CN106123621B - 用于天然气开采工艺的发动机辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于天然气开采工艺的发动机辅助装置，箱体、进液管和出液管，箱体内部弯曲设置有换热管，换热管上设置若干扰流板，箱体的内壁上等间距固定有若干分隔板，分隔板上设置通孔，换热管穿过通孔，换热管与通孔之间设置有密封圈，分隔板将箱体的内部空间分为若干连通的空冷区域，在第一个空冷区域和最后一个空冷区域的侧面上分别设置有进气口，箱体上设置有出气口。本发明通过合理设计箱体内的空气流道，并利用两个进气口同时进气，不仅节约了冷却液资源，降低了开采成本，还避免了传统空冷器在流程的后半段出现高温空气对低温冷却液进行加热的情况，有效地提高了换热效率。

Description

用于天然气开采工艺的发动机辅助装置

技术领域

本发明涉及一种加热设备，具体涉及用于天然气开采工艺的发动机辅助装置。

背景技术

伴随科技的迅猛发展，人们逐渐认识到了天然气的用处，并在各个领域广泛应用，使得天然气作为人们日常生活中不可或缺的能源。需求的增加带来频繁的开采，但天然气属于不可再生资源，随着开采的深入，部分气井由于天然气总量骤减而进入低压开采阶段。为了在低压开采阶段依然能开采出天然气，对气井采集的驱动设备，即发动机的功耗要求则大大超出正常的功耗值，从而导致发动机的转轴部分在工作一定时间后产生大量的热能，为了保证发动机能够正常工作，则需要对发动机的转轴进行持续降温。

用于降温发动机的冷却介质在冷却过后温度升高，为了重复利用这部分冷却介质，通常将其通入冷却器中进行冷却并再循环。传统的冷却器主要采用水冷的方式，但是，由于水冷需要消耗大量冷却水，在持续的气井开采中是会消耗大量的冷却水的，这样的开采方式成本高，不经济；现有的空冷器虽然能够解决成本问题，但是其空气流道是套设在冷却介质的流道外侧的，空气从冷却介质的流道，即换热管外侧流过，进行热交换，这种方式存在问题，即在入口处，空气为低温，发动机的冷却介质为高温，在沿流道流向出口时，发生热交换，空气温度升高，而冷却介质温度逐渐降低，当进入流道后半程后，空气的高温又会对冷却介质进行加热，导致冷却介质的温度增加，所以这种方式降温效果差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对传统空气冷却装置的缺陷，目的在于提供用于天然气开采工艺的发动机辅助装置，解决传统的空气冷却装置由于冷却流道结构而产生的冷却效果差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：用于天然气开采工艺的发动机辅助装置，包括箱体，所述箱体的同一个侧面上设置有进液管和出液管，箱体内部弯曲设置有换热管，所述换热管的两端分别连接进液管、出液管，箱体的内壁上固定有若干分隔板，所述分隔板上设置有若干通孔，换热管穿过所述通孔，换热管与通孔之间设置有密封圈，分隔板均平行于进液管所在的箱体侧面，分隔板将箱体的内部空间分为若干连通的空冷区域，沿进液管所在侧面至与该侧面相平行的另一侧面的方向，在第一个空冷区域和最后一个空冷区域的侧面上分别设置有进气口，所述进气口位于箱体上，箱体上还设置有出气口，所述出气口位于两个进气口之间，第一个空冷区域和最后一个空冷区域的侧壁上还设置有若干扰流板。

传统的冷却器主要分为水冷器或空冷器。水冷器的效果虽然优于空冷器，但是，在低压气井的开采过程中，对发动机的功耗要求很高，若要使发动机维持在正常的工作温度，则要快速的循环冷却介质，这种情况下如果要采用水冷器，那么将消耗大量的冷却液，由于低压气井开采所获得的收益本就低于正常气压或是高压开采，若采用水冷器冷却冷却介质，不仅增加成本，还浪费能源。空冷器是通过空气对冷却介质进行降温，其优点是空气获取十分方便，通过鼓风机即可对箱体内输入空气，而空气是取之不尽的，不会造成能源的浪费，所以在低压气井的开采中，选用空冷器是非常节约成本的。但是，现有的空冷器的流道设置是有问题的，因为其空气流道是套设在冷却介质的流道外侧的，空气从冷却介质的流道，即换热管外侧流过，与换热管内的冷却介质进行热交换，这种方式的问题是在箱体入口处，空气为低温，发动机的冷却介质为高温，在沿流道流向出口时，发生热交换，空气温度逐渐升高的同时冷却介质温度逐渐降低，当进入流道后半程后，空气的高温又会对冷却介质进行加热，导致冷却介质的温度增加，所以这种方式降温效果是很差的。

为了解决上述问题，合理利用空气对冷却发动机的冷却介质进行冷却，本发明提供了一种空冷装置。与传统的空冷器相同，本装置也包括箱体，以及设置在箱体上的进液管和出液管，箱体内还弯曲设置有换热管，换热管中流通发动机冷却介质，换热管的两端分别连接进液管和出液管。与现有空冷器不同的是，在箱体的内壁上固定有若干相互平行的分隔板，所述分隔板平行于进液管所在的箱体侧面，分隔板的顶面、底面和一个侧面与箱体连接，其余三个面与箱体形成弯曲的空气流道，空气流道被若干分隔板阻隔成若干空冷区域，相邻的两个空冷区域之间通过分隔板与箱体内壁之间的缝隙连通，同时，在分隔板上设置有若干通孔，换热管穿过所述通孔，通孔使得分隔板还起到了支撑和引导换热管的作用，通孔内侧与换热管的外侧之间还设置有密封圈，密封圈能够防止空气从通孔内流过。沿进液管所在的侧面到与该侧面相平行的另一侧面的方向，在第一个空冷区域和最后一个空冷区域的侧面上分别设置有进气口，进气口设置在箱体上，即本装置设置有两个进气口，箱体上还设置有出气口，出气口位于两个进气口之间。通过上述结构，高温的发动机的冷却介质通过进液管进入至箱体内的换热管中，温度降低后从出液管中排出；空气从两个进气口中同时通入至箱体内的，空气沿分隔板流向出气口。在箱体内，空气与换热管外侧接触，通过换热管与高温的冷却介质交换热量，达到冷却发动机冷却介质的目的。在本装置的设计中，第一空冷区域和最后一个空冷区域由于连接进气口，其中的空气温度最低，而换热管的进液管和出液管位于第一空冷区域内，这样低温空气就能够对刚进入箱体内和即将排出至箱体外的发动机冷却介质进行热交换，避免了传统的空冷器在换热管的后半程空气还会对冷却介质进行加热的情况，有效地改善了冷却效果。同时，由于进液管和排液管设置在箱体的同一侧面上，所以弯曲的换热管必然在于进液管所在侧面相平行的另一侧面附近有至少一个弯曲处，而该弯曲处即使没有落在最后一个空冷区域内，也落在其附近的空冷区域，而最后一个空冷区域内通入的低温空气可以有效地对弯曲处的换热管内的发动机冷却介质进行降温。由于两个进气口之间设置有出气口，所以空气的流程也较之前缩短了一半，温度升高的空气最终通过出气口排出。

综上所述，本装置通过合理设计箱体内的空气流道，并利用两个进气口同时进气，不仅节约了冷却器的冷却液，降低了开采成本，还避免了传统空冷器在流程的后半段出现高温空气对低温冷却介质进行加热的情况，有效地提高了换热效率。

不仅如此，在实际应用中还发现，有时候会出现空气从通孔与换热管之间的缝隙中流过，造成降温效率下降的缺陷。首先，因为箱体内空气流道的设计是使得从进气口所在空冷区域至出气口所在的空冷区域，温度逐渐升高的，这样固定空冷区域后，才可以根据空冷区域的温度变化设置换热管的位置，更好地从全局把握应该在何处设置换热管的弯曲处和直管处，达到很好的热交换效果，但是，当空气从通孔中流过后，空气的温度变化不再是规律的，各空冷区域之间的温差缩小，箱体内各处的空气温度相差不大，对换热管内的冷却介质的冷却效果也就是各处一样的了，所以部分空冷区域内的冷却效果降低，导致整个装置的冷却效果变差。其次，因为缝隙很窄，空气在通过缝隙时速度迅速提高数倍，高速流过的空气与换热管表面的摩擦使得换热管的表面被加热，减弱了降温效果。为了解决上述问题，在通孔与换热管之间设置有密封圈，所述密封圈将缝隙堵住，使得空气只能从分隔板与箱体之间的空间通过，有效地保证了空冷区域之间温度梯度变化的规律性，进一步提升了装置的冷却效果，另外，密封圈还避免了高速通过空气所产生的噪音，改善了工作环境。

沿进液管所在的侧面至与该侧面相平行的另一侧面的方向，第一个空冷区域和最后一个空冷区域的内壁上均设置有若干扰流板，即扰流板既可以设置在分隔板的侧面，也可以设置在箱体的内壁上。第一个空冷区域和最后一个空冷区域连接有进气口，所以温度是所有空冷区域中最低的，随着空气与换热管进行热量交换，空气的温度逐渐升高，并向下一个空冷区域流动，所以为了延长低温空气在这两个区域的停留时间，使空气充分与换热管接触，在这两个区域内设置扰流板，扰流板能够改变空气流动的方向，使空气不会快速从第一个空冷区域和最后一个空冷区域中流走。同时，扰流板还能改变空气的流动方式，在没有增加扰流板的时候，虽然在分隔板与箱体内壁垂直处空气会改变流动方向，但大多数时候，空气的运动方式是层流，层流的空气只有一部分与换热管接触的空气能够进行换热，其余没有接触到换热管的空气则直接进入下一空冷区域，而且层流的空气其内部空气之间传热速度慢，会出现局部靠近换热管的层流空气温度高，远离换热管的层流空气温度低的情况。设置了扰流板之后，空气在第一个和最后一个空冷区域中的流动被扰乱，局部形成湍流，加快了空气内部的热量交换，使区域内的空气整体温度较平均，不会出现局部过热的情况，极大地提高了装置的冷却效果。

进一步地，换热管上设置有翅片，所述翅片沿换热管的轴线从换热管的一端延伸至另一端。设置翅片的目的与扰流板的目的基本相同，但是翅片更趋向于改变空气流动状态而非流动方向，翅片使得与换热管接触的空气流动方式从层流转变为湍流，加速空气内部的热量传递，使即使远离换热管的空气也能接受到部分热量，从而达到 降低换热管内发动机冷却介质温度的目的。另外，翅片还能够增加换热管与空气的接触面积，即加大了发动机冷却介质与空气的热交换面积，能够进一步提升降温效果。

进一步地，翅片有4根，相邻的翅片之间的夹角为90°。经过实际应用发现，翅片数量为4根且相邻翅片之间的夹角为直角时，装置的降温效果最佳。

进一步地，所述换热管和翅片均由黄铜制成。黄铜是铜和锌的合金，不仅具有硬度高、耐氧化的特点，而且传热系数很高，能够确保空气与发动机冷却介质进行充分的热量交换。

进一步地，沿靠近进液管一侧至远离进液管一侧的方向，空冷区域的体积先逐渐减小后逐渐增大、且第一个空冷区域和最后一个空冷区域的体积最大。由于第一个空冷区域和最后一个空冷区域内空气刚才进气口中进入箱体，空气温度最低，将这两个区域的体积设置最大，能够降低空气的通过速度，增加空气在这两个空冷区域内的停留时间，使得空气与区域内的换热管充分进行热量交换；随着向箱体中部靠拢，空冷区域的体积逐渐减小，提高空气的通过速度，使得温度升高的空气能够快速从出气口中排出，减少温度升高的空气与换热管之间的热量交换。

进一步地，所述体积最大的空冷区域的体积是体积最小的空冷区域的体积的2至4倍。通过实践发现，当箱体内最大的与最小的空冷区域之间的体积比为2至4时，能够达到较好的降温效果。

进一步地，换热管的弯曲处位于最后一个空冷区域、或者第一个和最后一个空冷区域。如果空冷区域内有弯曲处，那么由于液体在弯曲处停留的时间较长，如果该空冷区域的空气温度低，那么将更加有利于发动机冷却介质的降温。当换热管只有一个弯曲处时，即换热管在箱体内呈U形管，此时将弯曲处设置在最后一个空冷区域，最后一个空冷区域设置有进气口，该区域内空气温度最低，能够有效地对换热管内的冷却介质降温；如果换热管有两个以上的弯曲处，那么将所有弯曲处都设置在第一个空冷区域或是最后一个空冷区域，其余部分都为直管，不仅能够很好地对弯曲处的发动机冷却介质进行降温，同时，其余空冷区域内的换热管为直管，能够使冷却介质快速地通过此冷却区域，因为除去第一或最后一个空冷区域，其余空冷区域的空气温度都相对较高，所以能够避免冷却介质被加热。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过合理设计箱体内的空气流道，并利用两个进气口同时进气，不仅节约了冷却液资源，降低了开采成本，还避免了传统空冷器在流程的后半段出现高温空气对低温冷却液进行加热的情况，有效地提高了换热效率；

2、本发明在第一个空冷区域和最后一个空冷区域的侧壁上设置若干扰流板，扰流板能够改变空气流动的方向，使空气不会快速从第一个空冷区域和最后一个空冷区域中流走，同时，扰流板还能改变空气的流动方式，使得空气形成湍流，加快了空气内部的热量交换，使区域内的空气整体温度较平均，不会出现局部过热的情况，极大地提高了装置的冷却效果；

3、本发明在通孔与换热管之间设置有密封圈，所述密封圈将缝隙堵住，使得空气只能从分隔板与箱体之间的空间通过，有效地保证了空冷区域之间温度梯度变化的规律性，进一步提升了装置的冷却效果，另外，密封圈还避免了高速通过空气所产生的噪音，改善了工作环境；

4、本使用新型沿靠近进液管一侧至远离进液管一侧的方向，空冷区域的体积先逐渐减小后逐渐增大、且第一个空冷区域和最后一个空冷区域的体积最大，能够降低第一个和最后一个空冷区域内空气的通过速度，增加空气在这两个空冷区域内的停留时间，使得空气与区域内的换热管充分进行热量交换；随着向箱体中部靠拢，空冷区域的体积逐渐减小，提高空气的通过速度，使得温度升高的空气能够快速从出气口中排出，减少温度升高的空气与换热管之间的热量交换。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为分隔板的局部结构示意图；

图3位换热管的截面图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-箱体，2-进液管，3-出液管，4-进气口，5-出气口，6-分隔板，7-换热管，8-密封圈，9-扰流板，10-翅片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1、图2和图3所示，本发明为用于天然气开采工艺的发动机辅助装置，包括箱体1，箱体1的同一个侧面上设置有进液管2和出液管3，箱体1内部弯曲设置有换热管7，换热管7的两端分别连接进液管2、出液管3，箱体1的内壁上固定有若干分隔板6，分隔板6上设置有若干通孔，换热管7穿过通孔，换热管7与通孔之间设置有密封圈8，分隔板6均平行于进液管2所在的箱体1侧面，分隔板6将箱体1的内部空间分为若干连通的空冷区域，沿进液管2所在侧面至与该侧面相平行的另一侧面的方向，在第一个空冷区域和最后一个空冷区域的侧面上分别设置有进气口4，进气口4位于箱体1上，箱体1上还设置有出气口5，所出气口5位于两个进气口4之间，第一个空冷区域和最后一个空冷区域的侧壁上还设置有若干扰流板9。换热管7上设置有翅片10，翅片10沿换热管7的轴线从换热管7的一端延伸至另一端。翅片10有4根，相邻的翅片10之间的夹角为90°。换热管7和翅片10均由黄铜制成。沿靠近进液管2一侧至远离进液管2一侧的方向，空冷区域的体积先逐渐减小后逐渐增大、且第一个空冷区域和最后一个空冷区域的体积最大。体积最大的空冷区域的体积是体积最小的空冷区域的体积的2至4倍。换热管7的弯曲处位于最后一个空冷区域、或者第一个和最后一个空冷区域。

使用本装置时，首先将空气从两个进气口4中同时通入至箱体1中，使得空气在箱体1内部与分隔板6所形成的空冷区域中流通。接着通过进液管2将发动机冷却介质通入至换热管7中。高温的发动机冷却介质与低温的空气通过换热管7的管壁进行热量交换，达到降低冷却介质温度的目的。冷却后的发动机冷却介质最终从排液管3排出，而温度升高的空气则从出气口5排出。

本发明通过合理设计箱体1内的空气流道，并利用两个进气口4同时进气，不仅节约了冷却液资源，降低了开采成本，还避免了传统空冷器在流程的后半段出现高温空气对低温冷却液进行加热的情况，有效地提高了换热效率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于天然气开采工艺的发动机辅助装置，包括箱体(1)，所述箱体(1)的同一个侧面上设置有进液管(2)和出液管(3)，箱体(1)内部弯曲设置有换热管(7)，所述换热管(7)的两端分别连接进液管(2)、出液管(3)，其特征在于，箱体(1)的内壁上固定有若干分隔板(6)，所述分隔板(6)上设置有若干通孔，换热管(7)穿过所述通孔，换热管(7)与通孔之间设置有密封圈(8)，分隔板(6)均平行于进液管(2)所在的箱体(1)侧面，分隔板(6)将箱体(1)的内部空间分为若干连通的空冷区域，沿进液管(2)所在侧面至与该侧面相平行的另一侧面的方向，在第一个空冷区域和最后一个空冷区域的侧面上分别设置有进气口(4)，所述进气口(4)位于箱体(1)上，箱体(1)上还设置有出气口(5)，所述出气口(5)位于两个进气口(4)之间，第一个空冷区域和最后一个空冷区域的侧壁上还设置有若干扰流板(9)；所述换热管(7)的弯曲处位于最后一个空冷区域、或者第一个和最后一个空冷区域；沿靠近进液管(2)一侧至远离进液管(2)一侧的方向，空冷区域的体积先逐渐减小后逐渐增大、且第一个空冷区域和最后一个空冷区域的体积最大；所述体积最大的空冷区域的体积是体积最小的空冷区域的体积的2至4倍。

2.根据权利要求1所述的用于天然气开采工艺的发动机辅助装置，其特征在于，所述换热管(7)上设置有翅片(10)，所述翅片(10)沿换热管(7)的轴线从换热管(7)的一端延伸至另一端。

3.根据权利要求2所述的用于天然气开采工艺的发动机辅助装置，其特征在于，所述翅片(10)有4根，相邻的翅片(10)之间的夹角为90°。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的用于天然气开采工艺的发动机辅助装置，其特征在于，所述换热管(7)和翅片(10)均由黄铜制成。