CN2550694Y - 原油加热炉及其使用的热交换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种在原油输送系统中给原油加热的设备。其中在锅炉筒体内的下部设置用于加热热传导介质的第一热交换装置，而在其上部设置的用于加热原油的第二热交换装置，上述热交换装置中的热交换器包括设置在锅炉筒体内的连通所述锅炉筒体两端的直管束，在所述管束的两端设置有功流体流过的腔室。其中所述腔室可以打开，以便维修所述直管。上述结构大大地增加了换热面积，工作效率高，节约能量。同时，由于在运行和维护过程中基本对设备没有损伤，不必经常更换热交换器中的加热管，因而延长了设备的使用年限，降低了设备的运营费用。

Description

原油加热炉及其便用的热交换器

技术领域

本实用新型涉及一种原油加热炉及其使用的热交换器。具体地说，本实用新型涉及在原油输送系统中给原油加热的设备。

背景技术

在现有技术中，水套炉由与其操作简便、安全、结构简单，便于制造安装等优点已被广泛地应用在油田的集输系统中。在油田的集输作业中，通过水套炉可以将原油、天然气及其井口产物加热到工艺所要求的温度。其工作原理是：在锅炉筒体内下部设置的火筒内燃烧的火焰的热量经火筒烟管壁传递给中间热传导介质(水)，中间热传导介质(水)再经过热传导和热对流将加热在设置在所述筒体内上部的加热油管中流动的原油。通常，所述加热油管均是往复式的盘管，并且波封在一个闭合整体的锅炉筒体内。当需要维护筒体内部时，往往需要将筒体切开，这是一项非常繁琐的工作。在中国实用新型专利CN2416423Y中提出了一种燃气常压水套炉。其特点在于所述的炉体的顶端是一个与炉体由法兰连接的封头，而所述的加热油管是倾斜的螺旋盘管，该加热油管的螺旋盘管其盘管的轨迹是椭圆的。所述的加热油管、炉膛和回程筒在炉体内是回程筒偏上的倾斜安装。所述的进油口和出油口是在封头和炉体连接法兰处进入炉体。由于上述结构，使得锅炉筒体的一端可以拆开，当需要进行炉内维修或更换加热油管时，只要拆开封头，锅炉筒体内部即可暴露，加热油管也可方便地取出。

随着现代科学技术的发展，由于各种各样的水软化剂的使用，因热传导介质(如水)结垢而导致锅炉热效率降低的问题已经不那么明显了。而上述锅炉在使用中通常遇到的问题往往是加热油管中积垢和火筒烟道中积灰积碳的问题。这些问题一般会导致原油输送能力的下降，各介质之间的热传导能力降低，进而导致工作效率的降低和能源消耗的增加。

上述现有技术在解决上述问题的办法是用酸性液体清洗加热油管和用水清洗火筒烟道，由于现有技术中的加热油管和火筒烟道都是曲折的或是在火筒烟道中设置加热水管而出现死角。所以以上述方式进行清洗往往不能彻底地将积垢清除干净。另一方面，由于不能观察到加热油管和火筒烟道内的情况，特别是在用酸性液体清洗时，可能对已清洗干净的部位进行过度的清洗，进而对管壁造成损坏。此外，为了达到要求的换热面积，则需要较长的盘管，由此会导致原油流体在锅炉内产生过大的压降。

实用新型的技术内容

为此，本实用新型的目的在于提出一种便于维修和清理，而且对设备损坏较小的原油加热炉及其使用的热交换器。本实用新型的进一步的目的在于提供一种既满足要求的换热面积，又不会产生过大的流体压降的原油加热炉及其使用的热交换器。

为实现上述实用新型目的，本实用新型的原油加热炉，包括一个其内充有热传导介质的锅炉筒体；在所述筒体内的下部设置用于加热所述热传导介质的第一热交换装置，所述第一热交换装置包括一个火筒和与其相连的至少一个热交换器；在所述筒体内的上部设置用于加热原油的第二热交换装置，所述第二热交换装置包括至少一个热交换器。其中所述第一热交换装置中的所述火筒贯通所述锅炉筒体两端；所述热交换器包括设置在充有热传导介质的所述锅炉筒体内的连通所述锅炉筒体两端的直管束；其中一个热交换器的直管束的进口端通过一个连接腔室与所述火筒的出口端相连；其中一个热交换器的直管束的出口端与热气体输出腔室相连；其中各个热交换器之间，前一热交换器的直管束的出口通过一个连接腔室与后一热交换器的直管束的进口相连。所述第二热交换装置包括至少一个热交换器；所述热交换器包括设置在充有热传导介质的所述锅炉筒体内的连通所述锅炉筒体两端的直管束；其中一个热交换器的直管束的进口端与原油输入腔室相连；其中各个热交换器之间，前一热交换器的直管束的出口通过一个连接腔室与后一热交换器的直管束的进口相连；其中一个热交换器的直管束的出口端与原油输出腔室相连。其中所述腔室和所述输入输出腔室可以打开，以便维修所述直管。最好，所述火筒的外壁上设置有散热片。

本实用新型还提供一种用于上述原油加热炉的热交换器，其中包括一组设置在充有第一介质的所述锅炉筒体内的连通所述锅炉筒体两端的直管束；所述直管束中的每根直管的进口端与一个在所述锅炉筒体的一端的输入第二介质的输入腔室连通，所述直管束中的每根直管的出口端与一个在所述锅炉筒体的另一端的输出腔室连通；其中所述输入输出腔室可以打开，以便维修所述直管。

所述的热交换器中，所述连通锅炉筒体两端的直管中的每根直管的两端分别与锅炉筒体间密合地固定连接；所述腔室由一个罩与固定有所述直管端部的锅炉筒体密封连接所构成。

所述的热交换器中，固定有所述直管束端部的所述锅炉筒体部分为一个固定的法兰件，所述直管的端部分别与所述法兰件间密合地固定连接；相应地，在所述腔室上各自具有相应的法兰件，以便于所述腔室的拆装。

最好所述的热交换器中，所述直管束中的直管之间相互平行。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：易于维护和清理积垢，较大地增加了换热面积，因而工作效率高，节约能量。同时，由于在运行和维护过程中基本对设备没有损伤，不必经常更换热交换器中的加热管，因而延长了设备的使用年限，降低了设备的运营费用。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型的第一实施例的纵剖结构示意图；

图2是本实用新型的第一实施例的锅炉筒体第一端的端视图，其中的I-I线表示图1中剖面的位置；

图3是本实用新型的第一实施例的横截面结构示意图；

图4是本实用新型的第二实施例的纵剖结构示意图；

图5是本实用新型的第三实施例的纵剖结构示意图。

附图中标记表示为：1-热传导介质(水)、2-锅炉筒体、2’-锅炉筒体第一端、2”-锅炉筒体第二端、3-密封隔板、4，4’-密封隔板、5’-原油输入口、5”-原油输出口、6-烟囱、7-散热片、8-火焰喷嘴、9’-正压爆破片装置、9”-负压爆破片装置、10-水加热装置(第一热交换装置)、11-火筒、12，13-水加热装置的热交换器、12’，13’-热交换器12，13中的直管束的进口端、12”，13”-热交换器12，13中的直管束的出口端、14’，14”-箱体、15，15’-法兰件、16’-热气体连接腔室、16”-热气体输出腔室、17-水加热装置的连接腔室、18’，18”-法兰件、19’，19”-盖板、20-原油加热装置(第二热交换装置)、21，22，23，24-原油加热装置的热交换器、21’，22’，23’，24’-热交换器21，22，23，24中的直管束的进口端、21”，22”，23”，24”-热交换器21，22，23，24中的直管束的出口端、25，25’-法兰件、26’-原油输入腔室、26”-原油输出腔室、27-原油加热装置的第一连通腔室、27’-原油加热装置的第二连通腔室、27”-原油加热装置的第三连通腔室、28，28’-罩、29，29’-罩、30’，30”-盖板。

具体实施方式

参见图1、图2和图3所示的本实用新型的第一实施例，其中原油加热炉包括一个其内充有热传导介质水1的锅炉筒体2；在所述筒体内的下部设置用于对水1加热的，所述水加热装置10包括一个火筒11和两个热交换器12、13，其中所述火筒11贯通所述锅炉筒体2的两端，在所述火筒11的外壁上沿火筒纵向周向等间距地设置散热片7。所述热交换器12、13设置在充有水1的所述锅炉筒体2内连通所述锅炉筒体两端，并与所述锅炉筒体2间密合地固定连接。所述热交换器12中的直管束的进口端12’通过一个在所述锅炉筒体第一端2’的热气体连接腔室16’与所述火筒11相连，所述热交换器12中的直管束的出口端12”通过一个在所述锅炉筒体第二端2”的连通腔室17与所述热交换器13中的直管束的进口端13’连通，所述热交换器13中的直管束的出口端13”与在所述锅炉筒体第一端2’的所述热气体输出腔室16”连通。其中所述连通腔室17包括一个其一端与所述锅炉筒体第二端2”密封连接而另一端具有一个法兰件18”的箱体14”和一个可密封地盖在所述法兰件18”上固定安装并可拆卸的盖板19”。而在所述锅炉筒体第一端2’，一个一端具有法兰件18’的箱体14’，在其另一端与所述锅炉筒体第一端2’密封连接，同时将所述热交换器12中的直管束的进口端12’和所述热交换器13中的直管束的出口端13”包围在箱体内，一个可拆卸地固定在所述法兰件18’上的盖板19’密封地盖在所述法兰件18’上，一个密封隔板3将箱体14’的内部分为所述热气体连接腔室16’和所述热气体输出腔室16”，在所述热气体输出腔室16”的箱体14’的侧壁上设置有一个用于将热气体排出的烟囱6。在所述锅炉筒体2内的上部设置用于加热原油的原油加热装置(第二热交换装置)20，所述原油加热装置20包括四个热交换器21、22、23、24。其中的所述热交换器21、22、23、24个包括一组设置在充有水1的所述锅炉筒体2内的连通所述锅炉筒体2两端的直管束。其中所述直管束中直管的两端部分别与法兰件25、25’间密合地固定连接，并通过法兰件25、25’固定到锅炉筒体2上。其中所述热交换器21的进口端21’与一个在所述锅炉筒体第一端2’的原油输入腔室26’连通，而其出口端21”与一个在所述锅炉筒体第二端2”的第一连通腔室27相通。所述热交换器22的进口端22’则与所述第一连通腔室27相连，而其出口端22”与在所述锅炉筒体第一端的2’的第二连通腔室27’相连，热交换器23的进口23’与第二连通腔室27’相连；依次以这样的方式，热交换器23、24通过在所述锅炉筒体第二端2”的第三连接腔室27”连通；热交换器24的出口端24”与在所述锅炉筒体第一端2’的所述原油输出腔室26”连通。其中所述第一、第三连通腔室27、27”由一个罩28、28’边缘上的法兰件15与在所述锅炉筒体第二端2”的法兰件25间可拆卸地密封连接构成。而一个边缘上带有法兰件15’的罩29、29’与在所述锅炉筒体第一端2’的法兰件25’间可拆卸地密封连接，密封隔板4、4’将所述罩29、29’内的空间分别分割为所述原油输入腔室26’、第二连通腔室27’和输出腔室26”；其中所述第二连通腔室27’包括所述罩29中与热交换器23的出口端23”相连的部分、所述罩29’中与热交换器24的进口端24’相连的部分和连接该两部分的连接管；在所述原油输入腔室26’和输出腔室26”的罩体上分别设置有原油输入口5’和原油输出口5”。在本实施例的锅炉筒体2的顶部设置有保证本实施里的锅炉在常压下工作的一个正压爆破片装置9’和一个负压爆破片装置9”。

在使用过程中，当火焰喷嘴8将天然气火焰喷入所述水加热装置10中的贯通所述锅炉筒体2两端的火筒11内时，在火筒11内的气体被加热，其中部分热量通过火筒11的壁及其外壁上的散热片7被传递到在其外壁周围的水1中，而被加热的气体则自所述火筒11经与其相连的热气体连通腔室16’，从所述热交换器12中的直管束的进口端12’进入热交换器12中，再由所述热交换器12中的直管束的出口端12”经过在所述锅炉筒体第二端2”的所述连通腔室17由所述热交换器13中的直管束的进口端13’折反，经过所述热交换器13，从其出口端13”到达的所述热气体输出腔室16”，最终由设置在所述热气体输出腔室16”的箱体14’的侧壁上的烟囱6排出。由上述过程，被加热的水1经过热对流，或者利用某种公知的强制循环方式(如在炉体外用热水泵)向上流动到设置在所述筒体2内上部的用于加热原油的原油加热装置20。所需加热的原油从在所述锅炉筒体第一端2’的左侧原油加热装置20的所述原油输入腔室26’自所述热交换器21的进口端21’进入所述原油加热装置20中，再经该热交换器21中直管束的出口端21”由在所述锅炉筒体第二端2”的第一连通腔室27折反，进入所述热交换器22中直管束的进口端22’，并经所述热交换器22中直管束的出口端22”到达在所述锅炉筒体第一端2’的所述第二连通腔室27’再次折反；此后，被加热的原油经过以通过所述热交换器22、23同样的过程通过热交换器23、24，原油输出口5”进入在所述锅炉筒体第一端2’上的右侧原油加热装置20”的原油输入口5’，经过与在左侧原油加热装置20’同样的过程由其原油输出口排入管线中。由于管束中的每根直管的表面积分别与水接触，因而其热交换面比现有技术的大，而且在不影响热气体流通截面的情况下可以通过调节直管的直径来调节热交换表面。这样大大提高了热交换器的工作效率。上述装置最终排出的热气体的温度通常低于150℃。当容器内的压力超过安全压力时，有可能爆炸，当低于一定的压力时就有可能被压瘪。而正压爆破片装置9’在压力高时破裂泄压，负压爆破片装置9”在压力低时破裂补压，因而保证了锅炉在常压下的安全运行。由于热交换器两端的腔室可以打开封头，无论热气体经过的直管还是原油经过的直管如果里面发生腐蚀穿孔或者结垢，可以方便的维修和清理。在实际的应用的安装过程中有时要求换热原油直管进出口在炉体的第一端2’，有时则反之；有时对原油直管的进出口的位置要求不同。本实用新型的锅炉的结构使得热交换器的进出口位置可以灵活地调换，方便安装。

参见图4，显示了本实用新型的原油加热炉的另一种实施方式，所述原油加热炉包括一个其内充有水1的锅炉筒体2；在所述筒体内的下部设置通常的用于加热所述水1的水加热装置10，在所述筒体2内的上部设置用于加热原油的原油加热装置20，其中所述原油加热装置20包括四个热交换器21、22、23、24；所述热交换器21、22、23、24分别包括设置在充有水1的所述锅炉筒体2内的连通所述锅炉筒体两端的直管束；其中热交换器21的直管束的进口端21’与原油输入腔室26’相连，而热交换器24中直管束的出口端24”与原油输出腔室26”相连；其它的热交换器直管束的出口21”、22”、23”与入口22’、23’、24’之间，分别通过连接腔室27、27’、27”将前一热交换器的直管束的出口与后一热交换器的直管束的进口相连；其中所述各个腔室具有采用法兰连接的盖板30’、30”，使得各个腔室易于打开，以便维修所述直管。

参见图5，显示了本实用新型的原油加热炉的又一种实施方式，所述原油加热炉，包括一个其内充有水1的锅炉筒体2。在所述筒体2内的上部设置用于加热原油的通常的原油加热装置20。在所述筒体2内的下部设置用于加热所述水1的水加热装置10，所述水加热装置10包括一个火筒11和两组热交换器12、13。其中所述火筒11贯通所述锅炉筒体2两端；所述热交换器12、13包括设置在充有水1的所述锅炉筒体2内的连通所述锅炉筒体两端的直管束；其中热交换器12中直管束的进口端12’通过一个热气体连接腔室16’与所述火筒11的出口端相连，而热交换器13的中管束的出口端13”与热气体输出腔室16”相连；水加热装置10的两个热交换器12、13之间，前一热交换器12中直管束的出口12”通过一个连接腔室17与后一热交换器13中直管束的进口端13’相连；其中所述连接腔室16’、17和所述热气体输出腔室16”具有以法兰形式连接的盖板19’、19”，以便于打开，来对所述直管束进行维修。

在上述实施例中，所述腔室的可拆卸部分通过法兰部件密封地连接。然而，采用其它可拆卸密封快速连接机构也是可以的。这仍符合本发明的构思。所述腔室除了上述罩形、箱形之外，采用其它能够实现相应目的形状的结构对于所述领域的普通技术人员来说是显而易见的。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种原油加热炉，包括一个其内充有热传导介质(1)的锅炉筒体(2)；在所述筒体(2)内的下部设置用于加热所述热传导介质(1)的第一热交换装置(10)，在所述筒体内的上部设置用于加热原油的第二热交换装置(20)，其特征在于所述第二热交换装置(20)包括至少一个热交换器(21、22、23、24)；所述热交换器包括设置在充有热传导介质(1)的所述锅炉筒体(2)内的连通所述锅炉筒体两端(2’、2”)的直管束；其中一个热交换器的直管束的进口端与原油输入腔室(26’)相连；其中一个热交换器的直管束的出口端与原油输出腔室(26”)相连；其中所述输入输出腔室可以打开，以便维修所述直管。

2.如权利要求1所述的原油加热炉，其特征在于所述第二热交换装置(20)包括至少两个热交换器；其中各个热交换器之间，前一热交换器的直管束的出口通过一个连接腔室(27)与后一热交换器的直管束的进口相连；所述连接腔室可以打开，以便维修所述直管。

3.一种原油加热炉，包括一个其内充有热传导介质(1)的锅炉筒体(2)；在所述筒体(2)内的下部设置用于加热所述热传导介质的第一热交换装置(10)，所述第一热交换装置包括一个火筒(11)和至少一组热交换器(12、13)，其中一组热交换器的进口端与所述火筒(11)相连；在所述筒体(2)内的上部设置用于加热原油的第二热交换装置(20)，其特征在于所述火筒(11)贯通所述锅炉筒体两端(2’、2”)；所述热交换器(12、13)包括设置在充有热传导介质(1)的所述锅炉筒体(2)内的连通所述锅炉筒体两端(2’、2”)的直管束；其中一个热交换器的直管束的进口端通过一个连接腔室(16’)与所述火筒(11)的出口端相连；其中一个热交换器的直管束的出口端与热气体输出腔室(16”)相连；其中所述连接腔室和所述热气体输出腔室(16’、16”)可以打开，以便维修所述直管。

4.如权利要求3所述的原油加热炉，奇特征在于所述第一热交换装置(10)包括至少两个热交换器(12、13)；其中各个热交换器之间，前一热交换器(12)的直管束的出口(12”)通过一个连接腔室(17)与后一热交换器(13)的直管束的进口(13’)相连；所述连接腔室(17)可以打开，以便维修所述直管。

5.如权利要求3或4所述的原油加热炉，其特征在于所述火筒(11)的外壁上设置散热片(7)。

6.一种原油加热炉，包括一个其内充有热传导介质(1)的锅炉筒体(2)；在所述筒体(2)内的下部设置用于加热所述热传导介质(1)的第一热交换装置(10)，所述第一热交换装置(10)包括一个火筒(11)和至少一个与其相连的热交换器(12、13)；在所述筒体(2)内的上部设置用于加热原油的第二热交换装置(20)，所述第二热交换装置(20)包括至少一个热交换器(21、22、23、24)；其特征在于

所述第一热交换装置(10)中的火筒(11)贯通所述锅炉筒体两端(2’、2”)；所述热交换器(12、13)包括设置在充有热传导介质(1)的所述锅炉筒体(2)内的连通所述锅炉筒体两端(2’、2”)的直管束；其中一个热交换器的直管束的进口端通过一个连接腔室(16’)与所述火筒的出口端相连；其中一个热交换器的直管束的出口端与热气体输出腔室(16”)相连；其中各个热交换器(12、13)之间，前一热交换器(12)的直管束的出口(12”)通过一个连接腔室(17)与后一热交换器(13)的直管束的进口(13’)相连；

所述第二热交换装置(20)中的所述热交换器(21、22、23、24)包括设置在充有热传导介质(1)的所述锅炉筒体(2)内的连通所述锅炉筒体两端(2’、2”)的直管束；其中一个热交换器的直管束的进口端(21’)与原油输入腔室(26’)相连；其中各个热交换器之间，前一热交换器的直管束的出口(21”、22”、23”)通过一个连接腔室(27、27’、27”)与后一热交换器的直管束的进口(22’、23’、24’)相连；其中一个热交换器的直管束的出口端(24”)与原油输出腔室(26”)相连；

其中所述腔室和所述输入输出腔室可以打开，以便维修所述直管。

7.一种是用于上述原油加热炉的热交换器，其特征在于包括一组设置在充有第一介质(1)的所述锅炉筒体(2)内的连通所述锅炉筒体两端(2’、2”)的直管束；所述直管束中的每根直管的进口端与一个在所述锅炉筒体(2)的一端的输入第二介质的输入腔室连通，所述直管束中的每根直管的出口端与一个在所述锅炉筒体(2)的另一端的输出腔室连通；其中所述输入输出腔室可以打开，以便维修所述直管。

8.如权利要求7所述的热交换器，其特征在于所述连通锅炉筒体两端(2’、2”)的直管中的每根直管的两端分别与锅炉筒体(2)间密合地固定连接；所述腔室由一个罩(28、28’、29、29’)与固定有所述直管端部的锅炉筒体(2)密封连接所构成。

9.如权利要求7或8所述的热交换器，其特征在于固定有所述直管束端部的所述锅炉筒体(2)部分为一个固定的法兰件，所述直管的端部分别与所述法兰件(25、25’)间密合地固定连接；相应地，在所述腔室上各自具有相应的法兰件(15、15’)，以便于所述腔室的拆装。

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