CN117109181A - 一种充分利用烟气余热的相变加热炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种充分利用烟气余热的相变加热炉，包括撬装架、相变筒、换热筒和介质管道，相变筒和换热筒均设置在撬装架上，相变筒内设有燃烧室和相变液室，燃烧室内设有燃烧器，燃烧室远离燃烧器的一端设有烟管，相变液室与换热筒相连通，介质管道从换热筒的一端伸入换热筒内并从换热筒的另一端伸出换热筒，介质管道包括预热段、插入段和伸出段，换热筒内设有热交换管，预热段从烟管的一端进入并从烟管的另一端伸出，插入段的一端连接在预热段上，另一端与热交换管的进口端相连通，伸出段连接在热交换管的出口端。本发明能够利用燃烧室内排出的烟气对待加热的介质进行预热，使待加热介质在进入换热筒时具有较高温度，降低所需的加热时间。
Description
技术领域
本发明涉及传热设备技术领域，具体而言，涉及一种充分利用烟气余热的相变加热炉。
背景技术
目前，油气田领域中通常需要对原油进行加热后进行集输处理。水套加热炉的加热盘管在炉体内部，燃料在火筒中燃烧，产生的热能以辐射、对流等传热形式将热量传给中间载热体水，使水温升高，水再将热量传递给盘管中的原油，使原油的温度升高，由于结构原因，这种形式的加热炉普遍存在传热效率低、管束易堵塞，弯头处易穿孔腐蚀等缺点。因此目前各大油气田均在淘汰原有的水套加热炉，转而采用新型的相变加热炉。相变加热炉的原理是利用传热介质的蒸汽对盘管进行间接加热，这样加热温度就不再受到水的沸点限制，因此能够提高传热效率。
目前相变加热炉的燃烧室内产生的烟气直接从通过烟管排入了大气，这部分烟气大都具有较高的温度，因此相当可观的部分热量被浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充分利用烟气余热的相变加热炉，其能够利用燃烧室内排出的烟气对待加热的介质进行预热，从而使待加热介质在进入换热筒时具有较高温度，降低所需的加热时间，进一步提高传热效率。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：包括撬装架、相变筒、换热筒和介质管道，所述相变筒和换热筒均设置在撬装架上，所述换热筒位于相变筒的正上方；所述相变筒内设置有隔板，所述隔板将相变筒内分隔为位于下部的燃烧室和位于上部的相变液室，所述燃烧室的内部设置有燃烧器，所述燃烧室远离燃烧器的一端设置有烟管，所述相变液室与换热筒相连通，所述介质管道从换热筒的一端伸入换热筒内并从换热筒的另一端伸出换热筒，所述介质管道包括预热段、插入段和伸出段，所述换热筒内设置有热交换管，所述预热段从烟管的一端进入并从烟管的另一端伸出，所述插入段的一端连接在预热段上，另一端与热交换管的进口端相连通，所述伸出段连接在热交换管的出口端。
进一步地，所述烟管包括第一支管、第二支管和第三支管，所述第二支管的直径大于第一支管和第三支管的直径，所述第一支管与燃烧室相连通，所述第一支管远离燃烧室的一端设置有扩口管，所述第二支管连接在扩口管上，所述第二支管远离第一支管的一端设置有缩口管，所述第三支管连接在缩口管上，所述预热段从第二支管远离第一支管的一端进入并从第二支管靠近第一支管的一端伸出。
进一步地，所述热交换管包括进口部和出口部，所述插入段与进口部相连通，所述伸出段与出口部相连通，所述进口部与出口部之间连通设置有多根截面形状为扁平状的波浪形管。
进一步地，位于中部的所述波浪形管与水平面平行设置，位于上部的所述波浪形管从靠近介质管道的一端至远离介质管道的一端倾斜向上延伸，位于下部的所述波浪形管从靠近介质管道的一端至远离介质管道的一端倾斜向下延伸。
进一步地，所述波浪形管的截面形状为矩形，所述矩形的长宽比大于三。
进一步地，所述波浪形管的截面形状为椭圆形，所述椭圆形的长轴与短轴之比大于三。
进一步地，所述相变筒的顶部设置有液位计、压力变送器和温度变送器。
进一步地，所述撬装架的顶部设置有管道支撑架，所述管道支撑架上设置有用于支撑介质管道和烟管的支撑套筒。
进一步地，所述撬装架的顶部四角均设置有吊装耳。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过预热段、插入段和伸出端组成介质管道，并使预热段部分位于烟管内，在待加热的原油从介质管道进入换热筒之前，首先通过预热段位于烟管内的部分并使燃烧废气对原油进行预热，使原油在进入换热筒前受到预热以升高温度，从而降低原油在进入换热筒内后所需的加热时间。
2、本发明通过在进口部与出口部之间设置多根扁平状的波浪形管，在横截面积不变的情况下提高波浪形管内原油的受热效果，同时保证原油流动的顺畅性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明提供的充分利用烟气余热的相变加热炉的整体结构示意图；
图2为本发明相变筒和换热筒的内部结构示意图；
图3为本发明介质管道、烟管和热交换管的结构示意图；
图4为本发明横截面为椭圆形的热交换管的结构示意图；
图标：1-撬装架，11-管道支撑架，12-支撑套筒，13-吊装耳，2-相变筒，21-隔板，22-燃烧室，221-燃烧器，23-相变液室，24-烟管，241-第一支管，2411-扩口管，242-第二支管，2421-缩口管，243-第三支管，25-液位计，26-压力变送器，27-温度变送器，3-换热筒，31-热交换管，311-进口部，312-出口部，313-波浪形管，4-介质管道，41-预热段，42-插入段，43-伸出段。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
以下结合具体实施例进一步说明，参照图1-图4所示，本发明为一种充分利用烟气余热的相变加热炉，包括撬装架1、相变筒2、换热筒3和介质管道4，相变筒2和换热筒3均安装在撬装架1上且换热筒3位于相变筒2的正上方。通过撬装架1将相变筒2、换热筒3、介质管道4、阀门、泵等设备整体集合为一体，与系统上其他设备连接时，无需再在中间安装阀门、仪表等设备，只需用管线联通即可。
参照图1、图2所示，相变筒2内设有隔板21，隔板21将相变筒2内分隔为位于下部的燃烧室22和位于上部的相变液室23，相变液室23与换热筒3相连通，介质管道4从换热筒3的一端伸入换热筒3内并从换热筒3的另一端伸出换热筒3。燃烧室22的内部安装有燃烧器221，燃烧室22远离燃烧器221的一端配置有烟管24。将水添加至相变液室23内，然后通过燃烧器221在隔板21的底部对燃烧室22内的水进行加热，水加热至沸腾后汽化的水蒸气进入到换热筒3内，对介质管道4内待加热的原油进行加热。由于水蒸气的温度不受水沸点的限制，因此能够达到更高的温度以提高对介质管道4内原油的加热效果，将原油加热至指定温度所需要的时间相比于水套炉加热的方式能够大幅度降低。
参照图1所示，撬装架1的顶部四角均焊接有吊耳，通过吊装设备对撬装架1整体进行吊装，以方便将相变加热炉整体移动至指定位置，无需现场进行组装。撬装架1的顶部设有管道支撑架11，管道支撑架11上设有用于支撑介质管道4和烟管24的支撑套筒12。
参照图2所示，相变筒2的顶部设置有液位计25、压力变送器26和温度变送器27。液位计25对相变筒2内的液位进行实时监控，在水分流失较多的情况下，打开进水管的阀门以向相变液室23内补充水；压力变送器26对相变筒2内的压力进行实时监测，在压力过大的情况下打开泄压阀进行泄压；温度变送器27对相变筒2内的温度进行实时监测，当温度达到指定值时关闭燃烧器221以中止加热，温度下降至指定值时再次打开燃烧器221进行加热。液位计25、压力变送器26和温度变送器27的设置降低了相变加热炉的能耗，同时提高了安全性。
参照图3所示，介质管道4包括预热段41、插入段42和伸出段43，换热筒3内配置有热交换管31，预热段41从烟管24的一端进入并从烟管24的另一端伸出，插入段42的一端连接在预热段41上，另一端与热交换管31的进口端相连通，伸出段43连接在热交换管31的出口端。在待加热的原油从介质管道4进入换热筒3之前，首先通过预热段41，当原油进入预热段41位于烟管24内的部分时，烟管24内的燃烧废气能够对原油进行预热，从而使原油在进入换热筒3前进行预热，温度得到升高。因此原油在换热筒3内所需要被升高的温度减少，能够降低原油所需的加热时间。
参照图3所示，烟管24包括第一支管241、第二支管242和第三支管243，第一支管241和第三支管243的直径相等，第二支管242的直径大于第一支管241和第三支管243的直径，第一支管241与燃烧室22相连通，燃烧室22内的燃烧废气通过第一支管241进入烟管24内，并依次通过第二支管242和第三支管243。预热段41从第二支管242远离第一支管241的一端进入并从第二支管242靠近第一支管241的一端伸出，由于燃烧废气从第二支管242靠近第一支管241的一端至远离第一支管241的一端温度逐渐降低，原油在预热段41位于第二支管242内的部分流动的过程中，对原油进行加热的燃烧废气的温度逐步升高，原油的温度也逐步升高。第一支管241远离燃烧室22的一端设有扩口管2411，第二支管242连接在扩口管2411上，第二支管242远离第一支管241的一端设置有缩口管2421，第三支管243连接在缩口管2421上。预热段41位于第二支管242内导致第二支管242可供燃烧废气通过的空间减少，燃烧废气可通过的横截面积为第二支管242的横截面积减去预热段41的横截面积，因此使第二支管242的直径大于第一支管241和第三支管243的直径，有利于使烟管24整体供燃烧废气通过的横截面积差异较小，使燃烧废气的排出更为顺畅。需要说明的是，预热段41位于第二支管242内的部分与第二支管242同轴线设置，以使燃烧废气能够在预热段41的四周对预热段41内的原油均匀加热。
参照图3所示，热交换管31包括进口部311和出口部312，插入段42与进口部311相连通，伸出段43与出口部312相连通，进口部311与出口部312之间连通设置有多根截面形状为扁平状的波浪形管313，进口部311和出口部312均固定设置在换热筒3的筒壁上，多根波浪形管313均设置在换热筒3内。将波浪形管313的横截面设置为扁平状，以便于提高波浪形管313内原油的受热效果，同时保证原油流动的顺畅性。需要说明的是，若将波浪形管313的横截面设置为圆形或者正多边形，则位于横截面中心的原油容易得不到加热，需要将直径或边长设置得很小，但如此设置则导致原油流动不顺畅，且容易发生堵塞的情况；而将波浪形管313的横截面设置为扁平状，则能够在横截面面积不便的情况下，使内部的原油受热更为均匀，也不易发生堵塞的现象。
进一步地，位于中部的波浪形管313与水平面平行设置，位于上部的波浪形管313从靠近介质管道4的一端至远离介质管道4的一端倾斜向上延伸，位于下部的波浪形管313从靠近介质管道4的一端至远离介质管道4的一端倾斜向下延伸。通过使位于上下两侧的波浪形管313分别向上下两侧倾斜，以便于提高相邻两根波浪形管313之间的间距，从而进一步提高加热的均匀性。
参照图3所示，本实施例中波浪形管313的截面形状为矩形，且矩形的长宽比大于三。参照图4所示，在其他实施例中，也可以将波浪形管313的横截面形状设置为椭圆形，当横截面形状为椭圆形时，需使椭圆形的长轴与短轴之比大于三。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种充分利用烟气余热的相变加热炉，包括撬装架(1)、相变筒(2)、换热筒(3)和介质管道(4)，所述相变筒(2)和换热筒(3)均设置在撬装架(1)上，所述换热筒(3)位于相变筒(2)的正上方；所述相变筒(2)内设置有隔板(21)，所述隔板(21)将相变筒(2)内分隔为位于下部的燃烧室(22)和位于上部的相变液室(23)，所述燃烧室(22)的内部设置有燃烧器(221)，所述燃烧室(22)远离燃烧器(221)的一端设置有烟管(24)，所述相变液室(23)与换热筒(3)相连通，所述介质管道(4)从换热筒(3)的一端伸入换热筒(3)内并从换热筒(3)的另一端伸出换热筒(3)，其特征在于：所述介质管道(4)包括预热段(41)、插入段(42)和伸出段(43)，所述换热筒(3)内设置有热交换管(31)，所述预热段(41)从烟管(24)的一端进入并从烟管(24)的另一端伸出，所述插入段(42)的一端连接在预热段(41)上，另一端与热交换管(31)的进口端相连通，所述伸出段(43)连接在热交换管(31)的出口端。
2.根据权利要求1所述的充分利用烟气余热的相变加热炉，其特征在于：所述烟管(24)包括第一支管(241)、第二支管(242)和第三支管(243)，所述第二支管(242)的直径大于第一支管(241)和第三支管(243)的直径，所述第一支管(241)与燃烧室(22)相连通，所述第一支管(241)远离燃烧室(22)的一端设置有扩口管(2411)，所述第二支管(242)连接在扩口管(2411)上，所述第二支管(242)远离第一支管(241)的一端设置有缩口管(2421)，所述第三支管(243)连接在缩口管(2421)上，所述预热段(41)从第二支管(242)远离第一支管(241)的一端进入并从第二支管(242)靠近第一支管(241)的一端伸出。
3.根据权利要求1所述的充分利用烟气余热的相变加热炉，其特征在于：所述热交换管(31)包括进口部(311)和出口部(312)，所述插入段(42)与进口部(311)相连通，所述伸出段(43)与出口部(312)相连通，所述进口部(311)与出口部(312)之间连通设置有多根截面形状为扁平状的波浪形管(313)。
4.根据权利要求3所述的充分利用烟气余热的相变加热炉，其特征在于：位于中部的所述波浪形管(313)与水平面平行设置，位于上部的所述波浪形管(313)从靠近介质管道(4)的一端至远离介质管道(4)的一端倾斜向上延伸，位于下部的所述波浪形管(313)从靠近介质管道(4)的一端至远离介质管道(4)的一端倾斜向下延伸。
5.根据权利要求3所述的充分利用烟气余热的相变加热炉，其特征在于：所述波浪形管(313)的截面形状为矩形，所述矩形的长宽比大于三。
6.根据权利要求3所述的充分利用烟气余热的相变加热炉，其特征在于：所述波浪形管(313)的截面形状为椭圆形，所述椭圆形的长轴与短轴之比大于三。
7.根据权利要求1所述的充分利用烟气余热的相变加热炉，其特征在于：所述相变筒(2)的顶部设置有液位计(25)、压力变送器(26)和温度变送器(27)。
8.根据权利要求1所述的充分利用烟气余热的相变加热炉，其特征在于：所述撬装架(1)的顶部设置有管道支撑架(11)，所述管道支撑架(11)上设置有用于支撑介质管道(4)和烟管(24)的支撑套筒(12)。
9.根据权利要求1或8所述的充分利用烟气余热的相变加热炉，其特征在于：所述撬装架(1)的顶部四角均设置有吊装耳(13)。
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- 2023-10-24 CN CN202311380545.5A patent/CN117109181A/zh active Pending
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