CN114877306A - 一种车载立式高干度注汽锅炉及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锅炉结构、换热、自控的技术领域，一种车载立式高干度注汽锅炉及其使用方法，注汽锅炉本体为卧式圆筒形结构，过热换热段为立式梯形箱体结构，立式对流换热段为立式梯形箱体结构，球形分离器模块将注汽锅炉本体、过热换热段、立式对流换热段、球形分离器模块、给水预热器模块、电路模块、燃烧器模块、燃气管路模块和柱塞泵模块布置在拖车上，水汽流程管道连接上述模块，本发明的技术优势是：将球形分离器模块集成在拖车上，使车载式高干度注汽锅炉所产生的的注井蒸汽干度由原先80%左右提升至100%，提高了注井蒸汽的品质。

Description

一种车载立式高干度注汽锅炉及其使用方法

技术领域

本发明专利涉及锅炉结构、换热、自控的技术领域，特别涉及一种车载立式高干度注汽锅炉及其使用方法。

背景技术

注汽锅炉是油田稠油开采的核心设备，它产生的高温高压，注汽干度为80%的蒸汽注入油井中，将热量传递给油层，降低油层中原油的粘度，从而提升稠油的采收率。按装载方式，注汽锅炉可分为固定式和车载式两种，车载式注汽锅炉使用方便，可停靠在井口进行注汽，减少了注汽管线的长度，降低了蒸汽输送过程中的热损失，保证了注井能量。同时车载式注汽锅炉减少了油田地面建设的工作量；在蒸汽吞吐、蒸汽驱等热力采油工艺中有着广泛应用。

注汽干度是衡量注汽锅炉运行质量的重要因素。注汽干度的高低直接影响稠油开采的质量。目前车载式注汽锅炉所能达到的注汽干度在75%至85%，没有突破性发展。

发明内容

本发明提供一种车载立式高干度注汽锅炉及其使用方法，具体实施方式如下：

一种车载立式高干度注汽锅炉，包括注汽锅炉本体、立式对流换热段、过热换热段、给水预热模块、燃烧器模块、燃气管路模块、球形分离器模块、电路模块和柱塞泵模块，且均布设于拖车上，给水预热模块布设于注汽锅炉本体的顶端，过热换热段布设于注汽锅炉本体尾部的上方，立式对流换热段布设于过热换热段的上方，球形分离器模块设置于拖车的尾部，且上述模块之间通过水汽管道相连，立式对流换热段的管束由四根光管及数排翅片管组成，箱体竖向安装，其内侧中心处竖向安装有方形隔板，箱体的上、下两端分别开设有若干个导通的安装孔，且箱体顶部中心处向上开设有出气口，进气口侧向开设于箱体的底部。

光管布设于箱体中方形隔板的内侧，若干个翅片管均匀布设于箱体中方形隔板的外侧，光管之间通过第一弯管连接成单回程管束，相邻的翅片管之间通过第二弯管连接成单回程管束，且末端的光管与初始端的翅片管连接，整体组成单回程管束。

进一步的，箱体内还设置有声波吹灰器、烟气温度检测口、含氧量检测口和烟气组分分析检测口。

光管包括分流板、定位环和环形限位槽，光管与安装孔卡合处的内、外两侧均设置有定位环，光管的内侧轴向固定有分流板，其两侧的端部轴向向外开设有环形限位槽。

翅片管的外侧轴向套设有若干个换热翅片，其内侧轴向设置有凸起端和凹陷端交替而成的波浪状结构，换热翅片呈锥状结构，其表面周向等距布设有导气开孔，其宽径端朝向进气口一侧，其窄径端与凹陷端相接。

进一步的，光管与第一弯管的连接处，翅片管与第二弯管的连接处均通过卡套结构相连，以光管与第一弯管的连接为例，卡套成环状结构，其一端径向向内设有固定环，另一端设置有内螺纹，第一弯管两端均设有外螺纹，且端面处安装有密封圈，固定环轴向滑动接于环形限位槽，卡套的内螺纹丝接于第一弯管的外螺纹，且卡套中内螺纹一侧的端面位置与密封圈过盈配合。

注汽锅炉本体为卧式圆筒形结构，过热换热段为立式梯形箱体结构，其管束为单回程管束，电路模块布设于拖车的左侧空间，燃烧器模块与注汽锅炉本体的前部相连，其后部上方的开口处设置为烟气流通区，燃气管路模块布设于拖车的右侧空间，柱塞泵模块布设于拖车的鹅颈部位。

给水预热模块为套管式预热器，电路模块由配电柜、PLC控制柜和变频柜所组成，燃烧器模块由燃烧器、电磁阀和切断阀所组成，燃气管路模块由流量计、压力开关、压力表、压力变送器和阀门所组成。

一种车载立式高干度注汽锅炉的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤S100、水汽系统，将压力为0.5MPa左右的合格软化水供至给柱塞泵模块16并给水加压；

步骤S200、高压水通过水汽管道进入给水预热模块，在给水预热模块外管中的高压水与烟管中的烟气换热，使高压水温度升至80℃～120℃；

步骤S300、然后高压水依次经过立式对流换热段、给水预热模块内管、锅炉本体、球形分离器模块和过热换热段的加热升温至临近或达到饱和状态，汽化为干度为100%的饱和蒸汽；

步骤S400、高压水在经过立式对流换热段时，依次进入光管和翅片管，同时高压水在分流板的作用下分散均匀，其温度在厚度小的凹陷端导向换热翅片；

步骤S500、烟气系统，锅炉本体作为燃烧室，在此释放高热负荷的热量，通过辐射传递给炉管内的水；

步骤S600、其中，火焰尾部的高温烟气向上转向90°，烟气热量通过过热换热段后进入立式对流换热段，逆流冲刷竖向布置的翅片管进行充分换热，最后通过烟囱排入大气；

步骤S700、当烟气由进气口进入箱体后，向上与逆向的换热翅片对冲、换热，随后由导气开孔和出气口进入烟囱；

步骤S800、控制系统采用嵌入式智能控制系统，主要由PLC控器、HMI触摸屏、燃烧控制器和电气辅件组成，在作业过程中实时监控和控制相关的模块。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明将球形分离器模块集成在拖车上，使车载式高干度注汽锅炉所产生的的注井蒸汽干度由原先80%左右提升至100%，提高了注井蒸汽的品质；

2.本发明中翅片管与锥状的换热翅片配合，逆向的换热翅片增大了换热面积的同时，翅片管的内部呈波浪状提高了换热率；

3.本发明中整体撬座安装在拖车上，移动性强，重复利用率高，现场只需要通过高压卡套及高压补偿器对进、出口管道进行连接便可以投入使用，安装调试方便。

附图说明

图1是本发明的主体结构左视图；

图2是本发明中图1的俯视图；

图3是本发明的主体结构右视图；

图4是本发明的主体结构主视图；

图5是本发明中立式对流换热段的结构示意图；

图6是本发明中立式对流换热段结构的剖面图；

图7是本发明中立式对流换热段正视结构的剖面图；

图8是本发明中光管结构的剖面图；

图9是本发明中翅片管结构的剖面图；

图10是本发明图9中A部分结构的放大图；

图11是本发明中光管与第一弯管连接结构的爆炸示意图；

图12是本发明图11中B部分结构的放大图；

图13是本发明中第一弯管的结构示意图；

图14是本发明中卡套结构的剖面图。

附图标记说明：

1、注汽锅炉本体，2、立式对流换热段，3、烟囱，4、给水预热模块，5、燃烧器模块，6、燃气管路模块，7、操作间，8、梯子平台，9、拖车，10、汽水分离器，11、水汽管道，12、排污管线，13、过热换热段，14、球形分离器模块，15、电路模块，16、柱塞泵模块，17、安全阀，

21、箱体，22、翅片管，23、光管，24、第一弯管，25、第二弯管，26、卡套，

211、进气口，212、方形隔板，213、安装孔，214、出气口，

221、波浪状，222、换热翅片，

2211、凸起端，2212、凹陷端，

2221、宽径端，2222、窄径端，2223、导气开孔，

231、分流板，232、定位环，233、环形限位槽，

241、外螺纹，242、密封圈，

261、内螺纹，262、固定环。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1，结合图1至图4，本实施例公开了一种车载立式高干度注汽锅炉，其包括注汽锅炉本体1、立式对流换热段2、过热换热段13、给水预热模块4、燃烧器模块5、燃气管路模块6、球形分离器模块14、电路模块15和柱塞泵模块16，且均布设于拖车9上，本结构中给水预热模块4布设于注汽锅炉本体1的顶端，过热换热段13布设于注汽锅炉本体1尾部的上方，立式对流换热段2布设于过热换热段13的上方，球形分离器模块14设置于拖车9的尾部，且上述模块之间通过水汽管道11相连，球形分离器模块14集成在拖车9上，使车载式高干度注汽锅炉所产生的的注井蒸汽干度由原先80%左右提升至100%。

结合图1至图4，注汽锅炉本体1为卧式圆筒形结构，过热换热段13为立式梯形箱体结构，其管束为单回程管束，电路模块15布设于拖车9的左侧空间，燃烧器模块5与注汽锅炉本体1的前部相连，其后部上方的开口处设置为烟气流通区，燃气管路模块6布设于拖车9的右侧空间，柱塞泵模块16布设于拖车9的鹅颈部位，给水预热模块4为套管式预热器，电路模块15由配电柜、PLC控制柜和变频柜所组成，燃烧器模块5由燃烧器、电磁阀和切断阀所组成，燃气管路模块6由流量计、压力开关、压力表、压力变送器和阀门所组成。

结合图5和图6，立式对流换热段2的管束由四根光管23及数排翅片管22组成，箱体21竖向安装，其内侧中心处竖向安装有方形隔板212，箱体21的上、下两端分别开设有若干个导通的安装孔213，且箱体21顶部中心处向上开设有出气口214，进气口211侧向开设于箱体21的底部，本结构中光管23布设于箱体21中方形隔板212的内侧，若干个翅片管22均匀布设于箱体21中方形隔板212的外侧，箱体21内还设置有声波吹灰器、烟气温度检测口、含氧量检测口和烟气组分分析检测口。

结合图7，光管23之间通过第一弯管24连接成单回程管束，相邻的翅片管22之间通过第二弯管25连接成单回程管束，且末端的光管23与初始端的翅片管22连接，整体组成单回程管束。

结合图8，光管23与安装孔213卡合处的内、外两侧均设置有定位环232，光管23的内侧轴向固定有分流板231，其两侧的端部轴向向外开设有环形限位槽233。

结合图9和图10，翅片管22的外侧轴向套设有若干个换热翅片222，其内侧轴向设置有凸起端2211和凹陷端2212交替而成的波浪状221结构，本结构中换热翅片222呈锥状结构，其表面周向等距布设有导气开孔2223，其宽径端2221朝向进气口211一侧，其窄径端2222与凹陷端2212相接，本结构中凹陷端2212的厚度小，因此换热效果更佳。

实施例2，结合图11至图12，本实施例公开了一种车载立式高干度注汽锅炉，光管23与第一弯管24的连接处，翅片管22与第二弯管25的连接处均通过卡套26结构相连；以光管23与第一弯管24的连接为例，结合图14，卡套26成环状结构，其一端径向向内设有固定环262，另一端设置有内螺纹261，结合图13，第一弯管24两端均设有外螺纹241，且端面处安装有密封圈242，本结构中固定环262轴向滑动接于环形限位槽233，卡套26的内螺纹261丝接于第一弯管24的外螺纹241，且卡套26中内螺纹261一侧的端面位置与密封圈242过盈配合，以提升连接处的密封性。

实施例3，结合图1至图14，本实施例公开了一种车载立式高干度注汽锅炉的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤S100、水汽系统，将压力为0.5MPa左右的合格软化水供至给柱塞泵模块16并给水加压；

步骤S200、高压水通过水汽管道11进入给水预热模块4，在给水预热模块4外管中的高压水与烟管中的烟气换热，使高压水温度升至80℃～120℃；

步骤S300、然后高压水依次经过立式对流换热段2、给水预热模块4内管、锅炉本体1、球形分离器模块14和过热换热段13的加热升温至临近或达到饱和状态，汽化为干度为100%的饱和蒸汽；

步骤S400、高压水在经过立式对流换热段2时，依次进入光管23和翅片管22，同时高压水在分流板231的作用下分散均匀，其温度在厚度小的凹陷端2212导向换热翅片222；

步骤S500、烟气系统，锅炉本体1作为燃烧室，在此释放高热负荷的热量，通过辐射传递给炉管内的水；

步骤S600、其中，火焰尾部的高温烟气向上转向90°，烟气热量通过过热换热段13后进入立式对流换热段2，逆流冲刷竖向布置的翅片管22进行充分换热，最后通过烟囱3排入大气；

步骤S700、当烟气由进气口211进入箱体21后，向上与逆向的换热翅片222对冲、换热，随后由导气开孔2223和出气口214进入烟囱3；

步骤S800、控制系统采用嵌入式智能控制系统，主要由PLC控器、HMI触摸屏、燃烧控制器和电气辅件组成，在作业过程中实时监控和控制相关的模块。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种车载立式高干度注汽锅炉，包括注汽锅炉本体（1）、立式对流换热段（2）、过热换热段（13）、给水预热模块（4）、燃烧器模块（5）、燃气管路模块（6）、球形分离器模块（14）、电路模块（15）和柱塞泵模块（16），且均布设于拖车（9）上，其特征在于，

所述给水预热模块（4）布设于注汽锅炉本体（1）的顶端，所述过热换热段（13）布设于注汽锅炉本体（1）尾部的上方，所述立式对流换热段（2）布设于过热换热段（13）的上方，所述球形分离器模块（14）设置于拖车（9）的尾部，且上述模块之间通过水汽管道（11）相连，

所述立式对流换热段（2）的管束由箱体（21）、四根光管（23）及数排翅片管（22）组成，所述箱体（21）竖向安装，其内侧中心处竖向安装有方形隔板（212），箱体（21）的上、下两端分别开设有若干个导通的安装孔（213），且箱体（21）顶部中心处向上开设有出气口（214），进气口（211）侧向开设于箱体（21）的底部。

2.根据权利要求1所述的一种车载立式高干度注汽锅炉，其特征在于，所述光管（23）布设于箱体（21）中方形隔板（212）的内侧，若干个翅片管（22）均匀布设于箱体（21）中方形隔板（212）的外侧。

3.根据权利要求2所述的一种车载立式高干度注汽锅炉，其特征在于，所述光管（23）之间通过第一弯管（24）连接成单回程管束，相邻的翅片管（22）之间通过第二弯管（25）连接成单回程管束，且末端的光管（23）与初始端的翅片管（22）连接，整体组成单回程管束。

4.根据权利要求3所述的一种车载立式高干度注汽锅炉，其特征在于，所述箱体（21）内还设置有声波吹灰器、烟气温度检测口、含氧量检测口和烟气组分分析检测口。

5.根据权利要求3所述的一种车载立式高干度注汽锅炉，其特征在于，所述光管（23）包括分流板（231）、定位环（232）和环形限位槽（233），

光管（23）与安装孔（213）卡合处的内、外两侧均设置有定位环（232），光管（23）的内侧轴向固定有分流板（231），其两侧的端部轴向向外开设有环形限位槽（233）。

6.根据权利要求5所述的一种车载立式高干度注汽锅炉，其特征在于，所述翅片管（22）的外侧轴向套设有若干个换热翅片（222），其内侧轴向设置有凸起端（2211）和凹陷端（2212）交替而成的波浪状（221）结构，

所述换热翅片（222）呈锥状结构，其表面周向等距布设有导气开孔（2223），其宽径端（2221）朝向进气口（211）一侧，其窄径端（2222）与凹陷端（2212）相接。

7.根据权利要求6所述的一种车载立式高干度注汽锅炉，其特征在于，所述光管（23）与第一弯管（24）的连接处，翅片管（22）与第二弯管（25）的连接处均通过卡套（26）结构相连，

以光管（23）与第一弯管（24）的连接为例，所述卡套（26）成环状结构，其一端径向向内设有固定环（262），另一端设置有内螺纹（261），所述第一弯管（24）两端均设有外螺纹（241），且端面处安装有密封圈（242），

所述固定环（262）轴向滑动接于环形限位槽（233），卡套（26）的内螺纹（261）丝接于第一弯管（24）的外螺纹（241），且卡套（26）中内螺纹（261）一侧的端面位置与密封圈（242）过盈配合。

8.根据权利要求1所述的一种车载立式高干度注汽锅炉，其特征在于，所述注汽锅炉本体（1）为卧式圆筒形结构，所述过热换热段（13）为立式梯形箱体结构，其管束为单回程管束，

所述电路模块（15）布设于拖车（9）的左侧空间，燃烧器模块（5）与注汽锅炉本体（1）的前部相连，其后部上方的开口处设置为烟气流通区，所述燃气管路模块（6）布设于拖车（9）的右侧空间，所述柱塞泵模块（16）布设于拖车（9）的鹅颈部位。

9.根据权利要求8所述的一种车载立式高干度注汽锅炉，其特征在于，所述给水预热模块（4）为套管式预热器，所述电路模块（15）由配电柜、PLC控制柜和变频柜所组成，所述燃烧器模块（5）由燃烧器、电磁阀和切断阀所组成，所述燃气管路模块（6）由流量计、压力开关、压力表、压力变送器和阀门所组成。

10.根据权利要求1至权利要求9中任意一项所述的一种车载立式高干度注汽锅炉的使用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S100、水汽系统，将压力为0.5MPa左右的合格软化水供至给柱塞泵模块（16）并给水加压；

步骤S200、高压水通过水汽管道（11）进入给水预热模块（4），在给水预热模块（4）外管中的高压水与烟管中的烟气换热，使高压水温度升至80℃～120℃；

步骤S300、然后高压水依次经过立式对流换热段（2）、给水预热模块（4）内管、锅炉本体（1）、球形分离器模块（14）和过热换热段（13）的加热升温至临近或达到饱和状态，汽化为干度为100%的饱和蒸汽；

步骤S400、高压水在经过立式对流换热段（2）时，依次进入光管（23）和翅片管（22），同时高压水在分流板（231）的作用下分散均匀，其温度在厚度小的凹陷端（2212）导向换热翅片（222）；

步骤S500、烟气系统，锅炉本体（1）作为燃烧室，在此释放高热负荷的热量，通过辐射传递给炉管内的水；

步骤S600、其中，火焰尾部的高温烟气向上转向90°，烟气热量通过过热换热段（13）后进入立式对流换热段（2），逆流冲刷竖向布置的翅片管（22）进行充分换热，最后通过烟囱（3）排入大气；

步骤S700、当烟气由进气口（211）进入箱体（21）后，向上与逆向的换热翅片（222）对冲、换热，随后由导气开孔（2223）和出气口（214）进入烟囱（3）；

步骤S800、控制系统采用嵌入式智能控制系统，主要由PLC控器、HMI触摸屏、燃烧控制器和电气辅件组成，在作业过程中实时监控和控制相关的模块。

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