CN2129335Y - 石油井口采油树恒温箱 - Google Patents

Abstract

石油井口采油树恒温箱是石油井口采油树专用 的加热保温设备。它由外壳、仪表盘、操作盘、配电 箱、电气自动控制箱、外热式(或内热式)远红外油管 加热炉、恒温箱加热炉、温度传感系统、双向可控硅调 压系统组成。该设备采用了寿命长、稳定性好、可靠 性高、造价低廉的远红外发热元件，热效率可达90％ 以上，节电30％左右。该设备具有温度自动控制和 温度数字显示功能，瓦斯自动检测、自动报警、自动排 放功能，省电省力、安全可靠，可改善工人劳动条件， 增加企业经济效益。

Description

本实用新型采油树恒温箱是石油井口采油树专用的加热保温装置，主要解决石油井口采油树冬季加热保温问题，除此之外，稍加改制，亦可用于油田输油加压泵站，油田注水井口、输水、输油管道的加热保温，是油田冬季正常采油必不可少的专用加热保温装置。

在我国北方各油田，由于地理原因，冬季气温较低，有的油田冬季最冷时可达到－40℃以下，而且冬季持续时间较长，约为6－7个月，在这样长的低温环境下采油是很困难的。当原油从地下油层沿采油井管道上升时，管道中的油压逐渐降低，油温也随之下降，当原油上升到地面高度时，由于井口环境温度很低，原油中的泥砂、水分、石腊就会冻结而堵塞井口喷油咀、闸门、仪表失灵，采油工作不能正常进行，甚至造成被迫停产。为了解决这个问题，确保油田冬季正常采油，油田先后采用了多种办法，如有的油田采用了锅炉一暖气系统，在10－15口采油井中安装一套锅炉系统来解决井口保温问题，有的油田在井口盖上小水泥房或在采油树上环绕电热带来解决井口保温，虽然保温问题得到了解决，但这些方法却存在着热效率低、耗能高、成本大、造价高、费人费工，经济效益低等缺点。

本实用新型设备就是为了既解决石油井口采油树的保温问题，又能克服现在各油田采用的保温措施所存在的缺点而研制的新型石油井口采油树保温加热设备，当野外环境温度在－40℃以下时，恒温箱内的温度可恒定的保持在＋10℃左右，该设备由保温箱外壳（10、13、15、11）、仪表箱（16）、操作盘（2）、仪表盘（1）、电源箱（9）、电气控制箱（4）、双扇门（6）、远红外加热炉（图4、图5）、温度传感器电气系统（图6），气敏传感器电气系统（图8），双向可控硅调压系统及供配电系统（图7）等各部分组成。

保温外壳由前保温外壳（11）和三块后保温外壳（10、13、15）组成，保温外壳由1－1.5mm厚的钢板焊成中空60mm的双层壳体，中间充填价格低廉，保温隔热性良好的聚苯乙烯泡沫板或岩棉材料，在后保温外壳左侧一块的左端面上开有－U型孔，作为采油树采样管出口，中间一块的上部中央部位开有两孔（12，14）一孔为采油树立管出口，一孔为瓦斯排放孔，在右侧一块的右端面上开有－U型孔，作为采油树清腊管的出口，这三块外壳之间与前外壳之间用螺栓联接、形成一个整体，在各联接处用毡垫密封。

在前保温外壳的上部是一个斜梯形的结构，在平面正中部位布置了仪表箱（16），与前壳体焊接成一整体，（主要从观察方便考虑）在仪表箱的正面镶有仪表盘（1），在盘面上装有总电压表（62），总电流表（63），数字温度表（64），恒温箱加热炉电流表（65），油管加热炉电流表（66），总电源指示灯（70）、油管加温指示灯（71），瓦斯含量正常指示灯（72）、瓦斯含量超限指示灯（73）、瓦斯含量超限报警蜂呜器（74）。

在前保温外壳上部水平方向的斜面上正中部位布置了操作盘（2）、盘面布置在斜面以下的操作箱内（主要考虑油田野外环境因素），上面玻璃封挡。在盘面上布置有电源开关（75），箱温功率调节旋钮（76），管温功率调节旋钮（77），瓦斯报警灵敏度调节旋钮（78），温度数字显示转换开关（79），箱内温度下限灵敏度调节旋钮（80），油管温度上限灵敏度调节旋钮（82）、油管温度下限灵敏度调节旋钮（83）。

在前保温外壳正面的中间部位布有一个两开的双层保温门（6），门的内外平面形成15°的斜面（以考虑密封原因），在门框四周的斜面上镶有橡胶条，保证双扇门在关闭后，门与外壳之间严密封闭，以起到更好的保温效果，门与外壳之间用活页联接，这两扇门的作用是为了便于操作人员对采油树闸门的操作和对采油树仪表的观察及维修。

在前保温外壳正面的左边布有电源箱（9），箱内有两条铜母线排（92），六只单相保险插座盒（93）、五只单相刀闸（94）、两只电源变压器（95）、一排出线端子排（97），在电源箱体（102）上部有一电源进线孔（103），下部有一出线孔（104），在电源箱的门上安有手柄（105），为了安全，还安有一个门锁（7），电源箱内的配电板用四条螺栓（96）固定在底盒上的支架（99）上。一只电源变压器供温度传感器电系统用电，一只变压器供气敏传感器电气系统用电，还有三路供两个加热炉用电一个电磁伐用电。

在前保温外壳正面的右边布有一个电气系统控制箱（4），在箱内沿垂直方向焊有一个立柱，把控制箱分为两部分，每一部分各有一块底板与立柱用活页（89）联接。在左边底板（87）上布有六块印刷电路板（88），每块印刷板的两侧各有一导向支架（90），以确保印刷板在水平方向的位置不变，另外在六块印刷板的对应位置的底板上各装有一只多位接线插座（85），为安装和检修印刷板提供方便，每块底板各用两条螺栓（91）与底板支架固定。在右边底板的下边布有一只多节线端子排（86）以方便的联接印刷线路与其它元件的接线，在右边底板上装置大功率晶体管和可控硅管以使管子良好散热，而且不影响其他元件的功能，在控制箱门（4）上装有手柄（32）和门锁（3），以保证控制箱内线路及元件的安全（因控制箱是该恒温箱的关键组成部分）在端子排上下的箱体壳上各有一个孔（107）作为电源线出入孔。

加热炉有两种，一种是为箱内空气加热的小功率远红外加热炉，（功率约为300W），另一种是大功率远红外油管加热炉（功率约为1000W），而大功率远红外油管加热炉又分为外热式和内热式两种。

外热式远红外油管加热炉（图4），由外壳（40），前端盖（37），前绝缘板（38），碳化硅棒（42），后绝缘板（43），后外壳（44）等部件组成。该加热炉的形状为两块半园形金属外壳，两块之间用活页（46）联接成可以活动的整体，在外壳与前后绝缘板之间有30MM厚的保温层，中间充填绝热性能好，价格低廉的岩棉材料。该加热炉安装在恒温箱内采油树水平出油管壁上，即在不改变采油树上原有任何结构的几何尺寸，将两块半园型的加热炉套在水平出油管壁上，并用螺栓将加热炉紧紧的固定在出油管上。使用时，先将电源电缆引入接线板（55）的接线柱（34）上，通过联线（36、45）将各硅碳棒串联起来；接通电源后硅碳棒发热；加热管升温；使管内低温原油升温，热油运动使采油树上的喷油咀、闸门、仪表不致冻结而失灵，从而实现了石油采油工作的正常进行。

内热式远红外油管加热炉（图5），是由进油管法兰盘（47）、进油短管（50）、炉体（54）、保温层（53），前保温板（56），后保温板（49），前端盖（58），后端盖（48），出油短管（59），出油管法兰盘（61），加热小管（55），硅碳棒（52），加热炉绝缘板（57），穿心螺栓（51）等部件组成。该加热炉的结构是将一长一短，一大一小两截金属园管焊成中空30MM的双层管，形成炉体（54），其内充填保温性能良好，价格便宜的岩棉绝热材料（53），在中空管的两端再焊上两块与外径相同的中空保温板（49、56）其内充填保温材料，在这两块板的水平方向各开两个孔，前孔大，后孔小，在每个孔内焊上一根小直径的金属管（55）作为加热管，在管内装加热炉，加热炉制成鼠笼形式，即在前后绝缘板之间沿园周方向装上四根硅碳棒发热件（52）并用穿心螺栓（51）将前后绝缘板（57）夹紧，硅碳棒即被固定。另外在前后保温板（49、56）中心垂线上的上部或下部再开一个孔，其孔径与采油树水平出油管径相同，在孔的外侧各焊一截短金属管（50、59），在短管的另一端各焊一法兰盘（47、61）。安装时，先将采油树上水平出油管断开，其断开长度与加热炉最长尺寸相同。在两个断处各焊一法兰盘（与加热炉法兰盘同规格），将加热炉法兰盘与出油管法兰盘对齐，垫上密封垫用螺栓夹紧，加热炉与采油树即形成一个整体。在加热管上固定一测温元件热敏电阻RT，在使用时，先将电源电缆从电电缆孔穿入接在前保温板上的接线柱上，接通电源，两个鼠笼形加热炉发热，加热管升温，当地下原油沿油管上升进入加热炉空腔内即被加热管加热，热油运动，使采油树上的喷油咀、闸门、仪表不致冻结而失灵，从而保障了采油工作在冬季正常进行。

恒温箱远红外加热炉（图13），由炉壳（110），左绝缘板（109）、硅碳棒（111），右绝缘板（113），支架（114）等部分组成。炉壳作成倒梯形封闭式，在左右绝缘板（109、113）之间装有两根发热元件硅碳棒（111），将炉体安装在恒温箱内底板（112）上用螺栓（115）将炉体与恒温箱紧紧的联接成一个整体，炉体用螺栓（108）固定在支架上，炉面角度在180°范围内任意可调。为了提高热量向上幅射的程度，在炉体内外壳内侧装有热能反射板（117），在硅碳棒的两头装有电线卡（120），用联线将硅碳棒串联起来，在炉壳右侧面开有一进线孔（116），电源线由此孔进入加热炉。

本实用新型恒温箱在设计电气控制电路时采用了精度高，观察方便、准确、直观的数字显示、温度双限自动控制系统（见图6），该系统采用具有负温度系数特征的热敏电阻作为测温元件，当该系统接通电源后，加热炉开始加热，加热管温度开始上升，在温度不断上升的过程中，电路中平衡点的电位开始变化，两块大规模集成电路迅速采样，比较鉴别、放大、进行高速运算，当被测的加热管温度上升到原设定的最高值时（即上限温度），热敏电阻阻值降到最低值，使BG₁三极管导通，继电器J₁的辅助常开接点闭合，红色指示灯亮（71），J₁串在加热回路中的常闭接点断开，切断了加热炉电源，加热管的温度开始下降，温度在下降的过程中，测温元件热敏电阻随着温度的不断下降，其自身内电阻不断增加，电路中平衡点电位也在不断变化，当电位与平衡点电位达到平衡状态时，BG₁又截止了，BG₂导通了，继电器J₁断电释放，其常开接点和常闭点都恢复到原始状态，红灯灭（71），绿灯亮（70），加热炉又恢复到加热状态，加热管温度又开始上升，整个系统就这样周而复始循环运转，使加热管温度始终控制在设定的上下限温度范围内。

加热管的温度控制可调节操作盘上旋钮（81）来实现，上限温度灵敏度的调整通过旋钮（82）来实现，下限温度灵敏度的调整通过旋蔚（83）来实现，在操作过程中可通过改变数字温度表转换开关（79）的挡位直接在数字温度表上读出原来上下限温度数值和调整后的上下限温度数值，还可读出实际测得的温度数值。

数字温度表（64）是由大规模集成电路A／D转换器和三位半数字显示器组成的，它将温度自动控制电路中的电压变量直接输入到转换显示电路中，并以数字的形式显示出来。

该温度自动控制系统最高控温范围可达－200℃～800℃，控温精度可达0.2℃～30℃的范围内自由调节，其输出触点的负载能力较强，可直接控制三组600～1000W的冷热源，因此该系统可以很好的满足现场需要，且具有控温能力强，控温范围大，控温精度高、误差小，读数直观，方便、准确、负载能力强等特点。

本实用新型采油树恒温箱还设计了瓦斯气体自动检测，含量超限自动排放、声光自动报警功能（如图8），气体检测元件采用了对天然气，液化石油气，易燃易爆性气体特别敏感的QM型气敏传感元件，当恒温箱内瓦斯气体含量正常时，该系统处于相对平衡状态，继电器J₁处于原始释放状态，绿色指示灯亮（72），表示一切正常。当恒温箱内瓦斯含量超限（超过国家规定的有关标准）时，由气敏传感元件自身物理特性原因，破坏了该检测系统的电路平衡状态，使BG₁半导体三极管由原来的截止状态翻转到导通状态，经过BG₄、BG₅组成的达林顿复合管的放大，其放大后的电流使继电器J₁吸合，其辅助常闭接点打开，绿色指示灯灭（72），J₁的辅助常开接点闭合，红色报警指示灯亮（73），蜂鸣器发出声（74），同时串联在电磁开关电路中的常开接点J₃闭合，电磁伐通电吸合，打开恒温箱后中外壳上专设的瓦斯排放孔（12），排出箱内超限瓦斯，使箱内瓦斯含量降到安全的标准含量，此时电气系统又恢复到原始的相对平衡状态，红灯灭，绿灯亮、蜂鸣器停止报警，电磁伐处于关闭状态，周而复始如此循环，实现了瓦斯气体自动检测，超限声光报警自动排放的目的。

本实用新型采油树恒温箱在供电系统中还设有双向可控硅功率连续可调电路（见图7虚线框内），当线路接通电源后，正弦交流电通过R、W向电容进行正向和反向充电，当电容上的充电电压高于双向二极管2CTS的拆转电压时，2CTS即导通，电容放电触发双向可控硅导通，当双向可控硅导通后，负载电源回路即被接通加热炉开始加热，通过对电位器W阻值大小的调节，可以改变电容器充电的速率和周期，从而调整双向可控硅的导通角，改变流向双向可控硅的电流使加热炉的功率得以改变，炉温得到调节，同时在该电路中还增设了抗干扰电路，以防因本系统产生的噪声和高次谐波对电源网络系统中其他用电设备的干扰，特别是对声像家电设备的干扰。

本实用新型采油树恒温箱采用了寿命长、稳定性好，可靠性高，价格便宜的远红外发热元件——硅碳棒、该发热元件具有负温度特性，即在常温下其电阻值较大，在1000℃以下时，电阻值随温度的增加而减小，其物理物特性处于最佳状态，寿命最长可达10年以上。在本系统中我们设计的以硅碳棒为发热元件的加热炉在常温下每根硅碳棒的电阻值为3～3.5Ω，在1000℃左右时其电阻约为1.875～2.125Ω。本系统的远红外加热炉最大输出功率为1700W，一般为1000W左右，此时硅碳棒发热体表面温度不高于1000℃，处于最佳使用范围内，它将热幅射，热传导、热对流三者合为一体，使热效达到90％以上。

本实用新型恒温箱在设计设备性能时，考虑了在油田采油井口使用的安全因素，采取了多方面的安全措施，在油田采油过程中，石油天然气随原油温度和压力逐渐降低而不断析出，虽经专用设备收集，但在通过各种管道、闸门、接口时仍有微量石油天然气泄出，而天然气的燃点是460℃，原油的结焦温度是320℃，我们设计的外热式远红外加热炉，加热出油管壁外侧温度不超过250℃，内侧温度不超过300℃，这个控制温度既能保证原油在加热过程中不结焦不破坏原油质量，又能保证外泄的微量石油天然气不致燃烧、发生火灾。同时还有瓦斯超限自动排放功能做保证，确保使用该设备的安全可靠性。

目前北方油田普遍采用的保温方法之一锅炉一暖气片系统，平均10－15口采油井安装一台锅炉，盖一幢锅炉房，铺设上千米的供热管道、安装数十组暖气包，总投资费用和安装费用约为10－15万元人民币，平均每口井投资安装费为1－1.5万元，而且还要用大量的人力来进行日常运行、维持、检修工作，保温效果视工人劳动态度和责任心的好坏而定，而我们设计的该恒温箱投资仅为它的一半左右，且安装迅速方便，日常几乎无人管理，用电量仅为它的60－70％，且造价低廉、管理方便，保温质量高、效果好、热效率高，观测方便，数据准确、维修容易，是石油井口比较理想的保温设备。

本实用新型采油树恒温箱的平均输出功率为1250W，每天用电量约25度，若按0.08元／度计算，每天的耗电费用为2元，每年按6个月使用期计算，总耗电费用为360元，据我们对新疆克拉玛依油田的调查，他们采用水套炉对井口保温时，每天约烧掉75M³石油天然气，每M³石油天然气若按0.06元计算，每口井每天耗能费为4.5元，每年按6个月使用期计算，总耗能费为810元，是耗电费用的2.2倍，可见本设备的节能特点明显，若油田使用该设备可降低油田耗能指标，提高经济效益，并能作到安全文明生产，提高油田现代化的水平、改善工人的劳动环境和劳动条件，节省人力、物力、财力、使石油工业得到更好的发展。

附：一、说明书附图编号说明：

图1－石油井口采油树恒温箱三视图

图2－恒温箱A－A剖面图

图3－恒温箱三维轴侧图

图4－外热式远红外加热炉结构图

图5－内热式远红外加热炉结构图

图6－温度自动控制电气系统原理图

图7－恒温箱供电功率调节系统电气原理图

图8－瓦斯气体自动检测电气工作原理图

图9－恒浊箱仪表盘面布局图

图10－恒温箱操作盘面旋钮布局图

图11－恒温箱电气自动控制箱结构图

图12－恒温箱电源配电箱结构图

图13－恒温箱加热炉结构图

二、附图序号说明：

1－仪表盘，2－操作盘，3－电气控制箱门锁，4－电气控制箱，5－门手柄，6－双扇门，7－电源箱门锁，8－双扇门活页，9－电源箱，10－恒温箱右后外壳，11－恒温箱前外壳，12－瓦斯排放孔，13－恒温箱中后外壳，14－井口立管出孔，15－恒温箱左后外壳，16－仪表箱，17－恒温箱底腿，18－外热式远红外加热炉，19－恒温箱加热炉，20－恒温箱左侧出管孔，21－电缆入孔，22－恒温箱后外壳保温层，23－仪表箱保温层，24－仪表，25－指示灯，26－旋钮，27－操作盘，28－恒温箱前外壳保温层，29－门保温层，30－电源箱壳，31－电源箱门手柄，32－电气控制箱门手柄，33－电源箱门活页，34－电源接线柱，35－电源接线板，36－电源联线，37－右端盖，38－右绝缘板，39－紧固板，40－外热式远红外油管加热炉，41－保温层，42－硅碳棒，43－左绝缘板，44－左端盖，45－联线导线，46－活页，47－进油管法兰盘，48－右端盖，49－右保温板，50－进油短管，51－穿心螺栓，52－硅碳棒，53－保温层，54－内热式远红外油管加热炉，55－加热管，56－左保温板，57－绝缘板，58－左端盖，59－出油短管，60－左侧小端盖，61－出油管法兰盘，62－电压表，63－总电流表，64－数字温度表，65－箱加热炉电流表，66－管加热炉电流表，67－总电源指示灯，68－箱加热炉电源指示灯，69－管加热炉电源指示灯，70－恒温箱加温指示灯，71－油管加温指示灯，72－瓦斯含量正常指示灯，73－瓦斯含量超限指示灯，74－瓦斯含量超限报警蜂鸣器，75－电源开关，76－箱加热炉功率调节旋钮，77－管加热炉功率调节旋钮，78－瓦斯报警灵敏度调节旋钮，79－数字温度表显示转换开关，80－恒温箱温度调节旋钮，81－加热管温度调节旋钮，82－加热管温度上限灵敏度调节旋钮，83－加热管温度下限灵敏度调节旋钮，84－电气控制箱保温门，85－印刷线路板插座，86－配线端子排，87－印刷线路板底板活页，90－印刷线路板导向支架，91－底板紧固螺栓，92－电源进线母线排，93－保险插盒，94－双线刀闸，95－电源变压器，96－绝缘板紧固螺栓，97－出线端子排，98－母线排支架，99－绝缘板支架，100－配电绝缘板，101－出线端子排支架，102－电源配电箱，103－电源进线孔，104－出线孔，105－电源箱门手柄，106－电源箱保温门，107－电气控制箱电线孔，108－固定螺栓，109－左绝缘板，110－恒温箱加热炉，111－硅碳棒，112－恒温箱底板，113－右绝缘板，114－支架，115－支架固定螺栓，116－电源进线孔，117－热反射板，118－绝缘板挡板，119－联接导线，120－线卡子。

Claims (4)

1、石油井口采油树恒温箱由外壳(10、11、13、15)、仪表箱(16)、操作盘(2)、配电箱(9)、电气控制箱(4)、恒温箱加热炉(19)、外热式油管加热炉(40)或内热式油管加热炉(54)组成，

其电气特征是采用了寿命长、稳定性好、可靠性高、造价低廉的远红外发热元件(42)和精度高、直观准确的数字显示、双限温度电子传感系统及瓦斯超限声光自动报警、瓦斯自动排放系统，双向可控硅调压系统，自动控制箱内温度处于恒定状态，

其结构特征是恒温箱外壳由四块(10、11、13、15)金属簿板制成中空、内填保温材料的壳体通过多条螺栓连成一个整体，在前外壳(11)的顶部中间部位布有仪表箱(16)，在箱的正面仪表盘(1)上布有五块显示仪表(62、63、64、65、66)和七只指示灯(67、68、69、70、71、72、73)及一只报警蜂鸣器(74)，在前外壳正面的斜面中间部位布有操作盘(2)，在盘面上布有七只旋纽(76、77、78、79、80、81、82、83)和两只开关(75、79)，在前外壳正面中间部位是双扇箱门(6)，在门的左边布有电源配电箱(9)，在门的右边布有电气自动控制箱(4)，在后外壳左边一块(15)的左侧面开有一U型孔(20)、中间一块(13)的上部中线位置开有一U型孔(14)、园型孔(12)、右边一块(10)的右侧面开有一U型孔，在箱内底板上固定有恒温箱加热炉(110)，在箱内采油树水平油管上固定有外热式油管加热炉(40)或内热式油管加热炉(54)。

2、权利要求1中所述的外热式油管加热炉（40）可制成两块半园柱双层中空管，内填保温材料，两块双层半园形炉壳内各固定四根远红外发热元件（42），通过电气联接装置与外部电源联接，两块半园柱炉体套在箱内采油树水平油管上用螺栓联接成一整体。

3、权利要求1中所述的内热式油管加热炉（54）可制成整体园柱状双层中空保温炉壳，由一粗一细、一长一短两截较大尺寸的金属园管加工而成，内填保温材料，在前后盖之间焊两节较小直径的金属管（55）作为加热管，管内装一组鼠笼形远红外发热元件（52），用穿心螺栓与炉壳固定，在前后盖的外侧各焊一短管（50、59），作为原油进出管，在短管的外端各焊一法兰盘（47、61），与箱内采油树水平油管联成一个整体，前后端盖用螺栓与炉壳联接成一整体，发热元件通过电气联接装置与外部电源联接。

4、权利要求1中所述的恒温箱加热炉（110），可制成封闭式倒梯形远红外加热炉，在倒梯形的炉壳内嵌一半园形热反射板（117），其内装入两根远红外发热元件（111），炉体两端装有固定支架（114），用螺栓装固定支架与恒温箱底板固定成一整体。

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