CN106440788A - 一种相变真空电加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种相变真空电加热炉，包括炉体、注液管、第一排气管、第二排气管、导液管、膨胀水箱、加热盘管、电加热器、压力传感器、第一液位传感器、第二液位传感器、控制器，膨胀水箱起溢流多余水作用，也给炉体内一个微正压确保不凝气体为零；液位控制阀控制炉体内液位，放气阀排除不凝气体，注液阀往炉体内注水，电加热器加热炉体内下部的液体使液体蒸发，蒸发的液体对炉体内上部的加热盘管加热后凝结为液体再次回落到炉体内下部的液体内，控制器与电加热器、压力传感器、第一液位传感器、第二液位传感器、注液阀、放气阀、液位控制阀连接并控制其动作。本发明结构简单可靠，容易操作，维护保养方便，寿命长，效率高，适用范围广。

Description

一种相变真空电加热炉

技术领域

本发明涉及电加热炉技术领域，尤其涉及一种相变真空电加热炉。

背景技术

现有在油田石油和天然气开采输送过程中，一些高凝油、高稠油、高含蜡原油及水合物较严重的自喷井，需要加热才能正常开采和输送。

目前广泛采用燃油、燃煤、燃气水套炉，单井有的采用电热炉直接加热，这几种加热方式的核心发热体就是电阻丝和绝缘粉组成的加热盘管，原油或油气混合物直接流进炉体内通过加热盘管加热升温降粘，由于加热盘管温度较高，容易使原油结焦，加热盘管外结焦越来越厚，传热效率越来越低，最后导致炉内容积越来越小，甚至堵塞。也有采用燃油、燃煤、燃气真空加热炉，目前油田采用的真空加热炉的纯气相空间的建立有两种方法：“气驱气”法和真空泵抽吸法，“气驱气”法是在注液完毕后，加热炉炉体的顶部与大气相通,这时启动燃烧装置，使载体在加热过程中得以气化，从而利用生成的气相热载体的携带作用来排除炉体内的不凝气(空气)，当排到一定程度后，封闭炉体的顶部，与大气隔离，形成封闭的气相及液相空间；而真空泵抽吸法是在注液完毕后，封闭炉体，与大气隔离，接着利用真空泵抽出炉体内的不凝气(空气)，当抽到一定程度后，启动燃烧装置，使热载体在加热过程中得以气化，形成封闭的气相及液相空间；但是利用这两种方法是很难达到较高纯度的气相热载体空间，蒸汽中仍然含有大量的不凝气体(空气)，气相空间中若含有1％的不凝气体(空气)时，加热盘管的关外传热系数将降低60％，而使冷凝传热系数显著下降，从而导致加热炉总体加热效率降低。除此之外，燃油、燃煤、燃气水套炉和真空炉的局限在于从井口至加热炉之间一段管道不能加热，容易堵塞，且加热功率不容易控制，造成频繁启动停止，噪音大，水套炉效率低，安装位置距油井井口较远，有一定使用局限性。

发明内容

基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种相变真空电加热炉。

本发明提出的一种相变真空电加热炉，包括炉体、注液管、第一排气管、第二排气管、导液管、膨胀水箱、加热盘管、电加热器、压力传感器、第一液位传感器、第二液位传感器、控制器，其中：

炉体顶端设有注液口、第一排气口、第二排口、出液口，注液管与注液口连接且注液管上设有注液阀，第一排气管与第一排气口连接且第一排气管上设有放气阀，第二排气管与第二排气口连接且第二排气管上设有安全阀；

膨胀水箱通过导液管与出液口连接且导液管上设有液位控制阀；

加热盘管、电加热器均设置在炉体内且加热盘管位于电热器上方，加热盘管设有进口和出口；

压力传感器设置在炉体内顶端，压力传感器用于实时检测炉体内气相压力并将检测的压力信号传递给控制器；

第一液位传感器设置在炉体的排气口处，第一液位传感器用于实时检测炉体内液位；

第二液位传感器设置在膨胀水箱内，第二液位传感器用于实时检测膨胀水箱内液位；

控制器与电加热器、压力传感器、第一液位传感器、第二液位传感器、注液阀、放气阀、液位控制阀连接，控制器预设有第一预设液位值、第二预设液位值、第一预设压力值和第二预设压力值，第一预设压力值小于第二预设压力值，在第一液位传感器检测到炉体内液体液位大于或等于第一预设液位值时，控制器控制放气阀关闭，在第二液位传感器检测到膨胀水箱内的液位大于或等于第二预设液位值时，控制器控制注液阀、液位控制阀关闭并控制电加热器工作对炉体内液体进行加热；在压力传感器检测到炉体内气相压力高于第二预设压力值时，控制器控制液位控制阀开启，在压力传感器检测到炉体内气相压力低于第一预设压力值时，控制器控制液位控制阀关闭。

优选的，炉体内设有用于实时检测炉体内气相温度的温度传感器，温度传感器与控制器连接，控制器根据温度传感器检测的炉体内气相温度信号调节电加热器的功率。

优选的，还包括第一防爆接线箱和第二防爆接线箱，第一防爆接线箱与电加热器连接，第二防爆接线箱与压力传感器、温度传感器连接。

优选的，加热盘管呈U型，加热盘管两端伸出炉体外部并与汇流体连接，汇流体设有介质进口和介质出口，加热盘管的进口与介质进口连通，加热盘管的出口与介质出口连通。

优选的，炉体底部设有排污口，排污口连接有排污管，排污管上设有排污阀。

优选的，炉体外侧设有保温层。

优选的，炉体底部设有底座。

本发明中，膨胀水箱起溢流多余水作用，也给炉体内一个微正压确保不凝气体为零；液位控制阀控制炉体内液位，放气阀排除不凝气体，注液阀往炉体内注水，电加热器加热炉体内下部的液体使液体蒸发，蒸发的液体对炉体内上部的加热盘管加热后凝结为液体再次回落到炉体内下部的液体内，控制器与电加热器、压力传感器、第一液位传感器、第二液位传感器、注液阀、放气阀、液位控制阀连接并控制其动作。工作时，控制器控制打开炉体上的注液阀向炉体注入液体，此时放气阀、液位控制阀呈开启状态，控制器预设有第一预设液位值、第二预设液位值、第一预设压力值和第二预设压力值，第一预设压力值小于第二预设压力值，在第一液位传感器检测到炉体内液体液位大于或等于第一预设液位值时，控制器控制放气阀关闭，在第二液位传感器检测到膨胀水箱内的液位大于或等于第二预设液位值时，控制器控制注液阀、液位控制阀关闭并控制电加热器工作对炉体内液体进行加热，在加热过程中，使炉体内的液体逐步蒸发，通过液位控制阀的开关调整使炉体内形成真空空间，在压力传感器检测到炉体内气相压力高于第二预设压力值时，控制器控制液位控制阀开启，在压力传感器检测到炉体内气相压力低于第一预设压力值时，控制器控制液位控制阀关闭。

在气相空间的产生过程中，多余的液体经由液位控制阀排到高位膨胀水箱、再由高位膨胀水箱溢流。待炉体内热载体的液面下降到正常液位时，锁定液位控制阀，使之处于关闭状态，从而获得高纯度的气相热载体空间，此时再打开加热盘管，使被加热流体通过，炉体内的气相热载体通过加热盘管将热传被加热流体，放热后的气相热载凝结成液滴后落回，如此循环往复，实现连续加热的目的。本发明提供一种结构简单，工作可靠，操作方便，能耗低，寿命长的箱变真空电加热炉装置，以适应各种条件下油气井的加热采输。

本发明由加热盘管及电加热器等几个更换方便的部件组成，结构简单可靠，容易操作，维护保养方便，寿命长、维持生产的费用低；本发明液体相变换热的主要特点是液体温度基本保持不变，并在相对较小的温差下，达到较高强度的放热和吸热的目的，真空加热炉壳体是在微负压状态下下运行，安全可靠，炉体在完全密闭状态下运行不需要补水，效率高；本发明加热炉具有不爆炸、不结垢、不腐蚀、不发生裂纹、鼓包、爆管等特点，运行安全、可靠、平稳，热效率高，可加热各类流体，不受流体的性质限定，可用于石油采输各环节的加热，适用范围广。

附图说明

图1为本发明提出的一种相变真空电加热炉结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提出一种相变真空电加热炉，包括炉体1、注液管2、排气管3、导液管4、排液管13、膨胀水箱5、加热盘管6、电加热器7、第一防爆接线箱20、第二防爆接线箱21、压力传感器8、温度传感器12、第一液位传感器、第二液位传感器、控制器，其中：

炉体1顶端设有注液口、排气口、第一出液口、第二出液口，注液管2与注液口连接且注液管2上设有注液阀9，排气管3与排气口连接且排气管3上设有放气阀10，排液管13与第二出液口连接，排液管13上设有安全阀14。炉体1底部设有排污口，排污口连接有排污管18，排污管18上设有排污阀19。炉体1外侧设有保温层22。炉体1底部设有底座23。

膨胀水箱5通过导液管4与第一出液口连接且导液管4上设有液位控制阀11。

加热盘管6、电加热器7均设置在炉体1内且加热盘管6位于电热器上方，加热盘管6设有进口和出口，加热盘管6呈U型，加热盘管6两端伸出炉体1外部并与汇流体15连接，汇流体15设有介质进口16和介质出口17，加热盘管6的进口与介质进口16连通，加热盘管6的出口与介质出口17连通。

压力传感器8设置在炉体1内顶端，压力传感器8用于实时检测炉体1内气相压力并将检测的压力信号传递给控制器。

温度传感器12设置在炉体1内，温度传感器12用于实时检测炉体1内气相温度，温度传感器12与控制器连接，控制器根据温度传感器12检测的炉体1内气相温度信号调节电加热器7的功率。

第一防爆接线箱20与电加热器7连接，第二防爆接线箱21与压力传感器8、温度传感器12连接。

第一液位传感器设置在炉体1的排气口处，第一液位传感器用于实时检测炉体1内液位。

第二液位传感器设置在膨胀水箱5内，第二液位传感器用于实时检测膨胀水箱5内液位，控制器预设有第一预设液位值、第二预设液位值、第一预设压力值和第二预设压力值，第一预设压力值小于第二预设压力值。

控制器与电加热器7、压力传感器8、温度传感器12、第一液位传感器、第二液位传感器、注液阀9、放气阀10、液位控制阀11连。

膨胀水箱5起溢流多余水作用，也给炉体1内一个微正压确保不凝气体为零；放气阀10排除不凝气体，注液阀9往炉体1内注水，电加热器7加热炉体1内下部的液体使液体蒸发，蒸发的液体对炉体1内上部的加热盘管6加热后凝结为液体再次回落到炉体1内下部的液体内，液位控制阀11控制炉体1内液位，使气相液相分界面始终处与加热盘管6与电加热器7之间，控制器与电加热器7、压力传感器8、第一液位传感器、第二液位传感器、注液阀9、放气阀10、液位控制阀11连接并控制其动作。炉体1外由保温层22保护及保温。

工作时，控制器控制打开炉体1上的注液阀9向炉体1注入水，此时放气阀10、液位控制阀11呈开启状态，在第一液位传感器检测到炉体1内液体液位大于或等于第一预设液位值时(即注到排气管3出水)，控制器控制放气阀10关闭，在第二液位传感器检测到膨胀水箱5内的液位大于或等于第二预设液位值时(即膨胀水箱5内充满水)，控制器控制注液阀9、液位控制阀11关闭并控制电加热器7工作对炉体1内水进行加热；在加热过程中，使炉体1内的液体逐步蒸发，通过液位控制阀11的开关调整使炉体1内形成真空空间，在压力传感器8检测到炉体1内气相压力高于第二预设压力值时，控制器控制液位控制阀11开启，在压力传感器8检测到炉体1内气相压力低于第一预设压力值时，控制器控制液位控制阀11关闭。

在气相空间的产生过程中，多余的液体经由液位控制阀11排到高位膨胀水箱5、再由高位膨胀水箱5溢流。待炉体1内热载体的液面下降到正常液位时，锁定液位控制阀11，使之处于关闭状态，从而获得高纯度的气相热载体空间，此时再打开加热盘管6，使被加热流体通过，炉体1内的气相热载体通过加热盘管6将热传给被加热流体，放热后的气相热载凝结成液滴后落回，如此循环往复，实现连续加热的目的。

本发明的技术关键之一是：炉体1内真空状态的形成及其维持，包括初始不凝结气体的排出和初始真空状态的形成，正常运行过程中漏入(或产生)的不凝结气体的排出和真空状态的维持，该发明的特点是不设真空泵，在炉体1上设置安全阀，起超压安全保护和密闭形成真空双重作用，其特点是：炉体1内压力由零趋近于微正压时自动打开，炉体1内压力为微正压时可靠排放；炉体1内压力由微正压趋近于零时自动回座关闭，炉体1内压力为零时可靠密封。

本发明相变真空电加热炉，其工艺过程是采用热管技术，在炉体1内没有不凝结气体或不凝结气体分压力接近于零的状态下，炉体1内水通过蒸发、冷凝的气液两相循环，连续将吸收的热量传递给加热盘管6内的介质。本发明相变真空加热炉的核心是将炉体1内的热水介质加热汽化产生蒸气，蒸气与低于其饱和温度的加热盘管6壁面相接触时，就会释放汽化潜热凝结成液滴而依附在壁面上。液滴聚结后再回到炉体1内的液相中，如此循环往复，气、液两相交替转换，从而完成能量的交换，液体相变换热的主要特点是液体温度基本保持不变，并在相对较小的温差下，达到较高强度的放热和吸热的目的。真空加热炉体是在微负压状态下下运行，安全可靠，炉体1在完全密闭状态下运行不需要补水。本发明加热炉具有不爆炸、不结垢、不腐蚀、不发生裂纹、鼓包、爆管等特点，运行安全、可靠、平稳，热效率高，借助高位水箱的液封作用及压力传感器的控制气相空间压力作用，使得气相空间压力可进行设定，并且该压力可处于某一正压状态，具有工作压力范围广等特点。

本发明提出的一种相变真空电加热炉，由加热盘管6及电加热器7等几个更换方便的部件组成，结构简单可靠，容易操作，维护保养方便，寿命长、维持生产的费用低；本发明液体相变换热的主要特点是液体温度基本保持不变，并在相对较小的温差下，达到较高强度的放热和吸热的目的，真空加热炉炉体是在微负压状态下下运行，安全可靠，炉体在完全密闭状态下运行不需要补水，效率高；本发明加热炉具有不爆炸、不结垢、不腐蚀、不发生裂纹、鼓包、爆管等特点，运行安全、可靠、平稳，热效率高，可加热各类流体，不受流体的性质限定，可用于石油采输各环节的加热，适用范围广。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种相变真空电加热炉，其特征在于，包括炉体(1)、注液管(2)、第一排气管(3)、第二排气管(13)、导液管(4)、膨胀水箱(5)、加热盘管(6)、电加热器(7)、压力传感器(8)、第一液位传感器、第二液位传感器、控制器，其中：

炉体(1)顶端设有注液口、第一排气口、第二排气口、出液口，注液管(2)与注液口连接且注液管(2)上设有注液阀(9)，第一排气管(3)与第一排气口连接且第一排气管(3)上设有放气阀(10)，第二排气管(13)与第二排气口连接且第二排气管(13)上设有安全阀(14)；

膨胀水箱(5)通过导液管(4)与出液口连接且导液管(4)上设有液位控制阀(11)；

加热盘管(6)、电加热器(7)均设置在炉体(1)内且加热盘管(6)位于电热器上方，加热盘管(6)设有进口和出口；

压力传感器(8)设置在炉体(1)内顶端，压力传感器(8)用于实时检测炉体(1)内气相压力并将检测的压力信号传递给控制器；

第一液位传感器设置在炉体(1)的排气口处，第一液位传感器用于实时检测炉体(1)内液位；

第二液位传感器设置在膨胀水箱(5)内，第二液位传感器用于实时检测膨胀水箱(5)内液位；

控制器与电加热器(7)、压力传感器(8)、第一液位传感器、第二液位传感器、注液阀(9)、放气阀(10)、液位控制阀(11)连接，控制器预设有第一预设液位值、第二预设液位值、第一预设压力值和第二预设压力值，第一预设压力值小于第二预设压力值，在第一液位传感器检测到炉体(1)内液体液位大于或等于第一预设液位值时，控制器控制放气阀(10)关闭，在第二液位传感器检测到膨胀水箱(5)内的液位大于或等于第二预设液位值时，控制器控制注液阀(9)、液位控制阀(11)关闭并控制电加热器(7)工作对炉体(1)内液体进行加热；在压力传感器(8)检测到炉体(1)内气相压力高于第二预设压力值时，控制器控制液位控制阀(11)开启，在压力传感器(8)检测到炉体(1)内气相压力低于第一预设压力值时，控制器控制液位控制阀(11)关闭。

2.根据权利要求1所述的相变真空电加热炉，其特征在于，炉体(1)内设有用于实时检测炉体(1)内气相温度的温度传感器(12)，温度传感器(12)与控制器连接，控制器根据温度传感器(12)检测的炉体(1)内气相温度信号调节电加热器(7)的功率。

3.根据权利要求2所述的相变真空电加热炉，其特征在于，还包括第一防爆接线箱(20)和第二防爆接线箱(21)，第一防爆接线箱(20)与电加热器(7)连接，第二防爆接线箱(21)与压力传感器(8)、温度传感器(12)连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的相变真空电加热炉，其特征在于，加热盘管(6)呈U型，加热盘管(6)两端伸出炉体(1)外部并与汇流体(15)连接，汇流体(15)设有介质进口(16)和介质出口(17)，加热盘管(6)的进口与介质进口(16)连通，加热盘管(6)的出口与介质出口(17)连通。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的相变真空电加热炉，其特征在于，炉体(1)底部设有排污口，排污口连接有排污管(18)，排污管(18)上设有排污阀(19)。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的相变真空电加热炉，其特征在于，炉体(1)外侧设有保温层(22)。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的相变真空电加热炉，其特征在于，炉体(1)底部设有底座(23)。