CN2473537Y

CN2473537Y - 相变加热炉

Info

Publication number: CN2473537Y
Application number: CN 01219672
Authority: CN
Inventors: 刘兆海; 琚泽庆; 张海峰; 王爱杰
Original assignee: JIDONG OIL EXPLORATION AND DEV
Current assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-01-23
Anticipated expiration: 2011-04-18

Abstract

一种相变加热炉,蒸汽发生器、换热器、燃烧器、控制器构成,锅壳式蒸汽发生器与管壳式换热器上下分体设置,其中管壳式换热器内安装有盘管,盘管的进口处设有流量控制器,流量控制器与电动阀门、工质进口接管连接。锅壳式蒸汽发生器位于管壳式换热器的下部,与其柔性连接。该炉为分体结构,利用水的相变原理,可以获得很高的管外传热系数,无氧化腐蚀,使用寿命长。

Description

相变加热炉

本实用新型涉及一种加热炉，特别是一种用于石油行业油气集输领域内高粘度重质原应油加热的相变加热炉。

在油气集输领域内，对重质原油加热一般采用管式炉、水套炉、有机热载体炉和真空炉。实践证明着四种炉型用于重质原油加热均存有一些不足之处，主要表现在以下几个方面：

1、管式加热炉：该炉型的管式换热器的受热面直接与高温的火焰和高温烟气接触，由于重质原油粘度高，在流动的过程中容易在管内局部沉积，一旦沉积将阻碍管壁热量传递给被加热工质，容易造成管壁局部过热、氧化，过热又会促成管壁局部油垢结焦，甚至由于管子过热强度降低，而导致爆管事故的发生。因此采用该炉型加热重质原油存在一定的安全问题。

2、水套炉：该炉型的盘管换热器是浸没在高温中间介质水中，由水间接加热，由于重质原油粘度高，而油品加热后要求的出口温度较低，一般加热前的温度40℃-45℃，加热后温度≤80℃，在这样的平均温度下(55℃-60℃)，油品粘度较高一般≥100mPa.s，在盘管许用压降≤0.1MPa的工况下工质在盘管内只能以层流状态流动，而层流状态下工质与管壁的对流换热系数很小，约100W/(m².℃)以下，导致换热体积很大。由于水套炉的燃烧室与盘管换热器均装在一个筒体中，结果导致锅壳体积庞大，造成承压效果不好，并且由于运输尺寸的制约，使其热功率一般不大于1600KW。另外一般水套炉均采用负压燃烧，热效率较低约为80％，能源利用率不高，造成油、气资源的浪费。

3、有机载热炉：该炉型使用的导热油价格较昂贵，运行中虽不承压，但该油也存在着易燃、渗透性强的安全问题。同时该炉运行中必须依靠高温导热油泵使导热油始终快速流动，增加了额外的电能消耗，造成运行成本高。另外该炉型结构复杂，制造成本高于其它炉型，不易被用户接受。

4、真空加热炉：该炉型采用在负压下运行，水蒸汽的饱和温度较低，用于加热高粘度重质原油时，其对流换热系数较小，导致换热器比较大，制造成本比较高，不经济。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种锅壳式蒸汽发生器与管壳式换热器分体上下设置，显著缩小炉体直径，具有良好承压性能的相变加热炉。

本实用新型的目的是这样实现的；它由蒸汽发生器、换热器、燃烧器、控制器构成，其结构要点是：锅壳式蒸汽发生器与管壳式换热器上下分体设置，其中管壳式换热器内安装有盘管，盘管的进口处设有流量控制器，流量控制器与电动阀门、工质进口接管连接。

所述的燃烧器与锅壳式蒸汽发生器连接，锅壳式蒸汽发生器位于管壳式换热器的下部，并与其柔性连接。

所述的盘管的工质出口设置有热电阻。

所述的盘管为螺纹管或横槽管、光管。

采用上述结构，使锅壳蒸汽发生器当锅壳上部有适当的蒸汽空间，管壳式换热器的管程内运行的是被加热的工质，燃烧器输出的热功率受锅壳内蒸汽温度和管程工质出口温度反馈控制。

相比现有技术本实用新型具有以下优点：

1、利用水的相变传热原理，可以获得很高的管外传热系数，约4000W/(m².℃)。系统内的中间传热介质-水，在封闭的状态运行，极少损失，不需经常添加，既使采用普通的自来水做中间介质，也不易结垢，且装置处于无空气无氧状态运行，无氧化腐蚀，寿命长久。

2、采用分体式结构，将蒸汽发生器与换热器分成两体，这样蒸汽发生器就成为只与功率有关，而与用户工质物性无关的标准部件，因而只需根据用户对工质加热的不同需求来设计、制造专门的管壳换热器，再与标准的蒸汽发生器组装成一体，可极大地减少设计工作量，缩短制造工期。同时由于两者分开，可以使两者体积缩小，具有良好的承压安全运行性能和方便运输的优点。

3、采用控制管程内工质流态强化传热的自控技术，使传热面积大大减少。

4、盘管采用螺管或横槽管、光管，可强化管内对流传热系数，使平均传热系数达到光管的1.2-1.3倍.

5、分体式结构，可使炉体分开运输，使加热炉在满足运输的前提下，相比一体炉制造功率可进一步加大。

附图图面说明：

附图是本实用新型结构示意图。

下面结合附图及实施例详述本实用新型。

本实用新型由锅壳式蒸汽发生器1、管壳式换热器7、燃烧器2、工质流量控制器14四部分构成。锅壳式蒸汽发生器1与燃烧器2连接，位于管壳式换热器7的下部，其蒸汽出口与管壳式换热器7的蒸汽接管5柔性连接4，其回水接管16与管式换热器7的接管也柔性连接15。管壳式换热器7内装有盘管8，盘管8的出口处设置有热电阻10，热电阻10与出口接管11连接。盘管8的进口处设有流量控制器14，流量控制器14的作用是控制进入管程的工质流量，它的一端与电动阀门12、工质进口接管13连接。电动阀门12与热电阻10连接。当原油粘度合适时，也可不设工质流量控制器。本实用新型使用的盘管8为螺纹管，也可以使用横槽管或光管。

本实用新型的工作原理：自动燃烧器燃烧燃油或燃气，产生热量，使蒸汽发生器内的水沸腾汽化，水蒸汽自供气管上行进入换热器壳程，遇到低温盘管的外壁，释放大量汽化潜热。盘管内工质吸热升温被加热，工质出口温度热电阻输出温度信号，控制自动燃烧器的热量输出，锅壳温度热电阻控制蒸汽发生器内的上限温度，当达到上限温度时，控制自动燃烧器停止燃烧。

水蒸汽遇盘管壁，冷凝为水，由汽相变为液相，回落至换热器底部，经回水管返回锅壳内，再次被加热蒸发，如此反复循环。

为了达到改变流态强化传热的目的，在盘管的进出口间，设置了流量控制器，使需加热工质流量分成两部分，一部分工质经流量检测仪检测而进入盘管入口，该部分工质经加热升温到超过用户所需的工质输出温度，这样盘管的进出口平均温度为80-85度，再此温度下工质粘度已降至足够低(如25mm/s)，若流速仍为1.0m/s，则雷诺数Re＝(1.0m/s×0.068m)/25mm²/s＝2700＞2100，工质处于过渡流态，这样就显著地提高了工质与盘管内壁间的传热系数，传热面积将显著减小。同时，使被加热的那部分工质与另一部分未被加热的工质在盘管出口处混合，混合后的温度由出口热电阻检测并输出信号，控制燃烧器输出功率，最终使出口温度控制在用户所需温度范围内(75℃-80℃)。

即使用户工质流量波动大，流量自动装置也将控制进入管程加热流量始终恒定于设置值。若实际总流量小于设计额定流量，混合后的工质温度趋于上升。此时，出口温度热电阻输出信号，控制燃烧器减少热功率输出，锅壳蒸汽温度下，使工质输出温度达到所需温度。

为使管程外壁与水蒸汽进行高效相变换热，需在加热炉首次运行前，打开安装于换热器上部的手动排气阀，通过沸腾蒸发的水蒸汽的携带作用，排净系统内的不凝性气体-空气，然后关闭排气阀。由于系统内部是在正压下运行，一旦连续运行，外界空气很难进入这个封闭系统中，因此可以长时间维持高效换热，而不需停炉排空，比真空加热炉更易实现长时间高效换热。

Claims

1、一种相变加热炉，蒸汽发生器、换热器、燃烧器、控制器构成，其特征在于：锅壳式蒸汽发生器与管壳式换热器上下分体设置，其中管壳式换热器内安装有盘管，盘管的进口处设有流量控制器，流量控制器与电动阀门、工质进口接管连接。

2、根据权利要求1所述的相变加热炉，其特征在于：燃烧器与锅壳式蒸汽发生器连接，锅壳式蒸汽发生器位于管壳式换热器的下部，并与其柔性连接。

3、根据权利要求1所述的相变加热炉，其特征在于：所述的盘管的进口设置有热电阻。

4、根据权利要求1所述的相变加热炉，其特征在于所述的盘管为螺纹管或横槽管、光管。

5、根据权利要求1所述的相变加热炉，其特征在于所述的的管壳式换热器的上部设有排气装置，排气装置上设有排气阀。