CN2553321Y - 分体式相变组合加热装置 - Google Patents

Abstract

一种分体式相变组合加热装置，是用于石油行业含水原油和含油污水的加热装置。包括与自动燃烧器连接的锅壳式蒸汽发生器，管壳式换热器、自动控制器，其特征在于，管壳式换热器与锅壳式蒸汽发生器上下分体布置，管壳式换热器通过管路与缓冲罐连接，缓冲罐与液位装置连接，液位装置与自动控制器连接。本装置加装了缓冲罐，可自动控制液位，减少液位波动，性能可靠，工作效率高。

Description

分体式相变组合加热装置

技术领域

本实用新型涉及一种组合加热装置，特别是一种用于石油行业含水原油和含油污水加热的分体式相变组合加热装置

背景技术

在油气集输领域内，对含水原油和含油污水加热采用一种加热、缓冲“二合一”装置，这种装置用于上述工质的加热，存在有下列不足：

“二合一”装置加热段的受热表面直接与高温火焰和高温烟气接触，用于加热原油时由于原油中有较多的胶质和沥青质，它们在流动中容易在局部沉积。一旦沉积发生，将阻碍管壁热量传递给被加热工质，这样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，而导致爆管事故发生。若用于加热油气采输过程中分离出来的含油污水，由于污水一般矿化度较高，且含有细小泥沙颗粒和少量原油，由于管壁温度较高，易在管外壁结水垢或油垢混合物，使壁面热阻增大，壁面过热，影响加热炉的热量输出，并可引发炉管早期损坏，并且管子为密集布置结构，管壁污垢很难用机械方法清除干净。

由于“二合一”装置的燃烧系统和缓冲段均装在一个锅筒内，结果导致锅壳体积庞大，使之呈压性能不好，并且由于运输尺寸的限制，使其热功率一般不大于2000kw。

另外一般“二合一”装置均采用负压燃烧，热效率较低约为82％，能源利用率不高，造成油气资源的浪费。

“二合一”装置运行时需要人工调节阀门开度，以维持缓冲段正常液位，增加工作人员的工作量。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种将蒸汽发生器、管壳式换热器、缓冲罐分开设置，利用水的相变传热原理，获得很高的管外传热系数，无氧化腐蚀，结构简单，方便运输的大功率分体式相变组合加热装置。

本实用新型的目的是这样实现的：包括与自动燃烧器连接的锅壳式蒸汽发生器，管壳式换热器、自动控制器，其结构要点是，管壳式换热器与锅壳式蒸汽发生器上下分体布置，管壳式换热器通过管路与缓冲罐连接，缓冲罐与液位装置连接，液位装置与自动控制器连接。

所述的管壳式换热器可以是一个或多个，可以是标准管壳式换热器也可以是往复盘管式非标准管壳式换热器。

所述的缓冲罐分为油室和水室，可以是一个也可以设置多个。

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。系统内的中间介质水，在封闭状态下运行，极少损失，不需经常添加。这样即使采用普通自来水做中间介质，也不会届垢：由于系统处于无氧状态运行，无氧化腐蚀，使用寿命长久。

2、采用分体式结构，将蒸汽发生器、管壳式换热器、缓冲罐分开，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、制造专门的管壳式换热器，在与标准的蒸汽发生器组装为一体。缓冲罐容积则根据用户生产情况，确定缓冲时间单独设计，这样大大减少设计设计工作量，显著缩短制造工期。同时，由于三者分开，可以使三者体积显著缩小，具备了良好的呈压安全运行特性和方便运输的优点。由于是分体式结构，在满足运输要求的前提下，可以制造6000kw的大功率大型加热炉。

3、采用按标准GB151设计制造的管壳式换热器，技术成熟、性能可靠。

4、管壳式换热器的热管可密集布置，使单位体积的换热面积显著高于现有技术。

5、管壳式换热的两端管箱可以方便的打开，因此可以很方便地采用机械方法清理热管内的污垢，更适合加热易结油垢、水垢的原油和污水，如果热管采用耐蚀材料，还可加热腐蚀性介质，这一性能显著的优于现有技术。

6、采用螺纹管与横槽管技术，强化管内对流传热系数，使热管内壁的平均传热系数达到光管的1.2-1.5倍。

7、较短的管程长度，既使粘度很高的重质原油，其管程流阻损失也容易满足要求。

8、蒸汽发生器和管壳式换热器上下安装，依靠重力作用，实现水的蒸发、冷凝、回落再蒸发的自然对流，无需外界动力，运行成本低。水做中间传热介质，成本低廉。

9、由于水蒸汽的温度较高，因此可以将原油等介质加热至100℃以上，满足用户对原油脱轻烃的需要。

10、蒸汽发生器与管壳式换热器采用柔性连接，现场安装方便，并消除了热应力发生的可能。

11、缓冲罐通过液位自控系统的反馈信号，调整缓冲罐出口阀门开度，将液位控制在一定范围，保证生产正常运行。

12、缓冲罐用于含油污水加热时，内部用隔板将缓冲罐分隔成油室和水室，增加油室油层厚度，在油室内部设置收油装置，提高原油回收率。

13、缓冲罐介质入口没入罐内液位以下，减少液面波动，提高液位控制精度。

附图图面说明

附图是本实用新型结构式意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详述本实用新型。

本实用新型由自动燃烧器4、与自动燃烧器4连接的锅壳式蒸汽发生器5，管壳式换热器2、自动控制器3，缓冲罐7组成。本实用新型的设计思想是：采用水蒸气相变换热来加热管壳式换热器2的热管内的被加热工质：采用阀门排净系统内的不凝性气体，以获得理想的传热效果。采用被加热工质出口温度信号控制自动燃烧器4的热量输出，以获得受控的工质加热温度，采用液位自控系统实现缓冲罐7液位自控，采用锅壳温度信号、缓冲罐7液位信号控制自动燃烧器4的起停，以控制锅壳的上限工作温度及缓冲罐7正常液位。它的静态连接结构如附图，管壳式换热器2与锅壳式蒸汽发生器5上下分体布置，其中管壳式换热器2上设有排气阀门1，排气阀门1构成阀门排净系统。管壳式换热器2通过管路12与缓冲罐7柔性连接。缓冲罐7与液位装置10连接，液位装置10与自动控制器3的输入端连接。

根据设计要求管壳式换热器2可以是一个或多个，本实用新型为一个。可以是标准管壳式换热器也可以是往复盘管式非标准管壳式换热器。缓冲罐7分为油室10和水室9，根据用户要求可以是设置一个也可以设置多个。本实用新型为一个。

本实用新型的工作原理：自动燃烧器4烧燃油或燃气，产生热量，使锅筒内水沸腾汽化，水蒸气自供气管上行进入管壳式换热器2壳程，遇到低温热管外壁，释放大量的汽化潜热。热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4热量输出；锅壳温度热电阻控制锅壳内的上限温度，当达到温度时，控制自动燃烧器4停止燃烧：当锅筒温度低于设定温度时，自动燃烧器4自动启动燃烧。

水蒸气与盘管壁换热后，冷凝为水，由气相变为液相，回落至管壳式换热器底部，经回水管返回锅筒内，再次被加热蒸发，如此反复循环。

为使管程外壁与水蒸气进行高效相变换热，需在加热炉首次运行前，打开安装于管壳式换热器2上部的排气阀门1，通过沸腾蒸发的水蒸气的携带作用，排净系统内的不凝性气体，然后管闭排气阀门1，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，因此可以长时间持续高效换热，而不需停炉排空。

被加热介质被加热后进入缓冲罐，液位装置11的液位信号传给自动控制器3，自动控制器3将这一信号反馈给出口调节阀8，调整出口阀门8开度，将缓冲罐7内的液位6控制在一定范围，保证生产正常运行。

Claims (3)

1、一种分体式相变组合加热装置，包括与自动燃烧器连接的锅壳式蒸汽发生器，管壳式换热器、自动控制器，其特征在于，管壳式换热器与锅壳式蒸汽发生器上下分体布置，管壳式换热器通过管路与缓冲罐连接，缓冲罐与液位装置连接，液位装置与自动控制器连接。

2、根据权利要求1所述的分体式相变组合加热装置，其特征在于，管壳式换热器可以是一个或多个，可以是标准管壳式换热器也可以是往复盘管式非标准管壳式换热器。

3、根据权利要求1所述的分体式相变组合加热装置，其特征在于，缓冲罐分为油室和水室，可以是一个也可以设置多个。