CN108870348B - 一种用于热力采油的核能制取蒸汽的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，包括通过主蒸汽管道连接的核岛蒸汽发生器、采油蒸汽发生器和蒸汽过热器，所述采油蒸汽发生器设置有用于进水的入口，所述核岛蒸汽发生器利用核能产生过热蒸汽，所述采油蒸汽发生器利用所述过热蒸汽将其内部的水加热成饱和蒸汽，所述蒸汽过热器用于将所述饱和蒸汽加热成采油蒸汽。本发明装置利用纯核能，取消常规的化石燃料制汽锅炉，热源能耗低、污染小、成本低、设备系统简单。

Description

一种用于热力采油的核能制取蒸汽的装置

技术领域

本发明涉及核能应用及热力采油技术领域，具体涉及一种用于热力采油的核能制取蒸汽的装置。

背景技术

稠油在油气资源中占有很大的比例,因此加强稠油开采、提高采收率已成为当今的研究热点。但稠油不同于常规原油，主要是粘度大,难于用常规方法开采，因此需要一些特殊的工艺措施，热力采油就是当今稠油开采主要技术。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有技术公开了一种热力采油注汽工艺（专利文献CN200610057240.0），蒸汽发生器产生压力为0.1-22MPa、温度为200-540℃的过热蒸汽；将所述过热蒸汽经过减温减压装置进行减温减压，所述减温减压后的蒸汽的压力为0.1-21MPa、温度为200-535℃；将所述减温减压后的蒸汽送入蒸汽总管线；所述蒸汽从蒸汽总管线流入蒸汽支管线，通过蒸汽支管线和蒸汽流量与蒸汽热焓计量仪表及调节机构注入生产井中。其存在以下缺陷：（1）采用常规化石能源，燃料成本高，对环境造成污染；（2）采用循环流化床锅炉作为制汽锅炉，制汽系统中有除尘、脱硫脱销等设备，系统构成复杂；（3）循环流化床锅炉在运行中有锅炉磨损严重、耐火材料塌落、炉膛结焦、排渣困难、返料器返料不正常等问题，设备及系统维护工作量大。

另一现有技术提供一种同炉蒸汽烟气混注热力采油装置与方法（专利文献CN201410029598.7），其包括注汽锅炉、烟气净化装置、烟气管、烟气压缩机、高压水泵和回水管；高温蒸汽与同炉产生的、经烟气净化装置处理的烟气，经烟气压缩机加压汇入蒸汽一同注入油井。烟气净化装置在净化烟气同时给烟气降温，便于烟气压缩机加压入注，同时又可给软化水加温后供给注汽锅炉，减少产汽能耗。其存在以下缺陷：（1）采用常规化石能源，燃料成本高，对环境造成污染；（2）烟气净化处理工艺以及混注压气机等运行费用高，设备系统较复杂。

再有另一现有技术公开了一种稠油热采供热装置（专利文献CN201420470922.4），由加热器、上封头、下封头、上栅格板、下栅格板、乏燃料棒组成。通过将核电站更换的乏燃料应用于稠油热采工艺中，替代了传统稠油热采方法中的蒸汽生产装置。其存在以下缺陷：（1）没有完整的热力系统，形成的核蒸汽直接外供难以满足核安全要求；（2）采用核电站更换的乏燃料作为制汽设备的燃料，乏燃料可供产生的蒸汽流量小，难以满足油田开采过程中的蒸汽要求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，利用核反应堆配置的二回路系统为开采稠油提供蒸汽，以解决现有的稠油热采工艺中热源能耗高、污染大、成本高、设备系统复杂等问题。

为了实现本发明目的，本发明实施方式提供一种用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，包括通过主蒸汽管道连接的核岛蒸汽发生器、采油蒸汽发生器和蒸汽过热器，所述采油蒸汽发生器设置有用于进水的入口，所述核岛蒸汽发生器利用核能产生过热蒸汽，所述采油蒸汽发生器利用所述过热蒸汽将其内部的水加热成饱和蒸汽，所述蒸汽过热器用于将所述饱和蒸汽加热成采油蒸汽。

在一些实施方式中，所述采油蒸汽发生器包括通过管道连接的供汽加热器和供汽发生器，所述入口设置在所述供汽加热器上；所述过热蒸汽经过所述供汽发生器放出热量成为饱和水，所述供汽加热器利用所述饱和水对水进行加热，被加热的水进一步进入所述供汽发生器进行加热产生饱和蒸汽。

在一些实施方式中，所述主蒸汽管道上设置有第一抽汽口，所述供汽发生器上设置有用于输出饱和蒸汽至所述蒸汽过热器的出口，所述第一抽汽口用于抽汽进入所述蒸汽过热器以将饱和蒸汽加热成采油蒸汽。

在一些实施方式中，所述装置还包括制汽给水泵和用于制汽进水的制汽进水口，所述蒸汽主管道上还设置第二抽汽口，所述第二抽汽口抽汽用于为所述制汽给水泵汽机提供汽源；所述制汽给水泵用于将制汽进水送至加热模块进行加热后，进一步送至所述采油蒸汽发生器加热成饱和蒸汽。

在一些实施方式中，所述加热模块包括第一加热器和第二加热器，所述制汽给水口、所述第一加热器、所述第二加热器和所述采油蒸汽发生器依次通过管道连接。

在一些实施方式中，所述装置还包括依次通过管道连接的疏水闪蒸箱和除氧器，所述过热蒸汽经过所述采用蒸汽发生器放热后形成疏水，所述疏水经过所述疏水闪蒸箱产生蒸汽，该蒸汽被送入所述除氧器。

在一些实施方式中，所述装置还包括乏汽母管，所述主蒸汽管道上设置有第三抽汽口；所述乏汽母管至少接收来自所述制汽汽动给水泵的汽机排汽、第三抽汽口抽汽和所述蒸汽过热器出口来汽，所述乏汽母管内的蒸汽至少用于加热模块的加热。

在一些实施方式中，所述加热模块与所述采油蒸汽发生器通过管道连接，且所述除氧器、所述乏汽母管、所述加热模块和所述疏水闪蒸箱依次通过管道连接；所述疏水闪蒸箱内的疏水与所述加热模块内的疏水混合送至所述除氧器中进行除氧；所述乏汽母管内的蒸汽还用于除氧器的加热。

在一些实施方式中，所述装置还包括汽动给水泵，所述蒸汽主管道上还设置第四抽汽口，所述第四抽汽口抽汽用于为所述汽动给水泵提供汽源；所述核岛蒸汽发生器、所述汽动给水泵和所述除氧器依次通过管道连接，所述汽动给水泵用于将经过所述除氧器除氧后的水泵送至核岛蒸汽发生器。

在一些实施方式中，所述蒸汽主管道上还设置第五抽汽口，所述第五抽汽口抽汽用于发电用汽轮发电机组发电的汽源。

通过上述技术方案，本发明实施方式至少可以取得如下有益效果：

（1）本发明实施方式采用与核反应堆匹配的常规岛二回路制汽装置代替传统制汽锅炉，可以根据核岛蒸汽发生器主蒸汽参数制取一定压力与温度的蒸汽用于采油；

（2）本发明实施方式通过增加制汽回路，满足核供热回路设置要求，同时制汽回路设备对水质要求降低，制汽所需的造水成本降低，方案更具经济性；

（3）本发明实施方式系统设计产生的蒸汽具有一定的过热度，能够满足一定距离输送需求；

（4）本发明实施方式采用核能供热，核能是清洁能源，在运行过程中不产生有害气体污染环境；

（5）本发明实施方式提供完整的常规岛热力系统设计及热平衡计算，该核能制汽热力系统简单、经济可行，具有推广应用前景。

需要说明的是，实施本发明的任一实施方式并不一定需要同时取得以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述制取蒸汽的装置结构示意图；

附图标记：核岛蒸汽发生器-1，主蒸汽管道-2，采油蒸汽发生器-3，供汽加热器-31，供汽发生器-32，蒸汽过热器-4，采油蒸汽-41，第一抽汽口抽汽-5，第二抽汽口抽汽-6，制汽进水泵-7，加热模块-8，第一加热器-81，第二加热器-82，疏水闪蒸箱-9，除氧器-10，乏汽母管-11，第三抽汽口抽汽-12，制汽汽动进水泵的汽机排汽-13，蒸汽过热器出口来汽-14，汽动给水泵-15，第四抽汽口抽汽-16，汽动给水泵出口来汽-17，第五抽汽口抽汽-18，制汽给水-19，阀门-20。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透切理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例结合附图来进行说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，包括通过主蒸汽管道2连接的核岛蒸汽发生器1、采油蒸汽41发生器3和蒸汽过热器4，所述采油蒸汽41发生器3设置有用于进水的入口，所述核岛蒸汽发生器1利用核能产生过热蒸汽，所述采油蒸汽41发生器3利用所述过热蒸汽将其内部的水加热成饱和蒸汽，所述蒸汽过热器4用于将所述饱和蒸汽加热成采油蒸汽41。

本实施例中的核岛蒸汽发生器为核反应堆配置的二回路系统蒸汽装置，利用小型堆代替传统化石燃料制汽锅炉产生蒸汽，将油藏中的稠油经过蒸汽加热后降低粘度，便于开采。核能是清洁能源，本实施例装置利用纯核能，取消常规的化石燃料制汽锅炉，热源能耗低、污染小、成本低、设备系统简单。

可以理解的是，所述采油蒸汽41发生器3具有供所述核岛蒸汽发生器1的过热蒸汽进入其内部的进气口，过热蒸汽从核岛蒸汽发生器1出来经主蒸汽管道2来到所述采油蒸汽41发生器3中，本实施例中过热蒸汽具体为压力为14MPa、温度为571℃的蒸汽，采油蒸汽41发生器3中有从所述入口进入的水，这些水就会被过热蒸汽加热成饱和蒸汽，然后被送到蒸汽过热器4中进一步加热成用于开采稠油的采油蒸汽41，从所述蒸汽过热器4的出汽口输出至稠油开采设备。

在一些实施例中，所述采油蒸汽41发生器3包括通过管道连接的供汽加热器31和供汽发生器32，从图1可知，本实施例中供汽发生器32和供汽加热器31上下布置，两者之间通过两条管道连接；其中，采油蒸汽41发生器3的用于进水的入口具体设置在所述供汽加热器31上；所述过热蒸汽首先经过所述供汽发生器32放出热量成为饱和水，饱和水通过其中一条管道进入到供汽加热器31中，所述供汽加热器31利用所述饱和水对水进行加热，被加热的水进一步通过另一条管道进入所述供汽发生器32进行加热产生饱和蒸汽。如前所述，产生的饱和蒸汽后续会被送至蒸汽过热器4中进一步加热成用于开采稠油的采油蒸汽41。

在一些实施例中，为了便于对饱和蒸汽进行加热，本实施例中在所述主蒸汽管道2上设置了第一抽汽口，所述供汽发生器32上设置有用于输出饱和蒸汽至所述蒸汽过热器4的出汽口，可以理解的是，对应地，所述蒸汽过热器4也具有一个接受饱和蒸汽的入汽口，所述第一抽汽口抽汽5进入所述蒸汽过热器4以将饱和蒸汽加热成采油蒸汽41，使最终输出的采油蒸汽41具有一定的过热度，一方面提高焓值，另外提高蒸汽远输可行性与经济性。可以理解的是，所述蒸汽过热器4也具有一个将采油蒸汽41输出的出汽口。

在一些实施例中，所述装置还包括制汽给水泵和提供制汽进水19的制汽进水口，所述蒸汽主管道上还设置第二抽汽口，所述第二抽汽口抽汽6用于为所述制汽给水泵提供汽源；所述制汽给水泵用于将制汽进水泵7送至加热模块8进行加热后，进一步送至所述采油蒸汽41发生器3加热成饱和蒸汽。

需要指出的是，本实施例利用外部给水、加热模块8和采油蒸汽41发生器3组成了一个制汽管路，本实施例的制汽管路与前面所述的包括核岛蒸汽发生器1、采油蒸汽41发生器3和蒸汽过热器4的制汽管路是相互独立的，可以各自实现制汽的功能。通过设置两个制汽管路，从主蒸汽管道2中设置第二抽汽口抽汽用于为制汽给水泵提供汽源，充分地利用核岛蒸汽发生器1所产生的过热蒸汽的热能，提高制汽的效率。两个制汽管路最终均通过采油蒸汽41发生器3和蒸汽过热过热器进行加热，完成采油蒸汽41的制取。

作为加热模块8的一种优选结构，在一些实施例中，所述加热模块8包括第一加热器81和第二加热器82，所述制汽给水口、所述第一加热器81、所述第二加热器82和所述采油蒸汽41发生器3依次通过管道连接。设置两级加热器，可以大大提高加热的效率；可以理解的是，基于本实施例的内容，加热模块8进一步调整加热器的数量以及位置关系，均是根据本实施例可以容易获得的方案。

在一些实施例中，如图1所示，所述装置还包括依次通过管道连接的疏水闪蒸箱9和除氧器10，压力为14MPa、温度为571℃的过热蒸汽经过所述采用蒸汽发生器放热后形成疏水，所述疏水经过所述疏水闪蒸箱9产生蒸汽，该蒸汽被送入所述除氧器10。具体而言，所述采油蒸汽41发生器3包括通过管道连接的供汽加热器31和供汽发生器32，过热蒸汽经过供汽发生器32，放出热量成为饱和水；饱和水经过供汽加热器31放出热量成为疏水，也就是冷凝水；那么这些疏水会进一步经过疏水闪蒸箱9而产生蒸汽，如图1中的C所示，该蒸汽被送入除氧器10，同时疏水闪蒸箱9中的疏水也会通过管道进入除氧器10。

进一步地，在一种示例中，可以采用热力除氧，热力出样是指利用蒸汽将锅炉给水加热到大气式热力除氧器10压力（0.018MPa）下的饱和温度，这时水表面蒸汽压力接近于水面的全压力，溶解在水中的各种气体的分压力接近于零，给水不具备溶解气体的能力，溶解在水中的气体就会析出，从而达到除去氧气，保护核能制汽装置的热力设备及管道的目的。

为了更好地利用蒸汽的热能，在一些实施例中，所述装置还包括乏汽母管11，所述主蒸汽管道2上设置有第三抽汽口；所述乏汽母管11至少接收来自所述制汽汽动进水泵的汽机排汽13、所述第三抽汽口抽汽12和所述蒸汽过热器出口来汽14，所述乏汽母管11内的蒸汽至少用于加热模块8的加热。

本实施例中，第一抽汽口抽汽用于蒸汽过热器4对饱和蒸汽的加热，在对饱和蒸汽完成加热之后，该部分蒸汽实际上还具有相当的热量；与此类似的，从主蒸汽管道2中设置第二抽汽口抽汽用于为制汽给水泵提供汽源，第二抽汽口抽出的部分蒸汽在为制汽给水泵提供汽源，驱动制汽给水泵工作之后，该部分蒸汽也是还具有相当的热量。那么，为了更好地利用这些具有相当的热量的部分蒸汽，本实施例设置了乏汽管用于接收该部分蒸汽，以充分利用蒸汽的热能，在本实施例中考虑用于加热模块8的加热。同时，为了保证加热模块8能够得到足够的汽源进行加热，本实施例还设置了第三抽气口，从主蒸汽管道2抽出压力为14MPa、温度为571℃的过热蒸汽以输送至乏汽管中。

在一些实施例中，所述加热模块8与所述采油蒸汽41发生器3通过管道连接，且所述除氧器10、所述乏汽母管11、所述加热模块8和所述疏水闪蒸箱9依次通过管道连接；所述疏水闪蒸箱9内的疏水与所述加热模块8内的疏水混合送至所述除氧器10中进行除氧；所述乏汽母管11内的蒸汽还用于除氧器10的加热。如图1所示，采油蒸汽41发生器3包括供汽加热器31和供汽发生器32，所述供汽加热器31通过阀门20与所述疏水闪蒸箱9连接，该阀门20用于调节流量；所述疏水闪蒸箱9和除氧器10通过一管道连接，该管道上还通过一汽泵与加热模块8连接；加热模块8中的蒸汽在对制汽给水提供的水进行加热后，该部分蒸汽也会产生疏水，那么加热模块8产生的这部分疏水会通过汽泵所在的管道汇入所述疏水闪蒸箱9和除氧器10连通的管道中，混合后送至除氧器10进行除氧。

在一些实施例中，所述装置还包括汽动给水泵15，所述蒸汽主管道上还设置第四抽汽口，所述第四抽汽口抽汽16用于为所述汽动给水泵15提供汽源；所述核岛蒸汽发生器1、所述汽动给水泵15和所述除氧器10依次通过管道连接，所述汽动给水泵15用于将经过所述除氧器10除氧后的水泵送至核岛蒸汽发生器1。为了进一步充分利用蒸汽的热能，在一种示例中，所述乏汽母管11还接收来自汽动给水泵出口来汽17，具体而言，所述第四抽汽口抽出的蒸汽在驱动所述汽动给水泵15工作之后，该部分蒸汽仍具有相当的热量，为了充分利用这部分热量，可以将这部分蒸汽输送至乏汽母管11。

在一些实施例中，所述蒸汽主管道上还设置第五抽汽口，所述第五抽汽口可以预留为其他用汽接口，如汽轮发电机组等。在一种示例中所述第五抽汽口抽汽18用于发电用汽轮发电机组发电的汽源，产生的电能用作厂用电或接入电网，若仅生产厂用电，则建议采用高背压汽机，将排气接入乏汽母管11，以避免冷源损失。

通过实施例的描述可知，实施本发明实施例具有如下优点：

（1）本发明实施例采用与核反应堆匹配的常规岛二回路制汽装置代替传统制汽锅炉，可以根据核岛蒸汽发生器主蒸汽参数制取一定压力与温度的蒸汽用于采油；

（2）本发明实施例装置具有两个制汽回路，通过增加制汽回路，满足核供热回路设置要求，同时制汽回路设备对水质要求降低，制汽所需的造水成本降低，方案更具经济性；

（3）本发明实施例系统设计产生的蒸汽具有一定的过热度，能够满足一定距离输送需求；

（4）本发明实施例采用核能供热，核能是清洁能源，在运行过程中不产生有害气体污染环境；

（5）本发明实施例提供完整的常规岛热力系统设计及热平衡计算，该核能制汽热力系统简单、经济可行，具有推广应用前景。

本发明实施例装置中未展开的部分，可参考以上实施例装置对应部分，在此不再详细展开。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，其特征在于，包括通过主蒸汽管道连接的核岛蒸汽发生器、采油蒸汽发生器和蒸汽过热器，所述采油蒸汽发生器设置有用于进水的入口，所述核岛蒸汽发生器利用核能产生过热蒸汽，所述采油蒸汽发生器利用所述过热蒸汽将其内部的水加热成饱和蒸汽，所述蒸汽过热器用于将所述饱和蒸汽加热成采油蒸汽；所述采油蒸汽发生器包括通过管道连接的供汽加热器和供汽发生器，所述入口设置在所述供汽加热器上；所述过热蒸汽经过所述供汽发生器放出热量成为饱和水，所述供汽加热器利用所述饱和水对水进行加热，被加热的水进一步进入所述供汽发生器进行加热产生饱和蒸汽。

2.如权利要求1所述的用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，其特征在于，所述主蒸汽管道上设置有第一抽汽口，所述供汽发生器上设置有用于输出饱和蒸汽至所述蒸汽过热器的出口，所述第一抽汽口用于抽汽进入所述蒸汽过热器以将饱和蒸汽加热成采油蒸汽。

3.如权利要求1所述的用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，其特征在于，所述装置还包括制汽给水泵和用于制汽进水的制汽进水口，所述蒸汽主管道上还设置第二抽汽口，所述第二抽汽口抽汽用于为所述制汽给水泵汽机提供汽源；所述制汽给水泵用于将制汽进水送至加热模块进行加热后，进一步送至所述采油蒸汽发生器加热成饱和蒸汽。

4.如权利要求3所述的用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，其特征在于，所述加热模块包括第一加热器和第二加热器，所述制汽给水口、所述第一加热器、所述第二加热器和所述采油蒸汽发生器依次通过管道连接。

5.如权利要求3所述的用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，其特征在于，所述装置还包括依次通过管道连接的疏水闪蒸箱和除氧器，所述过热蒸汽经过所述采油蒸汽发生器放热后形成疏水，所述疏水经过所述疏水闪蒸箱产生蒸汽，该蒸汽被送入所述除氧器。

6.如权利要求5所述的用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，其特征在于，所述装置还包括乏汽母管，所述主蒸汽管道上设置有第三抽汽口；所述乏汽母管至少接收来自所述制汽汽动给水泵的汽机排汽、第三抽汽口抽汽和所述蒸汽过热器出口来汽，所述乏汽母管内的蒸汽至少用于加热模块的加热。

7.如权利要求6所述的用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，其特征在于，所述加热模块与所述采油蒸汽发生器通过管道连接，且所述除氧器、所述乏汽母管、所述加热模块和所述疏水闪蒸箱依次通过管道连接；所述疏水闪蒸箱内的疏水与所述加热模块内的疏水混合送至所述除氧器中进行除氧；所述乏汽母管内的蒸汽还用于除氧器的加热。

8.如权利要求5所述的用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，其特征在于，所述装置还包括汽动给水泵，所述蒸汽主管道上还设置第四抽汽口，所述第四抽汽口抽汽用于为所述汽动给水泵提供汽源；所述核岛蒸汽发生器、所述汽动给水泵和所述除氧器依次通过管道连接，所述汽动给水泵用于将经过所述除氧器除氧后的水泵送至核岛蒸汽发生器。

9.如权利要求1所述的用于热力采油的核能制取蒸汽的装置，其特征在于，所述蒸汽主管道上还设置第五抽汽口，所述第五抽汽口抽汽用于发电用汽轮发电机组发电的汽源。

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