CN109668323A - 基于标准化、模块化的相变加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气集输领域用的基于标准化、模块化的相变加热炉。锅壳为横截面呈U型的卧式壳体，锅壳内部沿纵向布置有圆筒形炉胆、烟管，烟管通过炉胆尾部的平板封头与炉胆连接，烟管另一端通过锅壳的后封头与烟箱连接；换热器壳体呈圆筒形横卧于锅壳的U型结构上部，与锅壳焊接为一体，换热器壳体后端为法兰结构，换热管由换热器壳体后端插装于换热器壳体，换热器壳体侧下方和底部分别设有水蒸气入口和冷凝水出口，换热器壳体顶部设有真空阀。本发明的燃烧系统和换热系统为独立、无相互干扰的两部分，燃烧系统只与加热功率有关，与换热需求无关，换热系统根据被加热介质参数特性选择适应的换热器形式，便于实现加热炉的标准化、模块化设计。

Description

基于标准化、模块化的相变加热炉

技术领域

本发明涉及油气集输领域用加热炉，具体是一种基于标准化、模块化的相变加热炉。

背景技术

加热炉是石油工业油气集输领域的一种重要工艺装备，用于原油、天然气、水等介质加热，满足油气集输工艺需要。油气为易燃易爆介质，为保证安全加热，该领域加热炉多采用间接加热方式，真空加热炉和分体相变加热炉是近20年以来该领域的主流产品。两种产品均采用高效的水蒸气相变传热技术，与炉内的换热器换热来间接加热原油、天然气、水等介质。由于受被加热介质的黏度、传热系数等物理特性的影响，以及不同的来液温度和加热温升的要求，加热炉存在较大的非标特性，导致产品具有较大的多样性，难以实现标准化设计，增加了产品的设计与制造成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于标准化、模块化的相变加热炉，燃烧系统和换热系统为独立、无相互干扰的两部分，燃烧系统只与加热功率有关，与换热需求无关；换热系统根据被加热介质参数特性选择适应的换热器形式，便于实现加热炉的标准化、模块化设计。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种基于标准化、模块化的相变加热炉，包括锅壳、炉胆、烟管、烟箱、烟囱、换热器、燃烧器，锅壳为横截面呈U型的卧式壳体，锅壳内部沿纵向布置有圆筒形炉胆、烟管，烟管为多组，烟管通过炉胆尾部的平板封头与炉胆连接，烟管另一端通过锅壳的后封头与烟箱连接，烟箱固定在锅壳的后封头上；换热器壳体呈圆筒形，横卧于锅壳的U型结构上部，与锅壳焊接为一体，换热器壳体后端为法兰结构，换热管由换热器壳体后端插装于换热器壳体，并通过换热管封头或管箱与换热器壳体后端的法兰螺栓连接，换热器壳体侧下方设有水蒸气入口，换热器壳体底部设有冷凝水出口，换热器壳体顶部设有真空阀。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，有益效果是：

本发明将一体式真空加热炉和分体式加热炉统一起来，首次让燃烧系统和换热系统成为独立、无相互干扰的两部分，使燃烧系统只与加热功率有关，与换热需求无关，便于实现标准化、模块化设计。本发明消除了分体式炉存在的结构复杂、制造成本高、运输费用高、现场安装工作量大等问题，结构高度简化、标准化，也降低了产品多样性带来的效率与成本问题，显著提升了标准件、通用件的通用程度，更有利于多品种加热炉的批量生产组织，推进了加热炉技术进步和升级换代。

本发明进一步的优化方案是：换热器的换热管可以是往复盘管式、螺旋盘管式、U型管式或浮头式，换热器壳体内可以插装一组或多组换热管，以加热一种或多种介质。

基于换热器壳体与锅壳的装配结构，换热器壳体内可以配套往复盘管式、螺旋盘管式、U型管式、浮头式等4种形式的换热器，能够全面适应各种加热需求；换热管可以采用碳钢、不锈钢和有色金属等材料，可以适应腐蚀性、易结垢、高压、低传热系数、低压降等各种要求，满足原油、天然气、伴热水等各种介质加热需要；上述4种换热器均可以设计成换热管束可抽出式结构，可以满足换热管束检查和更换的要求，有利于降低加热炉的全生命周期成本；一炉可以带多组换热器，实现一炉同时加热多种介质的需要。换热器长度不受燃烧系统制约，可以做的比较长，提高了换热管材利用率，减小了换热器直径，减少了换热器焊接工作量，降低换热器的制造成本。

附图说明

图1是采用往复盘管式换热器的炉体结构示意图；

图2是图1中A-A向视图；

图3是图1中 B-B向视图；

图4是采用螺旋盘管式换热器的炉体结构示意图；

图5是图4中A-A向视图；

图6是图4中 B-B向视图；

图7是采用U型管式换热器的炉体结构示意图；

图8是图7中A-A向视图；

图9是图7中 B-B向视图；

图10是采用浮头式换热器的炉体结构示意图；

图11是图10中A-A向视图；

图12是图10中B-B向视图；

图中：1.前封头；2.锅壳；3.炉胆；4.平板封头；5.烟管；6.底座；7.后封头；8.烟箱；9.烟囱；10.换热管封头或管箱；11.法兰；12.换热器壳体；13.换热管；14.水蒸汽入口；15. 冷凝水出口；16.真空阀；17.水位计；18.燃烧器。

具体实施方式

以下结合附图及实施例详述本发明。

下述实施例参见图1至图12，均为卧式内燃炉结构，单台功率50-5000KW，可覆盖油气集输领域绝大多数加热炉功率要求。

锅壳2的横截面为U型结构，其内部沿纵向布置有炉胆3，炉胆3为圆筒型结构；炉胆3尾部为一扳边的平板封头4，平板封头4与炉胆3尾端对焊连接；平板封头4上开孔，多组烟管5的一端通过平板封头4与炉胆3连接，另一端通过锅壳2的后封头7与烟箱8连接，烟箱8固定在后封头7上；烟箱8设有烟囱接管，烟箱8通过烟囱接管连接烟囱9；换热器壳体12为圆筒形，横卧于锅壳的U型结构上部，沿纵向与锅壳2焊接为一体，换热器壳体12前端面与锅壳2前端面平齐，并与前封头1焊接连接，换热器壳体12后端为法兰结构，换热管13由此处插装于换热器壳体12，并通过换热管封头或管箱10与换热器壳体12后端的法兰11螺栓连接；换热器壳体12侧下方设有水蒸气入口14，水蒸气入口14是沿圆筒形换热器壳体12两侧下方纵向排列布置的蒸汽孔；换热器壳体12底部设有冷凝水出口15，冷凝水出口15是沿圆筒形换热器壳体12底部纵向排列布置的漏水孔；换热器壳体12顶部设有真空阀16；换热器壳体12的长度一般比锅壳2长，其长度由换热管13的长度决定。

本实施例中，锅壳2与换热器壳体12构成加热炉的炉体，锅壳2下部安装2-3个底座6；锅壳2内装入中间传热介质水，工作时，炉胆3、烟管5始终浸没于水中，锅壳2的前封头1上设有水位计；烟管5长度不受炉胆3长度制约，所有功率的加热炉可以只选用一种规格的烟管5，并且烟管5长度可简化为2-3种，更适合批量生产。烟管5与炉胆3直接连接，取消了传统加热炉的回燃室结构，降低了制造工作量和成本，使该加热炉具有良好的经济性。

燃烧器18设置在炉胆3前端。燃烧系统生成的低温烟气从炉体尾部引出，靠近换热器的入口，方便配备烟气余热换热器，进一步提高炉效，炉效可提高至94%。

根据不同的加热需求，换热器可以采用往复盘管式换热器、螺旋盘管式换热器、U型管式换热器和浮头式换热器。

工作原理：

燃烧器18将气体或液体燃料燃烧后，产生热量通过炉胆3、烟管5传递给锅壳2内的中间介质水，中间介质水吸收热量沸腾变成水蒸汽，经过水蒸气入口14进入到换热器壳体12内，与换热管13（换热器管束）发生相变传热，将换热管13中的介质加热，换热后的水蒸气冷凝成水，通过冷凝水出口15回落至锅壳2内，再次被加热，如此循环往复，实现对换热器内流动的介质的高效加热。当换热器壳体12内的蒸汽压力高于外界大气压时，真空阀16会自动打开泄压；当换热器壳体12内压力低于外界大气压时，真空阀16自动关闭，保证炉体始终在不高于外界大气压的工况下运行，本质安全。高温烟气经过炉胆3、烟管5与中间介质水完成换热后，变成地温烟气进入烟箱8，经过烟囱接管进入烟囱9，排放到外界环境中。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照本实施例对本发明作了详细说明，本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (2)

1.一种基于标准化、模块化的相变加热炉，包括锅壳、炉胆、烟管、烟箱、烟囱、换热器、燃烧器，其特征在于：锅壳为横截面呈U型的卧式壳体，锅壳内部沿纵向布置有圆筒形炉胆、烟管，烟管为多组，烟管通过炉胆尾部的平板封头与炉胆连接，烟管另一端通过锅壳的后封头与烟箱连接，烟箱固定在锅壳的后封头上；换热器壳体呈圆筒形，横卧于锅壳的U型结构上部，与锅壳焊接为一体，换热器壳体后端为法兰结构，换热管由换热器壳体后端插装于换热器壳体，并通过换热管封头或管箱与换热器壳体后端的法兰螺栓连接，换热器壳体侧下方设有水蒸气入口，换热器壳体底部设有冷凝水出口，换热器壳体顶部设有真空阀。

2.根据权利要求1所述的基于标准化、模块化的相变加热炉，其特征在于：换热器的换热管可以往复盘管式、螺旋盘管式、U型管式或浮头式，换热器壳体内可以插装一组或多组换热管，以加热一种或多种介质。