CN110527541A - 油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置及热解析炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置及热解析炉，包括油加热轴、电加热轴、心管和驱动装置，油加热轴一端为封闭端并与电加热轴固定连接；油加热轴的外壁设置有多个油加热盘，油加热盘的内腔中设置有一挡油环板，挡油环板的内孔与心管连接；电加热轴的外壁设置有电加热盘，电加热盘内设置有电热件；油加热轴或电加热轴与驱动装置相连；油加热盘和电加热盘的周向外壁均设置有正向推进组件和反向推进组件，正向推进组件的数量大于反向推进组件的数量。本发明能够对油基钻屑进行充分的搅拌，从而提高换热效率和油、水的蒸发率。
Description
技术领域
本发明涉及油基钻屑处理设备领域，具体涉及一种油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置及热解析炉。
背景技术
油基钻屑是深油井、页岩油气井开采过程中产生的浆体污染物，含有石油烃类、重金属、有机物等污染物，若不及时有效处理，将对土壤、大气和地下水造成污染以及资源浪费。据不完全统计，全国各大油田产生的油基钻屑每年高达上百万吨，油基钻屑的油含量为10％～30％，水含量为20％～50％，按平均油含20％计，每年约有十万多吨的油沉积在油基钻屑中，造成了石油资源的大量浪费，并严重危害生态环境，废弃钻井液、含油污泥已被列入国家危险废弃物。随着我国对石油、天然气资源需求量的不断加大，大量油基钻屑已成为油气田的沉重负担。
目前，油基钻屑主要采用焚烧、填埋、固化、溶剂萃取、生物修复、离心分离或热解析等处理方式，其中焚烧、填埋、固化等方式不能做到无害化处理，溶剂萃取、生物修复等方式处理成本较高且效率低，不适合经济规模化处理；离心分离技术仅适用于对于油基钻屑的初步处理，处理后的废渣体含油率仍大于2％，不能满足国家环保要求。为达到国家环保要求，热解析技术已成为主导新型技术，经过热解后的废渣的含油率可达到1％以下。
关于热解析技术，目前已有微波加热、热烟气加热、间接炉体加热、直接炉体加热等热解析技术，专利CN201310645168.3《一种废弃油基泥浆中泥浆及柴油基的回收装备制造方法》及专利CN201720631428.5《一种含油钻屑基油资源化回收系统》均公开了利用离心过滤-离心沉降耦合工艺回收油基泥浆，分离的低含油固相通过浸取-蒸脱设备实现柴油基的回收；专利CN201710056323.6《一种污泥热解脱附装置》公开了采用高温热烟气加热的方式对于污泥热解处理；专利CN201810070920.9《一种油基钻屑连续式微波热解设备及工艺》及专利CN201410309267.9《一种用于微波热解析含油钻屑装置及其方法》均以微波加热的方式对油基钻屑进行热解；专利CN201410805630.6《含油固废间接加热热解析处理装置及方法》是采用直接给炉体加热的方式。虽然经以上方式热解后油基钻屑的废渣的含油率可能达到1％以下，但是设备较复杂，投资大，且运行成本较高，多年来，国内一直没有一套技术与经济可行处理油基钻屑的方法和装置。专利公布号CN108625821A《油基钻屑处理方法》提出以“导热油+电”间接加热方式处理油基钻屑，使油基钻屑热解后的废渣含油在0.3％以下，该方法所采用的热解析设备包括热解炉、进料装置、出料装置、除尘装置、冷凝分离装置以及加热锅炉装置，其中，热解炉是重要部件之一，现有技术的热解炉的核心部件为热解炉装置，其包括加热盘、堵板、导热油出口、导热油进口、炉体、进料口、出料口、气体出口、第二转轴、内管、分隔板、电加热盘、电加热元件、驱动装置等，在实际使用过程中发现，油基钻屑具有一定的粘附性，容易粘附在炉体内壁，且油基钻屑搅拌不够成分，导致油基钻屑内的水分和油的蒸发气化效率不够高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置及热解析炉，能够对油基钻屑进行充分搅拌，提高水分和油的蒸发气化效率。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：油基钻屑处理撬装式设备的热解炉装置，包括油加热轴、电加热轴、心管和驱动装置，所述油加热轴为空心轴，且油加热轴内设置有进油机构；所述油加热轴的外壁设置有多个油加热盘，所述油加热盘的内腔与油加热轴的内孔相通，每个油加热盘的内腔中设置有一挡油环板，所述挡油环板的内孔与心管固定连接；所述电加热轴的外壁设置有多个电加热盘，每个电加热盘内设置有电热件；所述油加热轴或电加热轴与驱动装置相连；每个油加热盘和电加热盘的周向外壁均设置有正向推进组件和反向推进组件，正向推进组件的总数量大于反向推进组件的总数量。
进一步地，所述油加热盘和电加热盘上设置有刮板。
进一步地，最靠近油加热轴敞口端的油加热盘侧壁设置有第一刮料机构，离油加热轴最远的电加热盘侧壁设置有第二刮料机构。
进一步地，所述油加热轴的敞口端设置有轴头，所述轴头连接有旋转接头，所述旋转接头具有油通入通道和油排出通道，所述油通入通道与进油口相连，油排出通道与出油口相连。
进一步地，每个正向推进组件和反向推进组件均包括一挡板和一推板，所述挡板的一端与推板相连，且挡板垂直于油加热轴的轴向，推板与加热轴的轴向呈锐角或者钝角。
进一步地，所述电加热轴为空心轴，所述电热件为电加热管，所述电加热管的一端延伸至电加热轴的内孔，连接各个电热件的导线位于电加热轴的内孔中。
进一步地，所述电加热盘内设置有热电偶。
进一步地，所述油加热轴和电加热轴通过连接盘焊接连接。
热解析炉，包括炉体、油加热轴、电加热轴和驱动装置，所述油加热轴为空心轴，且油加热轴内设置有进油机构；所述油加热轴的外壁设置有多个油加热盘，所述油加热盘的内腔与油加热轴的内孔相通；所述电加热轴的外壁设置有多个电加热盘，每个电加热盘内设置有电热件；所述油加热轴或电加热轴与驱动装置相连；其特征在于，每个油加热盘和电加热盘的周向外壁均设置有正向推进组件和反向推进组件，正向推进组件的总数量大于反向推进组件的总数量。
进一步地，进一步地，所述炉体内腔的顶部设置有固定杆，所述固定杆上设置有多块刮泥板，每块刮泥板位于相邻两电加热盘或者相邻两油加热盘之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：整个转子圆盘外表面都是与油基钻屑换热区域，在有限空间里使油基钻屑换热面积最大化，提高热解析效率；本发明转子装置采用导热油加热(低温区)+电加热(高温区)方式，其中油加热提供大部分热量，电加热仅提供小部分热量，其中导热油采用锅炉(燃油)加热，回收的柴油可作为锅炉燃料使用，使长期规模化处理油基钻屑成本低，经济节能。通过在每个油加热盘和电加热盘的周向外壁设置正向推进组件和反向推进组件，正向推进组件能够推动油基钻屑从低温区朝着高温区移动，而反向推进组件能够推动油基钻屑朝着低温区移动，正向推进组件和反向推进组件反复推动油基钻屑移动，能够使油基钻屑翻滚，起到搅拌的作用，从而提高水分和油的蒸发气化效率。此外，正向推进组件的数量多于反向推进组件，可推动炉体内的油基钻屑整体朝着高温区缓慢移动，因此可起到输送作用。
附图说明
图1为本发明热解析炉的剖视示意图；
图2为本发明转子装置的立体示意图；
附图标记：410—炉体；411—固定杆；412—刮泥板；420—油加热轴；421—油加热盘；422—挡油环板；423—刮板；424—第一刮料机构；425—轴头；426—旋转接头；430—电加热轴；431—电加热盘；432—电热件；433—第二刮料机构；434—热电偶；435—连接盘；440—心管；441—进油口；442—出油口；450—驱动装置；460—正向推进组件；470—反向推进组件；471—挡板；472—推板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置，包括油加热轴420、电加热轴430、心管440和驱动装置450，所述油加热轴420为空心轴，且其一端为封闭端并与电加热轴430固定连接，另一端为敞口端，油加热轴420内设置有进油机构，油加热轴420包括一心管440，所述心管440位于油加热轴420内，且心管440的一端位于油加热轴420的封闭端处，另一端设置有进油口441并与油加热轴420的敞口端之间具有出油口442；所述油加热轴420的外壁设置有多个油加热盘421，所述油加热盘421的内腔与油加热轴420的内孔相通，每个油加热盘421的内腔中设置有一挡油环板422，所述挡油环板422的内孔与心管440固定连接；所述电加热轴430的外壁设置有多个电加热盘431，每个电加热盘431内设置有电热件432；所述油加热轴420或电加热轴430与驱动装置450相连；每个油加热盘421和电加热盘431的周向外壁均设置有正向推进组件460和反向推进组件470，正向推进组件460的总数量大于反向推进组件470的总数量。
采用上述转子装置的热解析炉，包括炉体410、油加热轴420、电加热轴430和驱动装置450，所述油加热轴420为空心轴，且油加热轴420内设置有进油机构；所述油加热轴420的外壁设置有多个油加热盘421，所述油加热盘421的内腔与油加热轴420的内孔相通；所述电加热轴430的外壁设置有多个电加热盘431，每个电加热盘431内设置有电热件432；所述油加热轴420或电加热轴430与驱动装置450相连；其特征在于，每个油加热盘421和电加热盘431的周向外壁均设置有正向推进组件460和反向推进组件470，正向推进组件460的总数量大于反向推进组件470的总数量。
炉体410包括圆筒和两个端板，圆筒和两个端板围成圆柱形空腔，该空腔的一端为低温区，另一端为高温区，空腔内的温度从低温区到高温区逐渐升高。低温区的炉体410上设置有用于通入油基钻屑的油基钻屑进口，高温区的炉体410上设置有用于排出油基钻屑的油基钻屑排口，油基钻屑从低温区进入，然后朝着高温区运动，温度不断升高，水和油不断地蒸发气化。为了降低热损耗，可以在炉体410的外部包覆一层隔热材料，减缓散热速度，提高热利用率，同时避免操作人员被烫伤。油加热轴420和电加热轴430的大部分位于炉体410的空腔中，油加热轴420的敞口端从炉体410低温区所在的一端伸至炉体410之外，用于通入和排出热油，电加热轴430的一端从炉体410高温区所在的一端伸至炉体410之外。驱动装置450用于带动油加热轴420和电加热轴430转动，驱动装置450可以是柴油机、电机等，优选采用电机，可通过联轴器、皮带、齿轮等传动机构与电加热轴430相连。
油加热盘421和电加热盘431用于将热油和电热件432的热量传递至油基钻屑，油加热盘421的结构、分布方式以及与油加热轴420的连接方式等采用现有技术，挡油环板422也采用现有技术，起到对热油进行导向的作用，使油加热盘421和心管440之间的空间形成一矩形波形的热油通道，可增加换热面积，提高换热速度，从而提高油基钻屑内的油、水蒸发效率。进油口441、心管440、热油通道、出油口442组成热油的流动路径。
由于油基钻屑具有一定的粘度，可能会粘在炉体410内壁或者油加热盘421和电加热盘431的外壁，为了避免油基钻屑越来越厚而影响换热，因此，所述油加热盘421和电加热盘431上设置有刮板423，刮板423焊接在油加热盘421和电加热盘431的圆周外壁，刮板423与炉体410圆筒的内壁之间具有微小间隙或者刮板423与炉体410圆筒的内壁接触，可以将粘附在炉体410圆筒内壁的油基钻屑挂掉。此外，最靠近油加热轴420敞口端的油加热盘421侧壁设置有第一刮料机构424，离油加热轴420最远的电加热盘431侧壁设置有第二刮料机构433。第一刮料机构424和第二刮料机构433可以是焊接在油加热盘421或电加热盘431上的板材或者杆件等，可以将粘附在将炉体410两端板内壁的油基钻屑挂掉。
所述炉体410内腔的顶部设置有固定杆411，所述固定杆411上设置有多块刮泥板412，每块刮泥板412位于相邻两电加热盘431或者相邻两油加热盘421之间。固定杆411的两端可通过螺钉等安装在炉体410的端板上，油加热轴420和电加热轴430的中心线低于炉体410的中心线，使得固定杆411位于电加热盘431和油加热盘421的上方，图1为本装置直立的示意图，在实际使用中，炉体410应处于水平位置，即将图1逆时针旋转90度即为实际使用时的状态。刮泥板412可以是一块薄板，薄板的上端与固定杆411固定连接，下端伸入相邻两电加热盘431或者相邻两油加热盘421之间，且薄板的两侧边分别与相邻两电加热盘431或者相邻两油加热盘421的侧壁接触，或者薄板的两侧边分别与相邻两电加热盘431或者相邻两油加热盘421的侧壁之间具有微小间隙，使得薄板的两侧边能够将相邻两电加热盘431或者相邻两油加热盘421侧壁上的油基钻屑挂掉。此外，刮泥板412也可以包括定位杆和门型架，定位杆的上端与固定杆411固定连接，下端与门型架的顶部固定连接，门型架伸入相邻两电加热盘431或者相邻两油加热盘421之间。由于使用时炉体410处于水平状态，油基钻屑进入炉体410后位于炉体410的底部位置，电加热轴430和电加热轴430带动油加热盘421和电加热盘431转动，油加热盘421和电加热盘431的下部与油基钻屑接触而将热量传递至油基钻屑，如果油基钻屑粘附在油加热盘421和电加热盘431的侧壁，当油加热盘421和电加热盘431转动至上部位置时，刮泥板412能够将油基钻屑挂掉，油基钻屑重新落到炉体410底部，避免油加热盘421和电加热盘431上粘附的油基钻屑厚度增加而影响换热效率，且换热与刮泥互不干涉，油加热盘421和电加热盘431的侧壁存在油基钻屑时很快就能够被挂掉。
油基钻屑进入炉体410后，油加热盘421和电加热盘431转动，可对油基钻屑起到一定的搅拌作用，但搅拌效果不够好，且很难推动油基钻屑从低温区移动到高温区，因此，在每个油加热盘421和电加热盘431的周向外壁均设置有正向推进组件460和反向推进组件470，正向推进组件460即能够推动油基钻屑朝着高温区移动的推进机构，而反向推进组件470即能够推动油基钻屑朝着低温区移动的推进机构，使用时，正向推进组件460不断推动油基钻屑正向移动，而反向推进组件470不断推动油基钻屑反向移动，使得油基钻屑能够得到充分地搅拌，且由于正向推进组件460的总数量大于反向推进组件470的总数量，可以使油基钻屑整体朝着位于高温区的油基钻屑排口移动，实现对油基钻屑的输送，实现连续处理。具体地，每个油加热盘421和电加热盘431上的正向推进组件460和反向推进组件470分布规律可以是：依次设置的两个正向推进组件460、一个反向推进组件470、两个正向推进组件460……，或者三个正向推进组件460、两个反向推进组件470、三个正向推进组件460……等。
正向推进组件460和反向推进组件470的推进原理与现有螺旋输送机的输送原理一致，正向推进组件460和反向推进组件470可以是一块推进板，推进板与油加热轴420的轴向具有一定的角度，且正向的推进板和反向的推进板的朝向不同。优选的，每个正向推进组件460和反向推进组件470均包括一挡板471和一推板472，所述挡板471的一端与推板472相连，且挡板471垂直于油加热轴420的轴向，推板472与加热轴420的轴向呈锐角或者钝角。挡板471起到挡料的作用，推板472起到推料的作用，由于推板472的长度较小，推动物料前进的能力较弱，效率较低，因此，设置了挡板471，挡板471与推板472配合工作，对物料的推进能力更强。
为了便于油加热轴420的安装，所述油加热轴420的敞口端设置有轴头425，轴头425通过轴承安装于轴承座，轴承座固定在炉体410之外的部件上，保证油加热轴420能够顺利转动。所述轴头425连接有旋转接头426，所述旋转接头426具有油通入通道和油排出通道，所述油通入通道与进油口441相连，用于通入热油，油排出通道与出油口442相连，用于排出热油。旋转接头426可相对于油加热轴420转动，因此，当油加热轴420转动时，可将旋转接头426固定在炉体410之外的部件上，以便于稳定地通入热油和将热油排出。
电加热轴430可以是实心轴，电热件432可以是电热丝、电热棒等，优选的，所述电加热轴430为空心轴，所述电热件432为电加热管，所述电加热管的一端延伸至电加热轴430的内孔，连接各个电热件432的导线位于电加热轴430的内孔中，导线用于连接电热件432与电源，将导线布置在电加热轴430的内孔，实施方便。
所述电加热盘431内设置有热电偶434，用于检测各个电加热盘431内的温度，以便于根据工艺要求调整电热件432的发热功率，将温度控制在合适的范围内。
油加热轴420和电加热轴430可直接焊接连接或者通过法兰以及螺栓连接，优选的，所述油加热轴420和电加热轴430通过连接盘435焊接连接，连接牢固可靠。
Claims (10)
1.油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置，包括油加热轴(420)、电加热轴(430)和驱动装置(450)，所述油加热轴(420)为空心轴，且其一端为封闭端并与电加热轴(430)固定连接，油加热轴(420)内设置有进油机构；所述油加热轴(420)的外壁设置有多个油加热盘(421)，所述油加热盘(421)的内腔与油加热轴(420)的内孔相通；所述电加热轴(430)的外壁设置有多个电加热盘(431)，每个电加热盘(431)内设置有电热件(432)；所述油加热轴(420)或电加热轴(430)与驱动装置(450)相连；其特征在于，每个油加热盘(421)和电加热盘(431)的周向外壁均设置有正向推进组件(460)和反向推进组件(470)，正向推进组件(460)的总数量大于反向推进组件(470)的总数量。
2.根据权利要求1所述的油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置，其特征在于，所述油加热盘(421)和电加热盘(431)上设置有刮板(423)。
3.根据权利要求1所述的油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置，其特征在于，最靠近油加热轴(420)敞口端的油加热盘(421)侧壁设置有第一刮料机构(424)，离油加热轴(420)最远的电加热盘(431)侧壁设置有第二刮料机构(433)。
4.根据权利要求1所述的油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置，其特征在于，所述油加热轴(420)的敞口端设置有轴头(425)，所述轴头(425)连接有旋转接头(426)，所述旋转接头(426)具有油通入通道和油排出通道，所述油通入通道与进油口(441)相连，油排出通道与出油口(442)相连。
5.根据权利要求1所述的油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置，其特征在于，每个正向推进组件(460)和反向推进组件(470)均包括一挡板(471)和一推板(472)，所述挡板(471)的一端与推板(472)相连，且挡板(471)垂直于油加热轴(420)的轴向，推板(472)与加热轴(420)的轴向呈锐角或者钝角。
6.根据权利要求1所述的油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置，其特征在于，所述电加热轴(430)为空心轴，所述电热件(432)为电加热管，所述电加热管的一端延伸至电加热轴(430)的内孔，连接各个电热件(432)的导线位于电加热轴(430)的内孔中。
7.根据权利要求1所述的油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置，其特征在于，所述电加热盘(431)内设置有热电偶(434)。
8.根据权利要求1所述的油基钻屑处理撬装式设备的热解炉装置，其特征在于，所述油加热轴(420)和电加热轴(430)通过连接盘(435)焊接或者螺栓连接。
9.采用权利要求1至8任意一项权利要求所述油基钻屑热解析处理设备的加热转子装置的热解析炉，包括炉体(410)、油加热轴(420)、电加热轴(430)和驱动装置(450)，所述油加热轴(420)为空心轴，且油加热轴(420)内设置有进油机构；所述油加热轴(420)的外壁设置有多个油加热盘(421)，所述油加热盘(421)的内腔与油加热轴(420)的内孔相通；所述电加热轴(430)的外壁设置有多个电加热盘(431)，每个电加热盘(431)内设置有电热件(432)；所述油加热轴(420)或电加热轴(430)与驱动装置(450)相连；其特征在于，每个油加热盘(421)和电加热盘(431)的周向外壁均设置有正向推进组件(460)和反向推进组件(470)，正向推进组件(460)的总数量大于反向推进组件(470)的总数量。
10.根据权利要求9所述的热解析炉，其特征在于，所述炉体(410)内腔的顶部设置有固定杆(411)，所述固定杆(411)上设置有多块刮泥板(412)，每块刮泥板(412)位于相邻两电加热盘(431)或者相邻两油加热盘(421)之间。
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