DE1426643C3 - Dampferzeuger zur Verwendung bei der thermischen Wiedergewinnung von Öl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zum Stande der Technik hinsichtlich der Förderung von öl mit Hilfe heißer Fluida ist auf die DE-AS 78 809 zu verweisen.

Es ist auch der Stand der Technik in Betracht zu ziehen, der sich allgemein auf Dampferzeuger bezieht. So befaßt sich die Zeitschrift »Energie«, Nr. 12, Dezember 1956, Seiten 510 und 511, bereits mit dem Problem der sogenannten Taupunkt-Korrosion. Dieses tritt bei Anordnung von Vorwärmerröhren in der Strahlungszone eines Dampferzeugers auf, indem auf den Oberflächen der Vorwärmerröhren eine Kondensation von Feuchtigkeit aus den Verbrennungsprodukten stattfindet. Die erwähnte Literaturstelle aus »Energie« schlägt zur Lösung dieses Problems vor, einen Teil der gesamten Umwälzpumpenfördermenge, also bereits im Dampferzeuger aufgeheiztes Arbeitsmittel, sowohl zur Vorwärmung der Verbrennungsluft als auch zur Erhöhung der Speisewassereintrittstemperatur abzuzweigen. Dabei wird das abgezweigte Arbeitsmittel in einen Mischvorwärmer gegeben, um das Speisewasser auf eine Temperatur zu bringen, bei der Taupunkt-Korrosion im Speisewasservorwärmer vermieden werden kann.

Auch das US-Patent 26 99 759 ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen. Auch dort sind besondere Vorkehrungen getroffen, um eine Speisewasservorwärmung vorzunehmen und unerwünschte Korrosionen zu vermeiden. Das in den rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer eintretende Speisewasser ist hier bereits teilweise im Wärmeaustausch mit in der Kesselanlage aufgeheiztem Wasser vorgewärmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger zu schaffen, der speziell den bei der thermischen Förderung von Öl aus Bohrungen auftretenden Erfordernissen Rechnung trägt und sich durch besonders robusten Aufbau und einfache Bedienungserfordernisse auszeichnet. Dabei soll insbesondere auch die Erwärmung und Luftabscheidung des zugeführten Speisewassers zur Vereinfachung des baulichen Aufwandes kombiniert werden.

Die Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches herausgestellt. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Hauptanspruch gekennzeichneten Lösung.
Der so geschaffene Dampferzeuger zeigt eine optimale Abstimmung auf die besonderen Erfordernisse bei der thermischen Förderung von öl. Er trägt besonders dem Umstand Rechnung, daß die Ölförderung durchwegs unter Betriebsgegebenheiten stattfindet, die durch die Probleme und Gefahren der ölfördertechnik gekennzeichnet sind, so daß der erforderlichen Dampferzeugung nur geringes Augenmerk gewidmet werden kann und dafür nur Personal zur Verfügung steht, welches sich lediglich darauf beschränken will, eine gerade vorhandene Wasserquelle und einen gerade vorhandenen Brennstoff an die entsprechenden Anschlüsse des Dampferzeugers anzuschließen, ohne sich im einzelnen um irgendwelche Mischverhältnisse, thermostatische Steuerungen und dgl. groß kümmern zu können. Der erfindungsgemäße Dampferzeuger läßt sich auch gut als eine besonders kompakte Einheit herstellen.

Wenn es aus dem Stande der Technik auch bereits bekannt gewesen sein mag, daß man das sogenannte Festbrennen durch eine Überspeisung verhindern kann,

so daß man bereits den automatischen Betrieb angestrebt hat,, daß Dampferzeuger hoher Kapazität bei hohem Druck und hoher Temperatur bekannt sind, und dgl. mehr, so ist doch die speziell für die thermische ölförderung vorgesehene Bauweise eines Dampferzeugers gemäß der vorliegenden Erfindung durch den Stand der Technik nicht nahegelegt worden.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnung.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Dampferzeuger mit kombiniertem Speisewasser-Luftabscheider und -Wärmeaustauscher.

F i g. 2 zeigt einen vergrößerten senkrechten Schnitt durch einen kombinierten Speisewasser-Luftabscheider und -Wärmeaustauscher.

Die F i g. 1 besteht aus einem oberen Teil, der schematisch einen Dampferzeuger zur Erzeugung von Dampf für die thermische Förderung von öl darstellt, und einem unteren Teil, der schematisch einen

kombinierten Entgaser und Wärmeaustauscher als Speisewasser-Luftabscheider und -Vorwärmer in vergrößertem Maßstab zeigt. Beide Teile sind rein schematisch gehalten. Die richtige Größenbemessung der einzelnen Teile richtet sich nach den Erfordernissen des jeweiligen Verwendungszweckes und kann vom Fachmann ohne Schwierigkeiten getroffen werden.

Der Dampferzeuger ist insgesamt mit 20 bezeichnet. Er besitzt einen Erhitzer 24, der auf ein passendes Kufengestell montiert sein kann. Der Erhitzer 24 ist im wesentlichen ein Wasserverdampfer mit Zwangumlauf und enthält eine Strahlungswärme-Zone 32 und eine Konvektionszone bzw. einen Vorwärmer 34. Der Vorwärmer 34 hat einen senkrechten Einlaßteil 36, einen waagerechten Hauptteil 37 und einen senkrechten Auslaß 38. Das dem Vorwärmer 34 zugeführte Speisewasser ist seinerseits bereits mittels des im unteren Teil der F i g. 1 gezeigten Speisewasser-Luftabscheiders und -Vorwärmers angewärmt.

Die Strahlungswärmezone 32 des Erhitzers 24 besitzt eine Heizkammer 40 mit Röhren 46. Die Röhren 46 erstrecken sich waagerecht und bilden zusammen eine Röhrenschlange 48.

Am Einlaßende 50 ist die Röhrenschlange 48 an das Speisewasser angeschlossen, das in noch näher zu beschreibender Weise vorgewärmt ist. Das Auslaßende 52 der Röhrenschlange 48 führt über die Leitung 54 in die ölführende Formation, in welche der Dampf eingeblasen werden spll. An der Seite der Kammer befindet sich ein herkömmlicher Brenner 58 mit jo Brennstoffzuleitung 106. Innerhalb des Vorwärmers 34 befinden sich waagerecht angeordnete Röhren 60 mit Enden 62. Die Röhren 60 bilden eine Röhrenschlange 64. Die Zufuhr des bereits selbst vorgewärmten Speisewassers zu dem Vorwärmer 34 erfolgt durch die Leitung 75, die in der schematisch angedeuteten Weise Anschluß an die Leitung 75Cdes kombinierten Speisewasser-Luftabscheiders und -Wärmeaustauschers im unteren Teil der F i g. 1 hat. Das in dem Vorwärmer 34 vorgewärmte Speisewasser verläßt den Vorwärmer 34 durch die Leitung 91, die in der schematisch angedeuteten Weise Anschluß an die Leitung 90Cim unteren Teil der F i g. 1 hat.

Der als kombinierter Speisewasser-Luftabscheider und -Vorwärmer dienende Entgaser und Wärmeaustauscher 116 ist im unteren Teil der Fig. 1 stärker schematisiert als in F i g. 2. Durch Verwendung gleicher Bezugszeichen ist angedeutet, daß das Funktionsprinzip in beiden Fällen gleich ist. Der kombinierte Speisewasser-Luftabscheider und -Vorwärmer 116 besteht aus einem hohlen Behälter 118, welcher durch eine waagerechte Wand 120 in einen oberen Teilabschnitt 122 und einen unteren Teilabschnitt 124 unterteilt ist. Innerhalb des unteren Abschnittes 124 besteht ein Reservoir von entgastem Speisewasser 126. Innerhalb des Reservoirs 126 befindet sich eine Röhrenschlange 127.

Eine Anzahl von Platten bildet eine Prallfläche 128, welche an der Wand 120 angebracht ist. Der Hauptteil der Prallfläche 128 liegt innerhalb des Reservoirs 126. Die Prallfläche 128 bildet einen ersten und gewöhnlich senkrecht angeordneten Durchgang 130, welcher mit dem oberen Teilabschnitt 122 in Verbindung steht; ein gewöhnlich waagerecht angeordneter Durchgang 132 steht in Verbindung mit dem unteren Ende des Durchgangs 130 und einem zweiten, gewöhnlich senkrecht angeordneten Durchgang 134, welcher an seinem unteren Ende mit dem Durchgang 132 zusammenhängt und an seinem oberen Ende in den Teilabschnitt 124 mündet. Die Prallfläche 128 bildet weiterhin einen dritten gewöhnlich sich senkrecht erstreckenden Durchgang 136 in der Nähe der Seitenwand 138 des Behälters 118, wobei der Durchgang 136 an seinem oberen Ende 139 abgeschlossen ist. Die Prallfläche 128 hat eine durchbrochene Wand 140, über welche die entsprechenden unteren Enden der Durchgänge 134 und 136 verbunden sind.

Ein Ende 144 einer Leitung 142 erstreckt sich durch eine öffnung in der Seitenwand 138, welche sich in der Nähe der waagerechten Wand 120 befindet, vom unteren Teilabschnitt 124 nach außen. Am entgegengesetzten Ende 146 führt die Leitung 142 durch eine weitere öffnung in der Seitenwand 138 in den Durchgang 136; die öffnung in der Seitenwand 138 befindet sich in der Nähe des oberen Endes 139 des Durchganges 136. Eine verhältnismäßig kurze Leitung 148 erstreckt sich von der Leitung 142 in der Nähe deren Ende 144 nach oben; durch eine weitere öffnung in der Seitenwand 138, welche sich in der Nähe der waagerechten Wand 120 befindet, führt sie in den oberen Abschnitt 122. Passende Ventile 150 und 152 befinden sich in der Leitung 148 bzw. in der Lejtung 142 (in der Nähe des Endes 146).

Eine Speisewassereinlaßleitung 154 führt in den oberen Abschnitt 122 durch eine passende öffnung in der oberen Wandung 156 des Behälters 118. Eine Sprühdüse 158 herkömmlicher Bauart ist an der Leitung 154 bzw. deren Ende befestigt. Eine Auslaßleitung 160 erstreckt sich am unteren Abschnitt 124 durch den Boden 162 des Behälters 118 nach außen.

Der Behälter 118 ist in seinem unteren Abschnitt 124 an der Seitenwand 138 mit einer Entlüftung 163 ausgerüstet und eine weitere Entlüftung 164 befindet sich in der oberen Wandung 156 des Behälters 118.

Die Speisewasserzufuhr zu dem kombinierten Luftabscheider und -Wärmeaustauscher 116 erfolgt mittels einer Speisepumpe 165 von einer Leitung 166 aus. Zwischen die Pumpe 165 und den kombinierten Abscheider und Wärmeaustauscher 116 ist über eine Leitung 167 ein Unterkühler 168 eingeschaltet. Der Unterkühler 168 tauscht die Wärme zwischen dem verhältnismäßig kalten Wasser aus der Leitung 167 und vergleichsweise warmem, abgeschiedenem Speisewasser aus dem unteren Abschnitt 124 aus. Der Unterkühler 168 hat über eine Leitung 170 Anschluß an die Speisewassereinlaßleitung 154 des oberen Abschnittes 122 des Behälters 118. Die Auslaßleitung 160 des unteren Abschnittes 124 des Behälters 118 dient zur Zufuhr des aus dem unteren Abschnitt 124 abgeschiedenen Wassers in den Unterkühler 168. Eine Auslaßleitung 172 des Unterkühlers verbindet diesen mit einer Pumpe 70c. Diese wiederum ist durch eine Leitung 75c mit dem Speisewassereintritt 87 der Röhrenschlange des Speisewasser-Vorwärmers 34 des Erhitzers 24 verbunden.

Die Rohrschlange 127 im unteren Abschnitt 124 des Behälters 118 ist an ihrem Einlaßende 174 durch eine Leitung 90c mit dem Auslaß 91 des Speisewasser-Vorwärmers 34 verbunden. Das Auslaßende 176 der Rohrschlange 127 steht über die Leitung 94c mit dem Einlaß 50 der Rohrschlange in der Strahlungswärmezone 32 in Verbindung.

In dem Unterkühler 168 wird das über die Leitung 166 zugeführte Speisewasser im Wärmeaustausch mit dem abgeschiedenen Speisewasser erhitzt, das durch die Leitung 160 aus dem unteren Abschnitt 124 in den Unterkühler 168 gelangt. Das Speisewasser wird danach

durch die Leitungen 170 und 154 und die Sprühdüse 158 in den oberen Abschnitt 122 des kombinierten Luftabscheiders und Vorwärmers 116 eingesprüht. Aus dem oberen Abschnitt 122 läuft das Speisewasser durch die Durchgänge 130, 132 und 134 in das Reservoir 126 des unteren Abschnittes 124.

Das durch die Rohrschlange 127 laufende heiße Wasser erwärmt das Speisewasser in dem Reservoir 126 und erzeugt Niederdruckdampf (z. B. etwa 0,7 atü bis 1,05 atü).

Der in dem Reservoir 126 erzeugte Dampf verläßt den unteren Abschnitt 124 durch das Ende 144 der Leitungsanordnung 142. Ein kleiner Teil des Dampfes wird durch die Leitungsanordnung 148 unter Steuerung durch das Ventil 150 in den oberen Abschnitt 122 des Behälters 118 geleitet. Hier kommt der Dampf mit dem Sprühnebel des ankommenden Speisewassers aus der Sprühdüse 158 in Berührung, so daß das Speisewasser vorgewärmt und teilweise abgeschieden wird. Die aus dem Speisewasser abgeschiedene Luft entweicht durch die Entlüftung 164 in die Außenluft.

Der größte Teil des Dampfes, welcher den Abschnitt 124 verläßt, wird durch die Leitung 142 und deren Ende 146 in den Durchgang 136 eingeführt. Von hier gelangt der Dampf durch die Durchbrechungen 140 in den zweiten senkrechten Durchgang 134 und kommt hier in Berührung mit dem vorgewärmten Speisewasser, so daß eine kochende Dampf-Wassermischung entsteht. Dabei ergibt sich eine Durchwirbelung, die zur vollständigen Entfernung von Sauerstoff und anderen Luftbestandteilen aus dem Wasser führt. Der Dampf erfüllt gleichzeitig die Aufgabe, das Speisewasser durch den zweiten senkrechten Durchgang 134 in das Reservoir 126 nach oben zu drücken.

Die ausgeschiedene Luft aus dem Speisewasser sammelt sich innerhalb des unteren Abschnittes 124 oberhalb des Reservoirs 126 und wird durch die Lüftung 163 an die Außenluft abgelassen.

Das aus dem unteren Abschnitt 124 durch die Leitung 160 in den Unterkühler 168 geführte entlüftete und vorgewärmte Speisewasser wird in dem Unterkühler 168 um 5,6 bis 11,1⁰C durch Wärmeaustausch mit dem ankommenden Speisewasser aus der Leitung 167 heruntergekühlt, um den erforderlichen Unterdruck an der Pumpe 70c zu reduzieren.

Beispiel

Mittels der Pumpe 165 wurde Speisewasser bei einer Temperatur von etwa 10° C in den Unterkühler 168 geleitet, hier auf eine Temperatur von etwa 27° C

ίο aufgeheizt und in den oberen Abschnitt 122 eingesprüht. Durch die Rohrschlange 127 in dem Reservoir 126 wurde heißes Wasser aus der Leitung 91 des Vorwärmers 34 bei einer Temperatur von etwa 285° C geleitet. DasWasser verließ die Rohrschlange mit einer Temperatur von etwa 195° C. Das Speisewasser im Reservoir 126 erreichte zur gleichen Zeit eine Temperatur von ungefähr 115° C bei einem Dampfdruck von etwa 0,7 bis 1,0 atü. Das vorgewärmte und entlüftete Speisewasser wurde beim Durchlaufen des Unterkühlers 168 auf eine Temperatur von etwa 99° C gekühlt und in den Einlaß 87 des Speisewasservorwärmers 34 eingeführt. Das heiße Wasser, welches die Rohrschlange 127 bei einer Temperatur von etwa 196°C verlassen hatte, wurde über die Leitung 94 zum Einlaß 50 der Rohrschlange in der Strahlungswärmezone geführt. In dieser wurde Dampf mit einem Druck von ungefähr 105 atü und bei einer Temperatur von ungefähr 315° C erzeugt.

Es ergibt sich, daß der kombinierte Abscheider und Vorwärmer den erforderlichen Dampf innerhalb des Abscheiders selbst erzeugt. Es bedarf also am Auslaß 52 des Erhitzers 24 keines Separators, um Dampf für den Abscheider 116 zu erzeugen. Es bedarf auch keiner Hochdruckreduziervorrichtung, wie sie bei anderen Vorrichtungen benötigt wird, um den Hochdruck des Dampfes am Auslaß 52 des Erhitzers 24 auf den gewünschten Niederdruck von 0,7 bis 1,0 atü für den Abscheider 116 zu reduzieren. Auch vereinfacht der kombinierte Abscheider und Vorwärmer wesentlich die

ίο für die Luftabscheidung aus dem Speisewasser erforderliche Leitungsanordnung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger zur Verwendung bei der thermischen Wiedergewinnung von öl aus Bohrungen mittels Wasserdampf, mit am Rauchgasaustritt des Dampferzeugers angeordnetem rauchgasbeheiztem ersten Speisewasservorwärmer, dem speisewasserseitig ein weiterer Speisewasservorwärmer vorgeschaltet ist, der durch im ersten Speisewasservorwärmer erwärmtes Speisewasser beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Speisewasservorwärmer als außerhalb des Dampferzeugers angeordneter kombinierter Entgaser und Wärmetauscher (116) ausgebildet ist, der durch eine waagerechte, von einem Speisewasserdurchtritt durchbrochene Trennwand (120) in einen oberen Abschnitt (122), der eine Speisewassersprüheinrichtung (158) aufweist, und einen unteren Abschnitt (124) unterteilt ist, in dem eine von im ersten Speisewasservorwärmer (34) erwärmten Speisewasser durchflossene Rohrschlange (127) angeordnet ist • und der mit dem Speisewassereintritt (87) des ersten Speisewasservorwärmers (34) verbunden ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Abschnitt (124) entwickelter Dampf über eine Leitungsanordnung (142, 148) teilweise dem oberen Abschnitt (122) des kombinierten Entgasers und Wärmetauschers (118— 164) zugeführt wird.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewasserdurchtritt einen ersten, von dem oberen Abschnitt (122) des kombinierten Entgasers und Vorwärmers (118—164) ausgehenden, senkrechten Durchgang (130) aufweist, der unten in einen waagerechten Durchgang (132) mündet, an den sich ein zweiter senkrechter Durchgang (134) anschließt, der mit seinem oberen Ende in den unteren Abschnitt (124) des Behälters (118) mündet und an seinem unteren , Ende über eine durchbrochene Wand (140) mit einem dritten senkrechten, an der Wandung des Behälters (118) angeordneten und oben angeschlossenen Durchgang (136) verbunden ist, in den eine Leitung (146) für im unteren Abschnitt entwickelten Dampf mündet.