CN103930743A - 气体加热器/冷却器装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体加热器/冷却器装置及其制造方法。气体加热器/冷却器装置具有气体管，该气体管被构造成在传热块内部运送流体。通过气体管附近的冷却管中的流体流或者由风扇将流体流推向气体管对流体进行冷却。靠近气体管布置于传热块内部的电加热器可以通过辐射热来加热在该气体管中流动的流体。

Description

气体加热器/冷却器装置以及方法

技术领域

本文中所公开的主题的实施例大体涉及用于改变流过管的流体的温度的装置以及方法，并且更具体地，涉及可以通过相同的设备来进行加热和/或冷却的装置以及方法。

背景技术

化石燃料仍然是主要的能量来源，并且因此，对开发新产品领域的兴趣随着需求的增长而增长。由于基于陆地的产品领域的可利用性是有限的，因此尽管具有技术挑战，但是开发量巨大的离岸储藏仍已变得更加必要。由于钻机上的有限空间，离岸石油和天然气勘探和开采需要比传统的基于陆地的石油和天然气设备更紧凑的设备。

在如图1中所示的传统的气体冷却设备1中，容器10容纳多根管20，冷却剂通过所述多根管20循环。冷却剂可以是水。期望其温度降低的油或气体的流体流通过进口30输入，并且通过出口40输出。在流体流从进口30通向出口40的过程中，流体流包绕管20。冷却剂可以通过进口增压室60中的冷却剂进口50输入到容器10中，并且随后分开以通过管板70流过管20。类似地，在循环通过管20之后，冷却剂可以通过输出管板通入输出增压室80中，以通过冷却剂出口90输出。输出管板与管板70形成为单件。在气体冷却设备1中，输入增压室60和输出增压室80定位在容器10的相同侧上，具有U形的管20沿容器10延伸。管20可以通过挡板95被支承在容器内部。通常使冷却剂回到初始温度并且再循环。

管20被气体或油的流包绕导致管壁退化，从而可能造成通过其中的泄漏，进而将对气体或油的流以及冷却剂二者造成污染。

在处理经过提取的化石燃料的过程中，对气体或油的流进行冷却或加热可能变得必需。传统地，加热设备与冷却设备分开。存在两种单独的设备具有成本增加以及空间需要增加的缺点，这种空间可能是稀缺的（例如，在离岸操作的钻机上）。

此外，两种单独设备的传统使用限制了迅速调节气体或油流的温度的可能性。

因此，将期望提供一种能够用于加热或冷却气体或油的流的装置和方法，从而避免上述的问题和缺点。

发明内容

根据一个示例性实施例，一种气体加热器/冷却器装置包括传热块、气体管、冷却剂管和电加热器。该气体管被构造成运送流体通过传热块的内部。该冷却剂管被构造成运送冷却剂通过传热块的内部，该冷却剂管定位在气体管的附近以通过与流过冷却剂管的冷却剂热交换来冷却在气体管中流动的流体。电加热器靠近气体管定位在传热块的内部，以通过辐射热来加热在气体管中流动的流体。

根据另一个示例性实施例，一种气体加热器/冷却器装置包括传热块、气体管、风扇和电加热器。该气体管被构造成运送流体通过传热块的内部。该风扇被构造成将气流推向气体管。该电加热器靠近气体管定位在传热块的内部，以通过辐射热来加热在气体管中流动的流体。

根据又一个示例性实施例，提供了一种制造气体加热器/冷却器装置的方法。该方法包括将气体管安装于传热块的内部，该传热块被构造成允许冷却剂流通过其中，从而冷却在气体管内部流动的流体。该方法还包括将电加热器安装于传热块的内部以及气体管的附近。

附图说明

结合到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，并且与描述一起对这些实施例进行解释。在附图中：

图1是传统的气体冷却设备的示意图；

图2是根据实施例的加热器/冷却器装置的示意图；

图3是根据实施例的制造加热器/冷却器装置的方法的流程图；

图4是根据另一个实施例的加热器/冷却器装置的示意图；

图5是根据另一个实施例的加热器/冷却器装置的示意图；

图6是根据另一个实施例的加热器/冷却器装置的示意图；以及

图7是根据另一个实施例的加热器/冷却器装置的示意图。

具体实施方式

下文对示例性实施例的描述参照附图。相同的附图标记在不同的附图中表示相同或相似的元件。下文的详细描述不对本发明构成限制。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，参照气体处理系统的术语和结构来讨论以下实施例。然而，随后将讨论的实施例不限于这些系统，而是可以应用于需要能够加热或冷却化石燃料（流体）流的尺寸减小的设备的其它系统。在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的称谓意思是结合实施例所描述的特定的特征、结构、或特性被包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，整个说明书的多个位置处出现的词组“在一个实施例中”或“在实施例中”不必表示相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或多个实施例中。

如参照图1所讨论的，现有技术的设备具有体积庞大的缺点，原因是设备的单独件分别用于加热以及用于冷却。此外，承载冷却剂的管暴露于流体流经过一段时间造成管退化，从而可能造成交叉污染泄漏。

根据图2中所示的一个实施例，气体加热器/冷却器装置100包括传热块110，承载期望控制其温度的气体（或者其它的化石燃料、或流体）的管120位于该传热块110的内部。管120的形状被设计成增加管120的较长的部分暴露于温度改变剂。例如，管120可以具有螺旋形状（但其形状不限于此）。管120优选地由是良好的热导体的材料制成，以在改变管120材料的温度的过程中消耗少量能量和时间。例如，管120可以由不锈钢制成。

冷却剂是通过进口130进入传热块110并且通过出口140离开传热块的流体流。加热介质是定位在管120附近的电加热器150。因此，在管120中的气体通过传热模块110的同时，管120中的气体可以通过流体流被冷却并且/或者可以由于电加热器150所辐射的热而被加热。

在图3中所示的另一个实施例中，制造气体加热器/冷却器装置的方法200包括在S210处将气体管安装于传热块内部，该传热块被构造成允许冷却剂流通过其中。此外，该方法200包括在S220处将电加热器安装于传热块的内部以及气体管附近。

方法200还可以包括沿气体管并且/或者沿冷却剂流的路径的不同位置安装温度传感器。所述温度传感器可以定位在发生气体管120中的气体与流体流之间的热交换的区域之前和之后，以测量气体的温度的变化以及冷却剂的温度的变化。

该方法200还可以包括将流体调节器安装于冷却剂流的路径上，该流体调节器被构造成改变进入传热块的冷却剂流的量。流体调节器可以连接至一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被构造成测量离开传热块的冷却剂和/或气体的温度，以使得流体调节器能够基于从一个或多个传感器接收到的温度信息来调节冷却剂流的量。

该方法200还可以包括安装电源和开关，该电源被构造成向电加热器提供电力，该开关被构造成基于从一个或多个温度传感器接收到的温度信息来切断电力供给。

在另一个实施例中，该方法200可以包括安装流调节器、电源、开关、和一个或多个温度传感器，以及随后将这些部件连接至控制器。该控制器被构造成基于由传感器测量到的温度来控制流调节器和电源以调节冷却剂和被供给至电加热器的电力的量，以便实现气体管中的气体的目标输出温度。

该方法200还可以包括将报警器安装于装置中。例如，冷却剂温度报警器可以连接至冷却剂输出温度传感器，该冷却剂输出温度传感器定位并且被构造成测量冷却剂流的输出温度。该冷却剂温度报警器可以被构造成在输出温度具有处于预定温度范围之外的值时输出报警信号。在另一个例子中，开关可以连接至冷却剂输出温度传感器，该冷却剂输出温度传感器定位并且被构造成测量在气体管内部流动的流体的输出温度。该开关可以被插入在电源与电加热器之间，并且被构造成在输出温度超过预定值时切断供给至加热器的电力。

根据图4中所示的另一个示例性实施例，气体加热器/冷却器装置300包括传热块310，承载期望控制其温度的气体的管320浸入该传热块310的内部。该传热块可以由铝的铸造件制成。管320通过进口322进入传热块310并且通过出口324离开传热块310。第一温度传感器326可以靠近进口322定位在传热块310的内部或外部，以测量管320中的气体的输入温度。第二温度传感器328可以靠近出口324定位在传热块310的内部或外部，以测量管320中的气体的输出温度。例如，管320中的气体的输入温度可以为大约250℃，并且气体的输出温度可以为大约150℃。

冷却剂通过其流动的另一根管330在管320的附近被放置在传热块310的内部。管320和管330可以具有基本平行于彼此延伸的螺旋形状，以使其间的热交换最大化。冷却剂可以是矿物油。管330通过进口332进入传热块310并且通过出口334离开传热块310。第三温度传感器336可以靠近进口332定位在传热块310的内部或外部，以测量管330中的冷却剂的输入温度。第四温度传感器338可以靠近出口334定位在传热块310的内部或外部，以测量管330中的冷却剂的输出温度。例如，管330中的冷却剂的输入温度可以为大约70℃，并且冷却剂的输出温度可以为大约75℃。

传热块可以由铝的铸造件或者另一种材料或环境制成。

气体温度报警器329以及/或者冷却剂温度报警器339可以与定位成靠近出口的相应的温度传感器相关联。报警器被构造成在气体或冷却剂的输出温度分别具有处于相应的预定温度间隔以外的值或者超过相应的较高值或较低值时输出报警信号。报警信号可以是视觉指示或听觉指示或者可以触发对冷却剂流和/或被供给至电加热器340的电力的调节。

管320和330优选地由是良好的热导体的材料（或者相同材料）制成，以在改变管320和330的温度的过程中消耗少量的能量和时间。例如，管320和330可以由不锈钢制成。

电加热器340优选地以优化朝向管320的传热同时使朝向管330的传热最小化的方式同样定位在管320附近。因此，在传热块310内部的气体，管320中的气体可以由于管330中的冷却剂具有的温度比该气体低而被冷却并且/或者可以由于电加热器340所辐射的热而被加热。

气体加热器/冷却器装置300还包括电源350和流调节器360，该电源350向电加热器340提供电力，该流调节器360沿冷却剂通过其中进入传热块310的管定位。流调节器360被构造成控制在传热块310内部沿管330流动的冷却剂的量。流调节器可以是冷却剂管壁中的孔口，该孔口的面积是可调节的。例如，冷却剂（矿物油）流量可以为大约28l/min。

温度传感器326、328、336、和338以及电源350和流调节器360可以连接至控制器370。该控制器370可以基于从温度传感器326、328、336、和338接收到的温度值向电源350并且向流调节器360发送信号，以便实现离开传热块310的气体的目标温度。

图5中示出了气体加热器/冷却器装置380的另一个示意图。除了已参照图4描述的元件，气体加热器/冷却器装置380包括开关382，该开关382被插入在电源350与电加热器340之间，该开关382被构造成切断供给至电加热器的电力。例如，电力可以（1）在气体或冷却剂的输出温度超过预定值、（2）当从自动控制器接收到信号或者（3）当通过由接口384接收到的命令在打开状态与闭合状态之间翻转开关时，切断电力。矿物油流量可以为28l/min，矿物油温度跨过加热器/冷却器装置380从70℃上升到75℃，并且气体流量可以为56l/min，气体温度跨过加热器/冷却器装置380从250℃下降到150℃。

图6中示出了与上文所描述的装置300和380类似的加热器/冷却器装置390的布局。加热器/冷却器装置390竖直放置在安装脚部392上。可以使用升降机构394使电加热器340下降到传热块310的内部或者上升到传热块310的外部。可以通过模块396来传输装置操作信息（包括温度信息）。传热块310可以被隔热层或壳体398包绕。在图6中，气体管320和冷却剂管330可以具有布置于相同轴线上并且基本彼此平行地延伸的螺线形状。

根据图7中所示的另一个示例性实施例，气体加热器/冷却器装置400包括传热块410，承载期望控制其温度的气体的管420位于该传热块410内部。管420通过进口422进入传热块410并且通过出口424离开传热块410。管420优选地由是良好的热导体的材料制成，以在改变管420的温度的过程中消耗少量的能量和时间。例如，管420可以由不锈钢制成。管420可以具有螺旋形状以使热交换最大化。

第一温度传感器426可以靠近进口422定位在传热块410的内部或外部，以测量管420中的气体的输入温度。第二温度传感器428靠近出口424定位在传热块410的内部或外部，以测量管420中的气体的输出温度。

风扇430将气体流通过传热块410推向管420。此处，空气被称为冷却剂。然而，其它的气体混合物也可以被使用、冷却和再循环通过传热块410。使用具有-40℃至50℃之间的温度的空气（甚至环境空气）的优点在于在该情况下，不需要再循环回路。由风扇430推向管420的气流可以通过可渗透壁（例如，具有孔以允许空气通过其中的壁）或者可以被引导通过壁中的开口。

电加热器440同样定位在管420附近。因此，在传热块410内部的气体，管420中的气体可以由于气流具有的温度比该气体低而被冷却并且/或者可以由于电加热器440所辐射的热而被加热。

气体加热器/冷却器装置400还包括第一电源450和第二电源460，该第一电源450向电加热器440提供电力，该第二电源460向风扇430提供电力。

温度传感器426、428、以及电源450和460可以连接至控制器470。控制器470可以基于从温度传感器426、和428接收到的温度信息向电源450和460发送信号，以便实现离开传热块410的气体的目标温度。

所公开的示例性实施例提供了装置及其制造方法，其中可以在所述装置中可以对化石燃料（流体）进行加热和/或冷却。应当理解，不期望该描述对本发明构成限制。相反，示例性实施例旨在覆盖被包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的备选形式、改型和等同形式。此外，在对示例性实施例的详细描述中，阐述了多种具体细节以便提供对所要求保护的发明的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在不具有这种具体细节的情况下实施各种实施例。

尽管以特定组合在实施例中描述了本示例性实施例的特征和元件，但是每一个特征或元件都能够在不具有实施例的其它的特征和元件的情况下单独使用或者在具有或不具有本文中所公开的其它的特征和元件的情况下以多种组合使用。

本书面描述使用所公开的主题的例子来使得本领域技术人员能够实施所公开的主题，其中包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它的例子。期望这种其它的例子属于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种气体加热器/冷却器装置，包括：

传热块；

气体管，所述气体管被构造成在所述传热块的内部运送流体；

冷却剂管，所述冷却剂管被构造成在所述传热块的内部运送冷却剂，所述冷却剂管定位在所述气体管附近，以通过与流过所述冷却剂管的冷却剂热交换来冷却在所述气体管中流动的流体；以及

电加热器，所述电加热器靠近所述气体管定位在所述传热块的内部，以通过辐射热来加热在所述气体管中流动的流体。

2.根据权利要求1所述的加热器/冷却器，还包括以下中的至少一个：

温度传感器，所述温度传感器定位在所述气体管离开所述传热块的位置处附近并且被构造成测量流体的输出温度；以及

温度传感器，所述温度传感器定位在所述冷却剂管离开所述传热块的位置处附近并且被构造成测量冷却剂的输出温度。

3.根据权利要求1或2所述的气体加热器/冷却器，还包括：

一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被构造成测量沿所述气体管和/或所述冷却剂管的不同位置处的温度；以及

温度信息采集和传输模块，所述温度信息采集和传输模块被构造成从所述温度传感器收集温度信息并且传输所收集的信息。

4.根据前述任一权利要求所述的气体加热器/冷却器，还包括：

温度传感器，所述温度传感器定位在所述冷却剂管离开所述传热块的位置处附近并且被构造成测量冷却剂的输出温度；以及

以下中的至少一个

冷却剂温度报警器，所述冷却剂温度报警器连接至所述温度传感器并且被构造成在所述输出温度具有处于预定温度范围之外的值时输出报警信号，以及

冷却剂流调节器，所述冷却剂流调节器连接至所述温度传感器并且被构造成基于所述输出温度的当前值来调节通过所述冷却剂管及时运送的冷却剂的量。

5.根据前述任一权利要求所述的气体加热器/冷却器，还包括：

温度传感器，所述温度传感器定位在所述气体管离开所述传热块的位置处附近并且被构造成测量流体的输出温度；以及

气体温度报警器，所述气体温度报警器连接至所述温度传感器并且被构造成在流体的输出温度具有处于预定温度范围之外的值时输出报警信号。

6.根据前述任一权利要求所述的气体加热器/冷却器，还包括：

温度传感器，所述温度传感器定位在所述气体管离开所述传热块的位置处附近且被构造成测量流体的输出温度或者定位在所述冷却剂管离开所述传热块的位置处附近且被构造成测量冷却剂的输出温度；

电源，所述电源被构造成向所述电加热器提供电力；以及

开关，所述开关连接至所述温度传感器并且被插入在所述电源与所述电加热器之间，所述开关被构造成在输出温度超过预定值时切断供给至所述电加热器的电力。

7.根据前述任一权利要求所述的气体加热器/冷却体，还包括：

一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被构造成测量沿所述气体管和/或冷却剂管的不同位置处的温度；

冷却剂流调节器，所述冷却剂流调节器被构造成调节通过所述冷却剂管及时运送的冷却剂的量；

电源，所述电源被构造成向所述电加热器提供电力；以及

控制器，所述控制器连接至所述温度传感器、所述冷却剂流调节器和所述电源，所述控制器被构造成基于从所述温度传感器接收到的温度信息来控制所述冷却剂流调节器和所述电源。

8.根据前述任一权利要求所述的气体加热器/冷却器，其特征在于，所述气体管和所述冷却剂管在所述传热块内侧具有共轴螺线形状。

9.一种气体加热器/冷却器装置，包括：

传热块；

气体管，所述气体管被构造成运送流体通过所述传热块的内部；

风扇，所述风扇被构造成将气流推向所述气体管；以及

电加热器，所述电加热器靠近所述气体管布置于所述传热块的内部，以通过辐射热来加热在所述气体管中流动的流体。

10.一种制造气体加热器/冷却器装置的方法，所述方法包括：

将气体管安装于传热块内部，所述传热块被构造成允许冷却剂流通过其中，从而冷却在所述气体管内部流动的流体；以及

将电加热器安装于所述传热块的内部以及所述气体管的附近。