CN202220676U - 用于钻井平台的余热回收循环系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型的用于钻井平台的余热回收循环系统包括给水泵、软化水装置、软化水水箱、热水循环泵、余热回收换热装置和移动式蓄热装置；所述给水泵从外部水源抽取冷水，并将抽取的冷水输送至所述软化水装置；经所述软化水装置软化处理后的水盛装在所述软化水水箱内，并由所述软化水水箱输送至所述热水循环泵；所述热水循环泵使水在本余热回收循环系统中循环，从所述热水循环泵输出的水被输送至所述余热回收换热装置；所述余热回收换热装置与柴油发动机的排气口连接，水吸收烟气余热后变成水蒸气，所述水蒸气被输送至所述移动式蓄热装置；所述移动式蓄热装置用于储存水蒸气中的热能。

Description

用于钻井平台的余热回收循环系统
技术领域
本实用新型涉及柴油发动机余热综合利用技术，尤其涉及一种用于钻井平台的余热回收循环系统。
背景技术
钻井队冬季钻井需要大量蒸汽对钻井设备进行保温，例如，在环境温度为-25℃的条件下，钻井设备中需要保温在0℃以上才能维持整套设备正常工作的部位有：联动机上的继气器及其操作阀、绞车、司钻操控台上的继气器及其操作阀、司钻脚踏保温板、高架储油罐及其输油管系统、备用柴油机水箱及润滑系统、钻井平台暖气、钻井平台清污蒸汽、以及柴油发动机，现有技术通过燃煤、燃油锅炉或电蒸汽发生器产生蒸汽对这些部位进行保温，需要消耗大量能源。另外，钻井队生活区的供电也需要消耗大量能源，为满足钻井队生活区的供电需求，钻井队专门配备了发动机。
 一个钻井队通常配备多台柴油发动机，用于带动泥浆泵、钻机，为设备保温，为生活区供电等。研究表明，柴油发动机燃料的能量只有约35％被发电机组转化为动力或电能，约有30％随废气排出，25%被发动机冷却水带走，通过机身散发等其它损失约占10％左右，排气余热和冷却水损失的功率比有用功还多，目前占柴油发动机燃料近55％热值的排气余热和冷却水余热资源基本上被白白浪费掉。
随着社会不断发展，能源供应日趋紧张，节能、降耗，提高能源利用率越来越引起人们重视，柴油机余热利用是必然趋势。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于钻井平台的余热回收循环系统，收集柴油发动机烟气余热，产生饱和蒸汽、热水、热风等，通过采热、蓄热、供热、移动供热满足钻井队不同工况下的用热需要，取代原有加热锅炉，通过对冬季热备份柴油发动机水箱及润滑系统提供不间断的保温热能，每天可减少约10个小时的热备份运行时间，大大降低了能源消耗，降低产业成本。
为了达到上述的目的，本实用新型提供一种用于钻井平台的余热回收循环系统，包括给水泵、软化水装置、软化水水箱、热水循环泵、余热回收换热装置和移动式蓄热装置；所述给水泵从外部水源抽取冷水，并将抽取的冷水输送至所述软化水装置；经所述软化水装置软化处理后的水盛装在所述软化水水箱内，并由所述软化水水箱输送至所述热水循环泵；所述热水循环泵使水在本余热回收循环系统中循环，从所述热水循环泵输出的水被输送至所述余热回收换热装置；所述余热回收换热装置与柴油发动机的排气口连接，从柴油发动机的排气口排出的烟气通过所述余热回收换热装置，其余热被输送至余热回收换热装置的水吸收，水吸收烟气余热后变成水蒸气，所述水蒸气被输送至所述移动式蓄热装置；所述移动式蓄热装置用于储存水蒸气中的热能，以供使用。
上述用于钻井平台的余热回收循环系统，其中，所述余热回收换热装置包括外壳、导流板和双螺旋悬浮式盘管；所述外壳为腔体，其一端设有烟气进口、其另一端设有烟气出口；所述导流板设置在所述外壳内，且靠近所述外壳的烟气进口；所述双螺旋悬浮式盘管设置在所述外壳内；所述双螺旋悬浮式盘管的进水口与所述热水循环泵连接；所述双螺旋悬浮式盘管的出水口与所述移动式蓄热装置连接。
上述用于钻井平台的余热回收循环系统，其中，所述双螺旋悬浮式盘管的进水口均靠近所述外壳的烟气出口，且穿过所述外壳的侧壁与所述热水循环泵连接，管内的水从靠近所述烟气出口的位置流至靠近所述烟气进口的位置，再由所述双螺旋悬浮式盘管的出水口排出，所述出水口均穿过所述外壳的侧壁与所述移动式蓄热装置连接。
上述用于钻井平台的余热回收循环系统，其中，所述导流板呈半椭球状，面积较小的一端靠近所述外壳的烟气进口，面积较大的一端靠近所述双螺旋悬浮式盘管，所述导流板的外侧壁上设有螺旋状导流槽。
上述用于钻井平台的余热回收循环系统，其中，所述双螺旋悬浮式盘管的横截面均呈椭圆形。
上述用于钻井平台的余热回收循环系统，其中，所述外壳、导流板和双螺旋悬浮式盘管均采用ND钢材料制成。
上述用于钻井平台的余热回收循环系统，是集采热、蓄热、供热、移动供热为一体的装置，其中，所述移动式蓄热装置包括移动式蓄热箱和多个相变蓄热球，所述多个相变蓄热球设置在所述移动式蓄热箱内，且按阵列排列；所述移动式蓄热箱设有输入端和输出端，所述输入端与所述双螺旋悬浮式盘管的出水口连接，所述输出端用于输出热能。
本实用新型的用于钻井平台的余热回收循环系统采用余热回收换热装置收集柴油发动机排出的烟气余热，采用移动式蓄热装置储存热能，实现了柴油发动机烟气余热的再利用，收集的余热可满足钻井队不同工况下的用热需要，大大降低了能源消耗，降低产业成本；
本实用新型的用于钻井平台的余热回收循环系统采用移动式蓄热装置储存热能能满足即时生产、生活，适应钻井队生产间断性的特点（因为钻井队经常迁移）。
附图说明
本实用新型的用于钻井平台的余热回收循环系统由以下的实施例及附图给出。
图1是本实用新型用于钻井平台的余热回收循环系统的示意图。
图2是本实用新型中余热回收换热装置的示意图。
图3是本实用新型中双螺旋悬浮式盘管的横截面示意图。
图4是本实用新型中移动式蓄热装置的示意图。
具体实施方式
以下将结合图1～图4对本实用新型的用于钻井平台的余热回收循环系统作进一步的详细描述。
参见图1，本实用新型实施例的用于钻井平台的余热回收循环系统包括给水泵100、软化水装置200、软化水水箱300、热水循环泵400、余热回收换热装置500和移动式蓄热装置600；
所述给水泵100用于从外部水源抽取冷水，并将抽取的冷水输送至所述软化水装置200，在工质要求不高的情况下，所述外部水源就采用当地生活用水；
所述软化水装置200用于降低水的硬度，对水进行软化处理，能有效防止水在容器壁上生垢；
经软化处理后的水盛装在所述软化水水箱300内，并由所述软化水水箱300输送至所述热水循环泵400；
所述热水循环泵400用于使水在本余热回收循环系统中循环，从所述热水循环泵400输出的水被输送至所述余热回收换热装置500；
所述余热回收换热装置500与柴油发动机的排气口连接，从柴油发动机的排气口排出的烟气通过所述余热回收换热装置500，其余热被输送至余热回收换热装置500的水吸收，水吸收烟气余热后变成水蒸气，所述水蒸气被输送至所述移动式蓄热装置600；
所述移动式蓄热装置600用于储存水蒸气中的热能，储存在移动式蓄热装置600中的热能可用于钻井队生活区的供电、钻井设备的保温、钻井平台清污等。
本实用新型的用于钻井平台的余热回收循环系统采用余热回收换热装置收集柴油发动机排出的烟气余热，采用移动式蓄热装置储存热能，实现了柴油发动机烟气余热的再利用，收集的余热可满足钻井队不同工况下的用热需要，大大降低了能源消耗，降低产业成本；
本实用新型的用于钻井平台的余热回收循环系统采用移动式蓄热装置储存热能能满足即时生产、生活，适应钻井队生产间断性的特点（因为钻井队经常迁移）。
本实用新型的用于钻井平台的余热回收循环系统中所述余热回收换热装置500和移动式蓄热装置600的数量根据实际情况确定。
参见图2，较佳地，所述余热回收换热装置500包括外壳510、导流板520和双螺旋悬浮式盘管530；
所述外壳510为腔体，其一端设有烟气进口511、其另一端设有烟气出口512；
所述导流板520设置在所述外壳510内，且靠近所述外壳510的烟气进口511；
所述双螺旋悬浮式盘管530设置在所述外壳510内；
从所述烟气进口511进入的烟气先流经所述导流板520，再流经所述双螺旋悬浮式盘管530，最后从所述烟气出口512排出。
所述余热回收换热装置500采用双层悬浮式螺旋盘管作为换热元件，成倍数的增大了换热面积，另外，被加热介质（即水）在管内成螺旋线流动形式，可破坏管壁的介膜层，增加传热面的热传递，使得所述余热回收换热装置500产热快、产热量大；
   所述余热回收换热装置500的螺旋盘管在热媒温度、压力变化和离心力作用下，以及被加热水流动力的冲动下，使盘管自由上下，左右浮动和高频振动，可使水垢不易粘附在管壁上，螺旋盘管产生的热伸冷缩变化也可使管内垢片碎裂脱落，然后被水带出，实现自动除垢；
双层悬浮式螺旋盘管在壳体内具有较大的弹性伸缩空间，当热媒和螺旋盘管遇到冷热或震动产生膨胀冷缩变化时，由于浮式螺旋盘管特殊结构会将能量在壳体内就得到释放缓解，因此螺旋盘管与壳体接口处不会受到冲击，不易泄露，固定性能优良；
所述余热回收换热装置500在柴油发动机的振动和烟气吹动作下，能自动有效的减少积碳，保持所述双螺旋悬浮式盘管530表面清洁；
所述余热回收换热装置500结构紧凑合理，占空间小，现场安装、拆卸、维护、维修、使用简单方便。
较佳地，所述双螺旋悬浮式盘管530的进水口531靠近所述烟气出口512，所述进水口531穿过所述外壳510的侧壁与所述热水循环泵400的输出端连接，所述双螺旋悬浮式盘管530管内的水从靠近所述烟气出口512的位置成螺旋线流动形式流至靠近所述烟气进口511的位置，再由所述双螺旋悬浮式盘管530的出水口532排出，所述出水口532穿过所述外壳510的侧壁与所述移动式蓄热装置600的输入端连接；
较佳地，所述导流板520呈半椭球状，面积较小的一端靠近所述烟气进口511，面积较大的一端靠近所述双螺旋悬浮式盘管530，所述导流板520的外侧壁上设有螺旋状导流槽（图2中未示）；
从所述烟气进口511进入的烟气流经所述导流板520时，在所述螺旋状导流槽的导流作用下形成螺旋状烟气气流，所述螺旋状烟气气流与进入双螺旋盘管管内工质（水）进行强化换热，使管内工质在逆向流动时形成三个热能的梯级利用区域，即预热、加热、过热，使工质得到了充分的换热，大大的提高了换热效率。
制作所述双螺旋悬浮式盘管530的方法是，一根椭圆直管按一定尺寸比例先绕制一个大管圈533，再绕制一个小管圈534，完成第一匝绕制，接着又绕制一个大管圈、一个小管圈，完成第二匝绕制，如此重复，直至绕制的匝数满足设计要求。
较佳地，所述外壳510、导流板520和所述双螺旋悬浮式盘管530均采用ND钢（即09CrCuSb钢）材料制成，ND钢是目前最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀”用钢材，可抵御含硫烟气结露点腐蚀，而且ND钢还具有耐氯离子腐蚀的能力，大大提高了所述余热回收换热装置500的使用寿命；
由于所述余热回收换热装置500采用了ND钢制作，与其它管壳式热交换器相比，换热量提高了3～5倍，在汽-水换热中，传热系数K值在4500K～6500K之间，在水-水换热中，传热系数K值在3200K～5000K之间。
参见图3，较佳地，所述双螺旋悬浮式盘管530的横截面均呈椭圆形，在换热面积相同的情况下，椭圆管受到的阻力F（烟气流动过程中产生的）远小于圆管受到的阻力，使螺旋盘管受到的背压力大大减小。
参见图4，较佳地，所述移动式蓄热装置600包括移动式蓄热箱610和多个相变蓄热球620，所述多个相变蓄热球620设置在所述移动式蓄热箱610内，且按阵列排列；所述移动式蓄热箱610设有输入端611和输出端612，所述输入端611与所述大螺旋盘管530及小螺旋盘管540的出水口连接，所述输出端612用于输出热能。
所述相变蓄热球620可采用蓄热能力强、价格便宜、不对环境产生污染的相变材料制成，可降低移动式蓄热装置600的制作成本，提高移动式蓄热装置600的蓄热能力；
所述移动式蓄热装置600可移动，可实现热能的移动配送，可随井队转场提供热源；避免钻井队冬季开钻需要动火加温所形成的安全隐患，大大的提高开钻的工作效率；
所述移动式蓄热装置600可做成模块式可根据现场需要进行移动供热，满足餐饮、洗浴等职工生活需求。

Claims (7)

1.一种用于钻井平台的余热回收循环系统，其特征在于，包括给水泵、软化水装置、软化水水箱、热水循环泵、余热回收换热装置和移动式蓄热装置；
所述给水泵从外部水源抽取冷水，并将抽取的冷水输送至所述软化水装置；
经所述软化水装置软化处理后的水盛装在所述软化水水箱内，并由所述软化水水箱输送至所述热水循环泵；
所述热水循环泵使水在本余热回收循环系统中循环，从所述热水循环泵输出的水被输送至所述余热回收换热装置；
所述余热回收换热装置与柴油发动机的排气口连接，从柴油发动机的排气口排出的烟气通过所述余热回收换热装置，其余热被输送至余热回收换热装置的水吸收，水吸收烟气余热后变成水蒸气，所述水蒸气被输送至所述移动式蓄热装置；
所述移动式蓄热装置用于储存水蒸气中的热能，以供使用。
2.如权利要求1所述的用于钻井平台的余热回收循环系统，其特征在于，所述余热回收换热装置包括外壳、导流板和双螺旋悬浮式盘管；
所述外壳为腔体，其一端设有烟气进口、其另一端设有烟气出口；
所述导流板设置在所述外壳内，且靠近所述外壳的烟气进口；
所述双螺旋悬浮式盘管设置在所述外壳内；
所述双螺旋悬浮式盘管的进水口与所述热水循环泵连接；
所述双螺旋悬浮式盘管的出水口与所述移动式蓄热装置连接。
3.如权利要求2所述的用于钻井平台的余热回收循环系统，其特征在于，所述双螺旋悬浮式盘管的进水口均靠近所述外壳的烟气出口，且穿过所述外壳的侧壁与所述热水循环泵连接，管内的水从靠近所述烟气出口的位置流至靠近所述烟气进口的位置，再由所述双螺旋悬浮式盘管的出水口排出，所述出水口均穿过所述外壳的侧壁与所述移动式蓄热装置连接。
4.如权利要求2或3所述的用于钻井平台的余热回收循环系统，其特征在于，所述导流板呈半椭球状，面积较小的一端靠近所述外壳的烟气进口，面积较大的一端靠近所述双层螺旋悬浮式盘管，所述导流板的外侧壁上设有螺旋状导流槽。
5.如权利要求2所述的用于钻井平台的余热回收循环系统，其特征在于，所述双螺旋悬浮式盘管的横截面均呈椭圆形。
6.如权利要求2、3或5所述的用于钻井平台的余热回收循环系统，其特征在于，所述外壳、导流板和双螺旋悬浮式盘管均采用ND钢材料制成。
7.如权利要求1所述的用于钻井平台的余热回收循环系统，其特征在于，所述移动式蓄热装置包括移动式蓄热箱和多个相变蓄热球，所述多个相变蓄热球设置在所述移动式蓄热箱内，且按阵列排列；所述移动式蓄热箱设有输入端和输出端，所述输入端与所述双螺旋悬浮式盘管出水口连接，所述输出端用于输出热能。
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