CN203731677U - 页岩气加热炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种页岩气加热炉，包括加热炉炉体和炉内火筒，炉体的水平一端为燃料气进口端，另一端为页岩气管道接口端；炉体内腔下半部设置封闭的燃烧火筒，火筒外部的炉体内腔为充水空间；火筒一端连接燃烧装置，另一端连通反向延伸的烟管，烟管依次与烟箱、烟囱连接；燃烧气进口端处，火筒的外侧设置燃烧装置，燃烧气源进口管道与燃烧装置点火端连通；采用了卧式内燃两回程的燃烧结构，燃料气沿火筒顺向加热，又反向沿烟管回流，加热效果好，热效率高，同时使得烟管和火筒布局紧凑、炉体体积变小；炉内筒体采用直火筒和波形火筒相结合的强化传热结构。

Description

页岩气加热炉

技术领域

本实用新型涉及石油工程技术领域，特别涉及一种页岩气开发中油气集输工艺采用的加热炉。

背景技术

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气。

水套加热炉是油气田勘探开发中的重要设备之一，由于油气物性参数的不同以及油气集输工艺流程的需要，所采用的加热方式和设备也不完全一样，因此，所用的加热炉很难形成定型标准的产品。目前在市场上开发的类似产品有天然气加热炉、分体式加热炉和真空相变加热炉等产品，虽然在很大程度上也满足了用户的需求，但是，在加热炉的结构、热能利用的效率等方面尚还有改进或提高之处。而对于以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规页岩气，则还没有一种针对其专用的加热炉。传统加热炉适用于该领域时，又无法满足加热需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有加热炉无法应用于目前率先开发的页岩气生产过程，提供一种页岩气加热炉，能够较好适应页岩气生产，同时具有体积小、结构紧凑、热效率高、金属耗量少的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种页岩气加热炉，包括加热炉炉体和炉内火筒，其特征在于：炉体的水平一端为燃料气进口端，另一端为页岩气管道接口端；炉体内腔下半部设置封闭的燃烧火筒，火筒外部的炉体内腔为充水空间；

火筒一端连接燃烧装置，另一端连通反向延伸的烟管，烟管依次与烟箱、烟囱连接；

燃烧气进口端处，火筒的外侧设置燃烧装置，燃烧装置与烟箱连通，燃烧气源进口管道与燃烧装置点火端连通；

页岩气管道接口端，炉体的另一端通过炉体法兰封闭，页岩气进入管道穿过法兰后伸入进入炉体上半部的内腔中形成换热盘管；在燃烧筒体的顶部沿筒体中心线方向换热盘管的下方设置水平滑轨，管板设置在滑轨上且能够沿滑轨滑动，换热盘管穿过管板并由管板支撑；换热盘管两端分别连通相应的页岩气进口和页岩气出口。

上述技术方案中，所述的火筒包括直火筒和波形火筒，所述波形火筒沿水平方向间隔设置在直火筒之间；波形火筒为母线呈波浪线状延伸的圆筒体。

上述技术方案中，火筒的另一端设置水平伸出炉体外部的看火装置。

上述技术方案中，火筒底部由火筒托架弧板支撑托起，火筒托架弧板通过间隔设置的托架支撑沿径向支撑在炉体内。

上述技术方案中，烟管采用螺旋槽烟管。

上述技术方案中，烟管置于火筒的前后侧，且前后侧烟管均位于炉体内腔下半部分。

上述技术方案中，烟管由烟管管板支撑，烟管管板支撑于火筒和炉体之间。

上述技术方案中，所述烟箱设置能够开闭的清灰门。

上述技术方案中，炉体顶部设置人孔、膨胀水箱、补水口，炉体下部设置排污口；炉体壁设置保温防护层。

上述技术方案中，燃烧装置采用负压燃烧的全自动燃烧器及控制系统；还设置自动补水控制器、自动调节负荷控制器、熄火保护控制器、远程紧急关断控制器，各控制器均与相应仪表系统连接。

上述技术方案中，页岩气换热盘管为承压达 42MPa的无缝钢管。

上述技术方案中，为了集成吊装和运输，炉体通过底部水平两端的鞍式支座与撬座设为一体。

本实用新型所述加热炉的工作原理如下：从井口来的页岩气由页岩气进入管道进入换热盘管中，页岩气管道在充水空间内的水浴加热作用下与烟管换热从而将页岩气加热；加热后的页岩气回程继续换热，并最后通过页岩气输出管道输出；

燃料气进入燃烧装置点火燃烧，燃烧后烟气沿火筒及烟管传热到炉体充水空间的水，将水加热到一定的温度，加热后的水再将热量传递给换热盘管内的页岩气；之后，烟气逆向到达烟箱，经烟箱汇集后由烟囱排放。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果如下：

1）采用了特有的卧式内燃两回程的燃烧结构，强化传热技术；燃料气沿火筒顺向加热，又反向沿烟管回流，加热效果好，热效率高；同时使得烟管和火筒布局紧凑、炉体体积变小。

2）炉内筒体采用直火筒和波形火筒相结合的强化传热结构，使得加热效果好，热效率高，同时保证了火筒的热膨胀和强度要求。

3）烟管设置在炉内燃烧筒体两侧，且烟管表面设置螺旋槽强化传热技术。。

4）页岩气换热盘管承压能力高：可满足压力高达42MPa页岩气的要求。

5）整体撬块化：炉体、燃烧器、梯子平台、烟囱、炉后配管等集成撬装于一体；结构紧凑，安装简便。 

 6）便于维修的装卸式结构：对于需要维修的关键部件采用装卸结构，如炉体壳体后部采用法兰连接，便于整个换热盘管的拆卸维修或更换；烟箱门可以开闭，便于清灰。 

7）自动化与无人值守：采用负压燃烧的全自动燃烧器及控制系统，可使加热炉在无电情况下运行，适用性强；具有自动补水，自动调节负荷、自动燃烧调节、熄火保护、远程紧急关断等功能，可实现无人值守功能。

附图说明

以下结合附图和各实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为根据本实用新型的整体结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的A向视图；

图4为炉体部分的主视图；

图5为图4的俯视图；

图6为 图4的A-A截面视图；

图7为图4的A向视图。

图中各标记对应如下：1-燃烧装置；2-烟箱；3-仪表系统；4-烟囱；5-梯子；6-保温防护层；7-炉体；7-1-鞍式支座； 7-4-火筒；7-6-换热盘管；7-16-滑轨；7-17-管板；7-24-后封头；；7-26-页岩气进出管法兰； 7-31-排污口；7-33-直火筒；7-34-烟管管板；7-36-波形火筒； 7-44-火筒托架弧板；7-45-托架支撑； 8-看火装置；9-撬座；10-盘管阀组；11-人孔；12-排气放空口；13-补水口；14-燃料气进口管道；15-炉体法兰；16-一级页岩气出口；16.1-一级页岩气进口；17-二级页岩气出口；17.1-二级页岩气进口；18-膨胀水箱；19-烟管；20-充水空间。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步详细的说明。

根据本实用新型研制的页岩气加热炉，包括加热炉炉体7和炉内燃烧筒体7-4，其特征在于：炉体7的水平一端为燃料气进口端，另一端为岩气管道接口端；炉体7内腔下半部设置封闭的燃烧火筒7-4，火筒7-4外部的炉体内腔为充水空间20；

燃烧气进口端处，燃烧筒体7-4的外侧设置燃烧装置1，燃烧装置1与与烟箱2连通，燃烧气源进口管道14与燃烧装置1点火端连通；火筒7-4一端连接燃烧装置1，另一端连通反向延伸的烟管19，烟管19依次与烟箱2、烟囱4连接；

在岩气管道接口端，加热炉炉体7的另一端通过炉体法兰15封闭，炉体法兰15外设置页岩气盘管阀组10；其中，页岩气进入管道从页岩气进口（一级页岩气进口16.1，二级页岩气进管17.1）穿过炉体法兰15后伸入炉体7上半部的内腔中形成换热盘管7-6；在火筒7-4的顶部沿筒体中心线方向设置水平滑轨7-16，管板7-17设置在滑轨7-16上并能沿滑轨7-16滑动，换热盘管7-6穿过管板7-17并由管板7-17支撑；换热盘管7-6两端分别连通相应的页岩气进口（一级页岩气进口16.1，二级页岩气进管17.1）和页岩气出口（一级页岩气出口16， 二级页岩气出口17）。

在图4-7优化的方案中，更进一步的在炉体法兰15外侧设置后封盖7-24，保证法兰连接部分的干净无污染。

上述技术方案中，所述的火筒7-4包括直火筒7-33和波形火筒7-36，所述波形火筒7-36沿水平方向间隔设置在直火筒7-33之间；波形火筒7-36为母线呈波浪线状延伸的圆筒体。

火筒7-4另一端设置水平伸出的看火装置8，看火装置8的末端伸出炉体外并设置透明看火窗。

上述技术方案中，烟管19采用表面设置螺旋槽烟管，即烟管表面设置螺旋槽。

上述技术方案中，烟管19置于火筒7-4燃烧筒体7-4的前后侧，且前后侧烟管19均位于炉体7内腔下半部分。烟管19由烟管管板7-34支撑，烟管管板支撑于火筒和炉体之间。

上述技术方案中，火筒7-4底部由火筒托架弧板7-44支撑托起，火筒托架弧板7-44通过间隔设置的托架支撑7-45沿径向支撑在炉体7内。

上述技术方案中，所述烟箱2设置能够拆卸的烟箱门，保证能够清灰。

上述技术方案中，炉体7顶部设置人孔11、膨胀水箱18、补水口13，仪表系统3；炉体下部设置排污口7-31；炉体外壁设置保温防护层6。膨胀水箱18与炉内充水空间20连通，膨胀水箱18上设置排气放空口12，在炉内冲水空间的水受热膨胀压力增大时，由排气放空口12释放压力。

上述技术方案中，页岩气换热盘管7-6为承压能够达到42MPa的无缝钢管。

上述技术方案中，燃烧装置1采用负压燃烧的全自动燃烧器及控制系统；还设置自动补水控制器、自动调节负荷控制器、自动燃烧调节控制器、熄火保护控制器、远程紧急关断控制器，各控制器均与相应仪表连接。

上述技术方案中，炉体7设置于撬座9之上且和撬座9设为一体；进一步的，炉体7通过底部水平两端的鞍式支座7-1与撬座9设为一体。

本实用新型的工作原理如下：工作时，燃料气从燃烧气进口管道14顺序进入燃烧装置1点火燃烧，燃烧后烟气沿火筒7-4蔓延充满火筒7-4，火筒7-4内的烟气沿烟管19反向流动并与炉内充水空间20的中间介质水进行换热，热水再与换热盘管7-6中页岩气换热；之后，烟气到达烟箱2，经烟箱2汇集后由烟囱4排放；

页岩气由页岩气进入管道进入换热盘管7-6中，并在换热盘管7-6中先向炉体一端蔓延后再折返回另一端，各往返双程的换热盘管7-6在充水空间20内的水浴加热换热；加热后的页岩气通过页岩气出口（一级页岩气出口16， 二级页岩气出口17）输出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1）采用了特有的卧式内燃两回程的燃烧结构、强化传热技术；燃料气沿火筒顺向加热，又反向沿烟管回流，加热效果好，热效率高；同时使得烟管和火筒布局紧凑、炉体体积变小。

2）炉内火筒采用平直火筒和波形火筒相结合的强化传热结构，使得加热效果好，热效率高，同时保证了筒体的热膨胀和强度要求。

3）烟管设置在火筒筒体两侧，且烟管表面设置螺旋槽强化传热技术；有利于烟管加热水体。

4）页岩气换热盘管承压能力高：可满足压力高达42MPa页岩气的加热要求。

5）整体撬块化：炉体、燃烧器、梯子平台、烟囱、炉后配管等集成撬装于一体；结构紧凑，安装简便。 

 6）便于维修的装卸式结构：对于需要维修的关键部位采用装卸结构，如炉体壳体后部采用法兰连接，便于整个换热盘管的拆卸维修或更换；烟箱门可以开闭，便于清灰。 

7）自动化与无人值守：采用负压燃烧的全自动燃烧器及控制系统，可使加热炉在无电情况下运行，适用性强；具有自动补水，自动调节负荷、自动燃烧调节、熄火保护、远程紧急关断等功能，可实现无人值守功能。

本实用新型严格按照SY0031-2004《石油工业用加热炉安全规定》及SY/T5262-2009《火筒式加热炉技术条件》进行设计、制造和检验。

Claims (10)

1.一种页岩气加热炉，包括加热炉炉体和炉内火筒，其特征在于：炉体的水平一端为燃料气进口端，另一端为页岩气管道接口端；炉体内腔下半部设置封闭的燃烧火筒，火筒外部的炉体内腔为充水空间；

火筒一端连接燃烧装置，另一端连通反向延伸的烟管，烟管依次与烟箱、烟囱连接；

燃烧气进口端处，火筒的外侧设置燃烧装置，燃料气进口管道与燃烧装置点火端连通；

页岩气管道接口端，炉体的另一端通过炉体法兰封闭，炉体法兰外为盘管阀组；其中，页岩气进入管道由页岩气进口穿过法兰后伸入炉体上半部的内腔中形成换热盘管，换热盘管两端分别连通相应的页岩气进口和页岩气出口；沿筒体中心线方向，火筒内换热盘管的下方设置水平滑轨，管板位于滑轨上，换热盘管穿过管板并由管板支撑固定，管板能够带动换热盘管沿滑轨滑动。

2.根据权利要求1所述的页岩气加热炉，其特征在于：所述的火筒包括直火筒和波形火筒，所述波形火筒沿水平方向间隔设置在直火筒之间；波形火筒为母线呈波浪线状延伸的圆筒体。

3.根据权利要求1或2所述的页岩气加热炉，其特征在于：火筒的另一端设置水平伸出炉体外部的看火装置。

4.根据权利要求3所述的页岩气加热炉，其特征在于：火筒底部由火筒托架弧板支撑托起，火筒托架弧板通过间隔设置的托架支撑沿径向支撑在炉体内。

5.根据权利要求1或2或4所述的页岩气加热炉，其特征在于：烟管采用螺旋槽烟管。

6.根据权利要求5所述的页岩气加热炉，其特征在于：烟管置于火筒的前后侧，且前后侧烟管均位于炉体内腔下半部分。

7.根据权利要求1或2或4或6所述的页岩气加热炉，其特征在于：烟管由烟管管板支撑，烟管管板支撑于火筒和炉体之间。

8.根据权利要求7所述的页岩气加热炉，其特征在于：所述烟箱设置能够开闭的清灰门。

9.根据权利要求1或2或4或6或8所述的页岩气加热炉，其特征在于：炉体顶部设置人孔、膨胀水箱、补水口，炉体下部设置排污口；炉体壁设置保温防护层。

10.根据权利要求9所述的页岩气加热炉，其特征在于：燃烧装置采用负压燃烧的全自动燃烧器及控制系统；还设置自动补水控制器、自动调节负荷控制器、熄火保护控制器、远程紧急关断控制器，各控制器均与相应仪表系统连接。