CN103868045B - 移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器。本发明包括壳体和壳体内壁保温层，所述壳体顶面安装水-水换热器，壳体内左侧设置燃烧区，右侧设置对流区，壳体外壁安装烟囱；所述燃烧区包括燃料点火喷头和螺旋方形膜式壁，所述对流区由光管排、翅片管排和弯头组成，所述水-水换热器由内管和外管组成，水-水换热器外管出水端与对流翅片管进水端连接，水-水换热器内管进水端与对流光管出水端连接，水-水换热器内管出水端与方形螺旋管右侧进水端连接。本发明将原有油田蒸汽发生器对流管束的弯头受热面充分利用，提高了对流面积10%以此降低了制造成本。

Description

移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及油田稠油蒸汽热采开发领域，更具体地说，是涉及移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器。

背景技术

由于目前国内大部分油田采用传统蒸汽发生器，传统蒸汽发生器主要分为辐射段、过渡段、对流段、水-水换热器、烟囱等几部分。辐射段主要用做燃料燃烧室，燃烧放出的辐射热能通过辐射段水平往复炉管进行吸收，产生的烟气在过渡段中进行稳定导流后进入对流段，对流段主要采用光管+翅片管布置的对流受热面，通过烟气同对流段炉管内水，逆流冲刷进行换热。

这样设计的辐射段管束同燃烧的火焰平行见图1(火焰形状呈蜡烛火焰型，强度分布是根部较弱、中间偏后最强、尾部较强)，水每经过一根辐射段管束就要经过一次火焰的高温辐射区，当管束内流动的全部是水的时候同火焰的高温区域接触是不会发生危险的，但当管束内的水加温到饱和状态的水蒸汽时，水蒸汽每经过一次火焰高温区就会导致管壁温度骤升(这是因为蒸汽的换热系数较低，同时产生蒸汽后会在管壁内部形成一层水垢，而水垢的导热性更差，更加容易将管壁温度升高)，容易发生爆管的危险，为此传统蒸汽发生器辐射段的火焰同辐射段管束都留有一定的安全距离以降低危险，但这种安全距离通常在运行时候由于火焰燃烧不稳定或者燃烧器安装不当等问题，同样存在火焰烧管的现象。在运输上由于受到火焰同管束的安全距离的影响，锅炉的辐射段较大，导致整体锅炉体积大，道路运输存在问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为解决辐射段由于火焰烧管导致管壁温度升高而发生爆管的危险，同时也解决锅炉体积过大运输困难的问题，提供一种移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器。

本发明移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器，通过下述技术方案予以实现，包括壳体和壳体内壁保温层，其特征是，所述壳体顶面安装水-水换热器，壳体内左侧设置燃烧区，右侧设置对流区，壳体外壁安装烟囱；所述燃烧区包括燃料点火喷头和螺旋方形膜式壁，所述螺旋方形膜式壁由辐射管束、弯头和鳍片组成，第一根辐射管束一端焊接90°弯头，弯头另一端连接第二根辐射管束，第二根辐射管束的另一端焊接第二个90°弯头，第二个90°弯头的另一端焊接第三根辐射管，第三根辐射管的另一端焊接第三个90°弯头，第三个90°弯头的另一端连接第四根辐射管束，第四根管束的另一端连接第四个90°弯头，弯头的另一端连接第五根管束，第五根管束同第一根管管束横向水平方向平行，之间的空隙采用鳍片焊接而成,第六根管束与第二根垂直方向平行之间用鳍片焊接而成，以后管束以此类推，共同组成了方形膜式壁结构，辐射管束的整体走向形状如同一个弹簧成螺旋状；所述对流区由光管排、翅片管排和弯头组成，所述光管排的组成方式为：第一根光管一端连接180°弯头，弯头另一端连接第二根光管，第二根光管另一端连接第三个180°弯头，以此类推，直到第10根，这样十根光管组成了一组光管排；所述对流区包括至少四排，光管排与光管排之间的连接采用180°弯头，180°弯头一端连接一个光管排最后一根光管，另一端连接第二光管排第一根管束，排与排之间的管束成错列结构布置；所述翅片管排的组成方式与光管排相同；

所述水-水换热器由内管和外管组成，水-水换热器外管出水端与对流翅片管进水端连接，水-水换热器内管进水端与对流光管出水端连接，水-水换热器内管出水端与方形螺旋管右侧进水端连接。

所述方形螺旋管沿火焰根部方向成螺旋结构布置形成螺旋方形膜式壁。

所述光管排、位于对流区的左侧，翅片管排管位于对流区的右侧。

所述点火喷头位于螺旋方形膜式壁左端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、将原有油田蒸汽发生器对流管束的弯头受热面充分利用，提高了对流面积10％以此降低了制造成本；

2、本发明发生器辐射受热面管束采用方形螺旋管，方形螺旋管沿火焰根部方向成螺旋结构布置形成螺旋方形膜式壁，蒸汽高温区同火焰高温区完全避开，即使火焰尾部同膜式壁接触也不会危及发生器的安全运行，取代了传统辐射段的水平往复结构设计，从设计上避免了蒸汽高温区多次经过火焰高温区而导致的炉管超温爆炸的危险；

3、本发明蒸汽发生器在燃烧区域的辐射受热面无管卡支撑，解决了传统蒸汽发生器辐射段管卡焊接困难问题，在制造工艺上更加便捷；

4、本发明蒸汽发生器采用螺旋方形膜式壁结构，受热面角系数可以达到1，而传统蒸汽发生器辐射受热面角系数最大为92％，也就是说同等钢材使用情况下，本发明发生器辐射受热面面积比传统辐射受热面面积的增加了8％；

5、本发明蒸汽发生器对流区域的最后一排对流管束在受热上采用辐射+对流方式，因此受热强度更大，降低了对流管束的重量；

6、传统蒸汽发生器无论是卧式结构还是立式结构都配有过度段(过渡段外表面温度通常在100℃以上，高于其他部位50℃)浪费了大量热能，导致锅炉热效率无法提升的更高。本发明的发生器采用无过度段设计，解决了传统蒸汽发生器散热量大的问题，能够将热效能较传统发生器提升5％；

7、因本发明发生器燃烧区域的辐射受热面采用螺旋方形膜式壁结构设计，所以发生器漏烟系数基本为0，所以保温层厚度仅为传统发生器的53％，所以在保温材料用量上更省，重量更轻；

8、同等发生器设计参数情况下，本发明蒸汽发生器总体重量较传统蒸汽发生器重量减少50％，总长度减少40％。占地面积减少40％，高度减少50％，因此在公路运输上更加具有优势。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明螺旋方形膜式壁结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本发明对流区结构示意图；

图5是图4的A-A剖视图；

图6是本发明水水换热器结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-6所示，本发明包括壳体4和壳体内壁保温层3，所述壳体顶面安装水-水换热器1，壳体内左侧设置燃烧区，右侧设置对流区，壳体外壁安装烟囱5；所述燃烧区包括燃料点火喷头和螺旋方形膜式壁，所述螺旋方形膜式壁由辐射管束7、弯头8和鳍片9组成，主要构成如下：辐射管束是采用直径φ73×11、φ89×13或者是φ60×9的管束，第一根辐射管束一端焊接90°弯头，弯头另一端连接第二根辐射管束(两根管束成直角形)，第二根辐射管束的另一端焊接第二个90°弯头，第二个90°弯头的另一端焊接第三根辐射管(三个辐射管束成U形)，第三根辐射管的另一端焊接第三个90°弯头，第三个90°弯头的另一端连接第四根辐射管束，(四根辐射管束和弯头构成一个方形结构)第四根管束的另一端连接第四个90°弯头，弯头的另一端连接第五根管束，第五根管束同第一根管管束横向水平方向平行，之间的空隙采用鳍片焊接而成,第六根管束与第二根垂直方向平行之间用鳍片焊接而成，以后管束以此类推，共同组成了方形膜式壁结构，辐射管束的整体走向形状如同一个弹簧成螺旋状，所以叫螺旋方形膜式壁)，所述对流区由多排光管排10、翅片管排13和弯头11组成，组成是如下：第一根光管一端连接180°弯头，弯头另一端连接第二根光管，(第一根和第二根光管成水平平行状态)第二根光管另一端连接第三个180°弯头，以此类推，直到第10根，这样十根光管组成了一组光管排。第二、三、四….光管排也是同样构成的，光管排与光管排之间的连接采用180°弯头，180°弯头一端连接一个光管排最后一根光管，另一端连接第二光管排第一根管束，排与排之间的管束成错列结构布置。翅片管排也是同样方法组成在一起的，这样众多光管排和翅片管排组成了对流区；所述水-水换热器由内管和外管组成，水-水换热器外管出水端与对流翅片管进水端连接，水-水换热器内管进水端与对流光管出水端连接，水-水换热器内管出水端与方形螺旋管右侧进水端连接。

本发明具体水汽系统流程如下：

首先20℃的水经过水-水换热器1内管同外管的环空区域(水-水换热器结构如图6所示,内管进水口2、内管出水口6、外管进水端12、外管出水端14)，同内管的来自光管10流出的高温水进行逆向换热，将20℃的水温加热，温度加热到高于烟气露点温度(露点温度的高低同使用燃料有关)后进入翅片管13，通过高温烟气将翅片管束内的水进行逆流换加温(在这个区域去掉了传统的弯头箱从而将弯头部分的受热面加以利用，所以受热面较传统对流段提高了10％)，加热后的水从对流翅片管束，流向对流光管10，在这个区域内管束内的水会受到烟气的对流换热和火焰的辐射换热两种换热方式所加热，因此换热效率更高(同时光管10、翅片管13被对流管束支撑架固定)，在这个区域中水会加热到接近工作压力下的饱和温度，通过光管10水流向水-水换热器内管1，加热水-水换热器1环空20℃的冷水，冷却后的热水从水-水换热器1流出进入方形螺旋管7，在这个区域水的流动方向是从方形螺旋管束的右侧向方形螺旋管束左侧流动。方形螺旋管束内的水温逐渐加热到该工作压力下的饱和温度，最后水从方形螺旋管束的左侧流出，流出的水为80％干度的汽水混合物。方形螺旋管束形成的燃烧区域火焰强度是从右到左逐渐升高在逐渐降低的。

水在刚刚进入螺旋方形膜式壁(螺旋方形膜式壁是由方形螺旋管7、弯头8、鳍片9组成)时，正是火焰的较高温区域，但这时的水是非饱和的不会发生危险，所以火焰甚至可以同膜式壁接触都是安全的，随着水在螺旋膜式壁的流动水温逐渐加热，所经受的火焰强度却逐渐降低，当水加热到饱和状态时所经受的火焰区域已不是高强度区域。

本发明的壳体外表面温度小于50℃。因没有过渡段所以发生器的散热损失更小，发生器的热效率更高。

本发明主要是为油田稠油、超稠油、特稠油开展蒸汽吞吐、蒸汽汽驱重力辅助泄油技术(SAGD)工艺技术提供蒸汽热能。

1、本发明采用螺旋方形膜式壁结构设计，解决了锅炉因火焰烧管爆管的危险。

2、本发明采用新型对流区域换热的受热面积较传统的对流段受热面提高10％。

3、本发明采用螺旋方形膜式壁结构，火焰可以直接同炉管接触，解决了传统锅炉体积大，重量重的问题，使得新型移动式发生器更加满足公路运输要求。

4、本发明采用螺旋方形膜式壁结构设计，解决了传统蒸汽发生器燃料燃烧不充分或火焰不成形等问题，新型移动式蒸汽发生器，不要求火焰形状，所以对燃烧器选型上条件更加宽泛，价格更加低廉。

5、本发明移动蒸汽发生器采用轻型保温制造，整体制造上减少了传统蒸汽发生器制造过程中工艺复杂程度，所以设备制造工期较传统蒸汽发生器减少30％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器，包括壳体和壳体内壁保温层，其特征是，所述壳体顶面安装水-水换热器，壳体内左侧设置燃烧区，右侧设置对流区，壳体外壁安装烟囱；所述燃烧区包括燃料点火喷头和螺旋方形膜式壁，所述螺旋方形膜式壁由辐射管束、弯头和鳍片组成,第一根辐射管束一端焊接90°弯头，弯头另一端连接第二根辐射管束，第二根辐射管束的另一端焊接第二个90°弯头，第二个90°弯头的另一端焊接第三根辐射管，第三根辐射管的另一端焊接第三个90°弯头，第三个90°弯头的另一端连接第四根辐射管束，第四根管束的另一端连接第四个90°弯头，弯头的另一端连接第五根辐射管束，第五根辐射管束同第一根辐射管束横向水平方向平行，之间的空隙采用鳍片焊接而成,第六根辐射管束与第二根辐射管束垂直方向平行之间用鳍片焊接而成，以后辐射管束以此类推，共同组成了方形膜式壁结构，辐射管束的整体走向形状如同一个弹簧成螺旋状；所述对流区由光管排、翅片管排和弯头组成，所述光管排的组成方式为：第一根光管一端连接180°弯头，弯头另一端连接第二根光管，第二根光管另一端连接第二个180°弯头，以此类推，直到第10根，这样十根光管组成了一组光管排；所述对流区包括至少四排，光管排与光管排之间的连接采用180°弯头，180°弯头一端连接一个光管排最后一根光管，另一端连接第二个光管排第一根光管，排与排之间的光管成错列结构布置；所述翅片管排的组成方式与光管排相同；所述水-水换热器由内管和外管组成，水-水换热器外管出水端与对流翅片管进水端连接，水-水换热器内管进水端与对流光管出水端连接，水-水换热器内管出水端与方形螺旋管右侧进水端连接。

2.根据权利要求1所述的移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器，其特征是，所述方形螺旋管沿火焰根部向左成螺旋结构布置形成螺旋方形膜式壁。

3.根据权利要求1所述的移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器，其特征是，所述光管排位于对流区的左侧，翅片管排位于对流区的右侧。

4.根据权利要求1所述的移动式螺旋方形膜式壁油田蒸汽发生器，其特征是，所述燃料点火喷头位于螺旋方形膜式壁左端。