操作便捷；

(3)系统具有自诊断功能，故障率低；

(4)系统具有丰富的数据管理功能，历史数据可以永久存储；

(5)趋于人性化设计，其性能可靠、安全、稳定；

(6)具有通用数据远传接口，可实现数据网上浏览与存储，符合当今油田数据化管理的需要。

所述的水汽系统：

水汽系统是指从给水入口1101至蒸汽出口1102之间的水汽通道，是由辐射受热面、对流受热面以及其范围内管道组成的流程系统，如流程图所示，是锅炉的主要受压组件，为了安全高效的运行，它安装了如下器件：

1.安装了入口减震器及出口减震器，减少柱塞泵震动。

2.给水泵出口设置安全阀，防止给水泵超压。

3.给水泵出口设置单向阀以防倒流。

4.测量孔板及计量系统：使给水从给水泵出口在进入对流段流程之前得到流量控制和计量。

5.水-水换热器及旁通截止阀：用于调节水温，使给水在进入对流段之前温度恒定在110-120℃左右，给水温度提高到烟气露点以上，以避免烟气对管壁的低温腐蚀。

6.蒸汽出口设置安全阀：是保护设备和人身安全而设置的重要安全件。

7.蒸汽出口设置单向阀、截止阀：防止注井蒸汽倒流、控制注井蒸汽。

8.流程上设置管座：用于就地和远传压力、温度仪表及排放空气。

9.蒸汽出口旁通截止阀及管路：用于启炉初始时期排放。

所述的燃烧系统由燃烧器7(自带鼓风机)、炉膛、烟气通道等组成。烟气通道上设有烟温热电偶。

所述的燃油系统包括：进油及回油管路、压力调节器、电加热器、燃油-蒸汽加热器、油温调节阀、燃油过滤器、流量控制阀、燃油流量计、电磁阀等。电加热器在启炉初期使用，当运行产生40％干度的蒸汽后，转成蒸汽加热燃油时即停止加热或补偿。电加热器采用防爆产品，由热偶、PLC、油温调节阀组成温控PID调节回路，实现油温控制恒定、使用安全可靠，如流程图所示。

所述的燃气系统：主燃部件和引燃部件两部分组成：

所述的主燃部件：包括燃烧器、电动切断阀、放空电磁阀、燃气流量计、自力式压力调节阀、膨胀管等。

在切断供给天然气瞬间，放空电磁阀带电，将二只电动切断阀之间存留的气体释放排空。

所述的引燃部件：包括：压力调节阀、电磁阀、点火枪等，主火焰形成之前先点燃引燃火，如流程图所示。

上述零部件为现有产品市场有售。

所述的雾化形式：包括空气雾化或蒸汽雾化。空气雾化时空气经压缩调压后进入油枪将油料雾化；蒸汽雾化时蒸汽经一级压力调节阀减压后再经二级稳压进入油枪将油料雾化，如流程图所示。这为现有技术。

所述的取样冷却系统：包括取样冷却器、蒸汽过滤器、阀门、管线和一个水槽。用于取样分析蒸汽中水的成分，并计算干度，如流程图所示。这为现有技术。

各部件间连接方式

为保证安全稳定运行，锅炉的辐射段1与对流段2之间，以及它们与橇座12之间采用了焊接的连接方式，这样既能使烟气得到可靠的密封，减少热量损失，并能保证操作人员的人身安全。同时，又避免了设备运行时造成连接处松动。

所述的燃烧器7与辐射段的端盖以及烟囱3与对流段2用螺栓连接，这样便于设备的检修和清洗。

本发明为满足用户要求对以下系列产品进行了初步实验。

主要技术参数：

1.锅炉型号：               YZG23-21(17.2)-D

2.额定蒸发量：             23t/h

3.工作压力：               21(17.2)MPa

4.蒸汽温度：               370(353)℃

5.蒸汽干度：               80％

6.热效率：                 ≥90％

7.燃料：                   油、气

8.控制方式：               PLC+触摸屏

实验证明：对流段原有光管加翅片管的设计，全部改为光管和集箱布置，改善了管内水流状况。并且，清灰更加容易、便捷。热效率大大提高。

同时，它具备如下优点：

(1)炉管改为小光管，管子表面不易积灰，热效率提高；

(2)采用集箱结构，改善了管内水流状况，使流速更加均匀；

(3)炉管弯头部位改为弯制，取消了弯头，减少焊接作业量，降低制造成本，保证产品的质量；

(4)采用先进的控制技术，能实现锅炉流量及出口温度保持恒定，自动化程度大大提高。

Claims (6)

1.一种光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，包括：辐射段(1)、对流段(2)、烟囱(3)、水-水换热器(4)、燃烧器(7)、鼓风机(8)、控制柜(9)、橇座(12)及过渡段(13)，其特征在于：所述的辐射段(1)、对流段(2)、烟囱(3)、水-水换热器(4)、燃烧器(7)、鼓风机(8)、控制柜(9)、橇座(12)及过渡段均以模块形式组装在橇座(12)上；所述的对流段(2)全部由光管组成的矩形结构，其管束(201)全部由往复弯曲的蛇形小光管的管排组成，这些管排前后错列布置，并集中连接到上、下两个集箱上，对流段(2)设在过渡段(13)的顶部，过渡段(13)紧挨辐射段(1)后端，水-水换热器(4)为套管形式的蛇形往复管的结构置于辐射段(1)侧面。

2.根据权利要求1所述的光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，其特征在于：所述的辐射段(1)是圆筒形墙体，内壁衬为硅酸铝耐火纤维，尾端设有方型烟气通道，所述的辐射段管束(101)为单回路直管蛇形往复排列成圆筒形结构；所述的辐射段(1)连通设置阀门的蒸汽出口(1102)和放空口(1103)。

3.根据权利要求1所述的光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，其特征在于：所述的燃烧器(7)依次连通辐射段(1)、对流段(2)、过渡段(13)、烟囱(3)；所述的燃烧器(7)连通设置安全阀门的燃气入口(1401)和燃油入口(1501)；燃油管线(15)设有油加热器(5)和电加热器(6)。

4.根据权利要求1所述的光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，其特征在于：所述的控制柜(9)为可编程的自控化控制器+触摸屏组成控制系统。

5.根据权利要求1所述的光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，其特征在于：所述的辐射段(1)、水-水换热器(4)、燃烧器(7)、鼓风机(8)、控制盘(9)和给水泵(10)等设置在同一橇座(12)上。

6.根据权利要求1所述的光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，其特征在于：所述的对流段(2)、烟囱(3)设置在过渡段(13)上部，通过过渡段(13)的四个立柱直接与地面基础的地脚螺栓连接固定，对流段(2)顶部设置烟囱(3)。

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