RU2604261C2 - High-pressure superheated water producing plant - Google Patents
High-pressure superheated water producing plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604261C2 RU2604261C2 RU2014132045/06A RU2014132045A RU2604261C2 RU 2604261 C2 RU2604261 C2 RU 2604261C2 RU 2014132045/06 A RU2014132045/06 A RU 2014132045/06A RU 2014132045 A RU2014132045 A RU 2014132045A RU 2604261 C2 RU2604261 C2 RU 2604261C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- steam
- mixer
- pressure
- turbine
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B33/00—Steam-generation plants, e.g. comprising steam boilers of different types in mutual association
- F22B33/18—Combinations of steam boilers with other apparatus
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения (производства) перегретой воды непосредственно на месторождениях нефти с целью закачки высоконапорной горячей среды в нефтяные пласты.The invention relates to a power system and can be used to produce (produce) superheated water directly in oil fields with the aim of pumping a high-pressure hot medium into oil reservoirs.
Известны устройства, так называемые парогенерирующие установки, позволяющие вырабатывать теплоноситель в виде пара [1, 2]. Подобные устройства могут быть использованы для реализации способа паротеплового воздействия на нефтяные пласты, что позволяет повысить нефтеотдачу скважин [3, 4]. При этом эффект от паротеплового воздействия зависит от правильного выбора оборудования для нагнетания теплоносителя в нефтяные пласты, от оптимальности режимов работы этого оборудования. В частности, в монографии [3] отмечается, что для теплового воздействия на пласт целесообразно применять перегретый пар высокого давления 9,0…18,0 МПа и выше. С целью получения пара для таких нужд на месторождениях нефти используются различные парогенераторные установки как отечественного, так и зарубежного производства. Поэтому любая из таких парогенераторных установок может быть взята за аналог.Known devices, the so-called steam generating units, allowing to generate a coolant in the form of steam [1, 2]. Such devices can be used to implement the method of steam and thermal effects on oil reservoirs, which allows to increase oil recovery wells [3, 4]. In this case, the effect of heat and steam exposure depends on the correct choice of equipment for pumping the coolant into oil reservoirs, on the optimal operating conditions of this equipment. In particular, in the monograph [3] it is noted that it is advisable to use superheated high-pressure steam of 9.0 ... 18.0 MPa and higher for thermal treatment of the formation. In order to obtain steam for such needs at the oil fields, various steam generating units of both domestic and foreign production are used. Therefore, any of these steam generating units can be taken as an analogue.
Однако парогенераторные установки производят влажный пар, подаваемый под большим давлением в скважины, а конструктивные особенности скважин не позволяют использовать теплоноситель с температурой более 280°С. Так, например, парогенераторная установка типа УПГ - 60/160, согласно паспортным данным [5], производит влажный пар под давлением в 16,0 МПа с температурой в 345°С, что не позволяет использовать такой высокотемпературный продукт для большинства скважин нефтяных месторождений, металл которых не имеет специальной термической защиты. Но и эти защитные покрытия позволяют повысить температуру используемого пара только до температуры в 320°С. Поэтому на практике работу парогенераторной установки переводят в режим перегретой воды. При этом снижается не только надежность работы самого парогенератора, но и его к.п.д. Более того, при работе парогенераторной установки в режиме перегретой воды увеличивается расход теплоносителя на дегазацию питательной воды, что снижает производительность установки по конечному продукту.However, steam generating plants produce wet steam supplied under high pressure to the wells, and the design features of the wells do not allow the use of a coolant with a temperature of more than 280 ° C. So, for example, a steam generator unit of type UPG - 60/160, according to the passport data [5], produces wet steam under a pressure of 16.0 MPa with a temperature of 345 ° C, which does not allow the use of such a high-temperature product for most wells in oil fields, whose metal does not have special thermal protection. But even these protective coatings make it possible to increase the temperature of the steam used only to a temperature of 320 ° C. Therefore, in practice, the operation of the steam generator is transferred to the superheated water mode. This reduces not only the reliability of the steam generator itself, but also its efficiency Moreover, when the steam generator is operating in superheated water mode, the flow rate of the coolant for degassing feed water increases, which reduces the productivity of the installation for the final product.
Таким образом, основным недостатком использования парогенераторных установок для получения жидкого высоконапорного теплоносителя (перегретой воды) является их низкая эффективность, что проявляется в снижении производительности установки по конечному продукту.Thus, the main disadvantage of using steam generating plants to obtain a liquid high-pressure coolant (superheated water) is their low efficiency, which is manifested in a decrease in the productivity of the installation in the final product.
В патенте РФ на изобретение №2213293 [6] предлагается для повышения производительности установки по производству перегретой воды, основным агрегатом которой является паровой котел, снабдить установку дополнительным деаэратором, в котором производить дегазацию воды, забираемой из природного источника. На трубопроводе отвода деаэрированной воды из дополнительного деаэратора предлагается установить дополнительный нагнетательный насос, после которого деаэрированная и предварительно нагретая вода поступает в специальное смесительное устройство. В смеситель одновременно подается основной расход пара, производимого (паровым котлом) парогенератором. После смешения в смесительном устройстве пара и подогретой воды образуется в результате конденсации пара перегретая вода, которая подается потребителям. Именно это устройство по патенту РФ на изобретение №2213293 и может быть взято за прототип.In the patent of the Russian Federation for invention No. 2213293 [6] it is proposed to provide the unit with an additional deaerator in which the water taken from a natural source is degassed to increase the productivity of a superheated water production plant, the main unit of which is a steam boiler. It is proposed to install an additional discharge pump on the deaerated water discharge pipe from the additional deaerator, after which the deaerated and preheated water enters a special mixing device. The main flow of steam produced (by a steam boiler) by a steam generator is simultaneously fed into the mixer. After mixing steam and heated water in the mixing device, superheated water is formed as a result of steam condensation, which is supplied to consumers. It is this device according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2213293 and can be taken as a prototype.
Тем самым, установка-прототип содержит парогенератор, дегазатор для подготовки питательной воды с трубопроводом подвода греющей среды, имеющим редукционное устройство, через которое проходит пар, произведенный парогенератором, трубопроводом подвода химически очищенной воды и отвода дегазированной воды с нагнетательным насосом для питательной воды и деаэратор. Деаэратор снабжен трубопроводом подвода воды, забираемой из природного источника на деаэрацию, подвода греющей среды от редукционного устройства и отвода деаэрированной воды. Трубопровод отвода деаэрированной воды из деаэратора подключен к входу нагнетательного насоса повышенного давления, выходной патрубок которого подключен к смесительному устройству, в которое подается по паропроводам пар, произведенный парогенератором, при этом к выходу смесительного устройства подключен раздаточный трубопровод перегретой воды потребителям. Изложенные технические решения позволяют повысить эффективность установки, что подтверждается соответствующими математическими выкладками, приведенными в описании патента. Анализ эффективности такого технического решения проведен в работах [7-9]. При этом проанализированы два варианта технических решений конструктивно-компоновочной схемы установки по производству высоконапорной перегретой воды - с использование одного парогенератора и с использованием двух парогенераторов.Thus, the prototype installation comprises a steam generator, a degasser for preparing feed water with a heating medium supply pipe having a reduction device through which steam produced by the steam generator, chemically purified water supply pipe and degassed water pipe with a feed pump for feed water and a deaerator passes. The deaerator is equipped with a pipeline for supplying water taken from a natural source for deaeration, for supplying a heating medium from a pressure reducing device, and for discharging deaerated water. The drain pipe for deaerated water from the deaerator is connected to the inlet of the high-pressure discharge pump, the outlet pipe of which is connected to a mixing device, into which steam produced by the steam generator is supplied through steam pipelines, and a superheated water distribution pipe is connected to the outlet of the mixing device. The technical solutions outlined make it possible to increase the installation efficiency, which is confirmed by the corresponding mathematical calculations given in the patent description. An analysis of the effectiveness of such a technical solution was carried out in [7–9]. At the same time, two technical solutions were analyzed for the design and layout of the installation for the production of high-pressure superheated water - using one steam generator and using two steam generators.
Однако в указанном прототипе имеется целый ряд недостатков, главным из которых является сложная конструктивно-компоновочная схема установки для получения перегретой воды. В установке-прототипе применяются редукционные устройства, фактически являющиеся редукционно-охлаждающими устройствами, используются два нагнетательных насоса, для которых важным является обеспечение синхронизации их работы, и совершенно в материалах патента-прототипа не рассмотрены конструктивные особенности пароводяного смесителя.However, in this prototype there are a number of disadvantages, the main of which is the complex structural layout of the installation for producing superheated water. In the prototype installation, reduction devices are used, which are actually reduction and cooling devices, two pressure pumps are used, for which it is important to ensure synchronization of their work, and the design features of the steam-water mixer are not considered at all in the materials of the prototype patent.
Использование в устройстве редукционно-охлаждающих устройств не только усложняет трубопроводную сеть установки, но и снижает в целом к.п.д. установки. Использование в установке двух независимо работающих нагнетательных насосов требует их согласованной работы, в частности, в установке необходима система синхронизации работы насосов. А точнее необходима система управления и синхронизации работой силовых приводов нагнетательных насосов. Как правило, в качестве силовых приводов насосов используются электрические двигатели большой мощности. Использование для нагнетательных насосов силовых приводов иной природы позволит сэкономить электрическую энергию на месторождении, которая в дефиците. Одной из важнейших проблем является и обеспечение качественного и эффективного смешения пара и воды в водяном смесителе, что определяется конструктивными особенностями отдельных его элементов и узлов пароводяного смесителя, которые требуют своей проработки.The use of reduction-cooling devices in the device not only complicates the pipeline network of the installation, but also reduces the overall efficiency installation. The use of two independently operating injection pumps in the installation requires their coordinated work, in particular, in the installation, a pump synchronization system is required. More precisely, a control and synchronization system is needed for the operation of power drives of injection pumps. As a rule, electric motors of high power are used as power drives of the pumps. The use of power drives of a different nature for injection pumps will save energy in the field, which is in short supply. One of the most important problems is the provision of high-quality and effective mixing of steam and water in the water mixer, which is determined by the design features of its individual elements and nodes of the steam-water mixer, which require their study.
Тем самым, установки по подготовке перегретой воды, собранные по конструктивно-компоновочным схемам, предложенным в патенте РФ на изобретение №2213293 [6], имеют существенные резервы по их совершенствованию, как имеет свои резервы по совершенствованию и сам способ подготовки перегретой воды за счет смешения высоконапорного пара с водяной средой.Thus, installations for the preparation of superheated water, assembled according to the structural layout schemes proposed in the patent of the Russian Federation for invention No. 22213293 [6], have significant reserves for their improvement, as it has its own reserves for improvement and the very method of preparing superheated water by mixing high-pressure steam with an aqueous medium.
Таким образом, целью изобретения является повышение эффективности способа и самой установки по производству перегретой воды.Thus, the aim of the invention is to increase the efficiency of the method and the installation for the production of superheated water.
Указанная цель достигается тем, что в способе получения высоконапорной перегретой воды за счет смешения высоконапорного пара с природной водой в смесительном устройстве, в качестве нагнетательных насосов с силовыми приводами используются турбонасосные агрегаты (ТНА), аналогичные тем, которые используются в двигательных установках жидкостных ракетных двигателей [8]. Причем рабочим телом для турбины ТНА является пар, производимый парогенератором, а пар на выходе турбины ТНА может быть использован для подогрева воды в дегазаторе и в деаэраторе, что позволяет отказаться от редукционных устройств (редукционно-охлаждающих устройств). Для повышения эффективности пароводяного смешения в пароводяном смесителе подачу смешиваемых компонентов в его рабочую полость целесообразно производить через центробежные форсунки, как наиболее эффективные распыливающие устройства.This goal is achieved by the fact that in the method of producing high-pressure superheated water by mixing high-pressure steam with natural water in a mixing device, turbopump units (TNAs) similar to those used in propulsion systems of liquid rocket engines are used as injection pumps with power drives [ 8]. Moreover, the working fluid for the TNA turbine is the steam produced by the steam generator, and the steam at the outlet of the TNA turbine can be used to heat water in the degasser and in the deaerator, which allows you to abandon the reduction devices (reduction-cooling devices). To increase the efficiency of steam-water mixing in a steam-water mixer, it is advisable to supply the mixed components into its working cavity through centrifugal nozzles, as the most effective spraying devices.
Конструктивно отмеченные выше предложения по совершенствованию способа получения высоконапорной перегретой воды могут быть достаточно просто реализованы за счет использования в конструкции установки по производству высоконапорной воды элементов, агрегатов и узлов снимаемых с вооружения ракет с ЖРД в рамках их конверсионной утилизации [8]. Так ТНА, как правило, состоит из установленных на одном валу двух насосов и турбины, что решает вопрос о синхронизации работы нагнетательных насосов. Остается только адаптировать работу ТНА под новое рабочее тело - пар. В качестве смесительного устройства также можно в рамках конверсионной утилизации ракет с ЖРД использовать камеру сгорания с форсуночной головкой, но без соплового блока. При этом воду в форсуночную головку камеры сгорания следует подавать по тому тракту (тракт горючего или тракт окислителя), который используется в конструкции ЖРД для охлаждения стенок камеры сгорания. В результате этого вода, проходя по межрубашечному тракту, будет нагреваться и уменьшать потери тепла при смешении пара и воды в рабочей полости (в камере сгорания) ЖРД.Structurally, the above proposals for improving the method for producing high-pressure superheated water can be quite easily realized through the use of elements, assemblies and units of rockets with LRE removed from armament in the design of a high-pressure water production plant as part of their conversion utilization [8]. So TNA, as a rule, consists of two pumps and a turbine installed on one shaft, which solves the issue of synchronization of the operation of pressure pumps. It remains only to adapt the operation of the TNA to a new working fluid - steam. As a mixing device, it is also possible, within the framework of the conversion utilization of rockets with LRE, to use a combustion chamber with a nozzle head, but without a nozzle block. In this case, water should be supplied to the nozzle head of the combustion chamber along the path (fuel path or oxidizer path) that is used in the design of the rocket engine to cool the walls of the combustion chamber. As a result of this, the water passing through the inter-shell path will heat up and reduce heat loss when steam and water are mixed in the working cavity (in the combustion chamber) of the rocket engine.
Однако такая конструктивно-компоновочная схема является в той или иной степени оптимальной на маршевом (рабочем) режиме работы установки, но возникает проблема запуска установки на рабочий режим: как запустить в работу нагнетательные насосы? Запуск насосов и соответствующую раскрутку турбины ТНА можно осуществить с помощью дополнительного силового электрического привода (электрического двигателя), выходной вал ротора которого через пусковую муфту может быть состыкован (подключен) с валом ТНА. Запуск электрического двигателя через пусковую муфту позволит запустить и раскрутить нагнетательные насосы установки по производству высоконапорной перегретой воды. После выхода установки на расчетный режим по физическим параметрам перегретой воды (температура, расход, давление) с помощью пусковой муфты прерывается механическая связь между электрическим двигателем и валом ТНА, то есть с нагнетательными насосами.However, such a structural and layout scheme is to one degree or another optimal for the marching (working) mode of the installation, but there is a problem of starting the installation to the operating mode: how to start the discharge pumps? The pumps can be started and the TNA turbine properly spun up using an additional power electric drive (electric motor), the rotor output shaft of which can be connected (connected) to the TNA shaft through the start-up clutch. Starting an electric motor through a start-up clutch will allow you to start and spin up the discharge pumps of the installation for the production of high-pressure superheated water. After the unit reaches the calculated mode according to the physical parameters of superheated water (temperature, flow, pressure), the mechanical connection between the electric motor and the TNA shaft, that is, with the discharge pumps, is interrupted with the help of the starting clutch.
Таким образом, конструктивно-компоновочная схема устройства для предлагаемого способа получения перегретой воды основана на конструктивных особенностях жидкостного ракетного двигателя - его ТНА и камеры сгорания. Обычно турбонасосный агрегат жидкостного ракетного двигателя представляет собой устройство с насаженными на один вал двумя насосами для горючего и окислителя и турбиной, с помощью которой производится вращение рабочих лопаток насосов. Насосы подают компоненты топлива в форсуночную головку камеры сгорания, откуда через форсунки они поступают в камеру сгорания, где происходит смешивание компонентов и их сгорание. Для системы подготовки перегретой воды в пароводяном смесителе необходимо производить смешение высоконапорного пара и высоконапорной воды. Поэтому в камере сгорания нет необходимости сохранять сопловой блок: по критическому сечению камеры сгорания его можно убрать и заглушить в этом сечении межрубашечный зазор, например, установив там фланец. К этому фланцу будет стыковаться раздаточный трубопровод для отвода подготовленной перегретой воды. Жидкость в форсуночную головку пароводяного смесителя необходимо подавать через тот контур форсунок форсуночной головки, в который поступал компонент топлива через межрубашечный тракт камеры сгорания и соплового блока. Подачу воды необходимо осуществлять в районе критического сечения камеры сгорания. Пройдя по межрубашечному пространству, вода перед поступлением в рабочую полость смесителя успеет существенно подогреться за счет высокой температуры пароводяной смеси в рабочей полости (в полости камеры сгорания) пароводяного смесителя. И пар в форсуночную головку, и подготовленную воду в межрубашечное пространство камеры сгорания необходимо подавать под одинаковым и весьма высоким давлением. При этом давление пара будет определяться давлением рабочей (питательной) среды (химически очищенной воды), подаваемой в паровой котел. Для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) компоненты топлива подаются в камеру сгорания под одинаковым давлением, что обеспечивается за счет дроссельных шайб, установленных в тракты подачи компонентов топлива. С помощью аналогичных дроссельных шайб, установленных в тракты подачи воды в насосы ТНА, можно выровнять и давление пара, и давление воды, подаваемые через форсуночную головку в рабочую полость пароводяного смесителя, что обеспечит эффективную работу ТНА.Thus, the structural layout of the device for the proposed method for producing superheated water is based on the design features of a liquid propellant rocket engine - its heat pump and combustion chamber. Typically, a turbopump unit of a liquid propellant rocket engine is a device with two pumps for fuel and oxidizer mounted on one shaft and a turbine, with the help of which the working blades of the pumps are rotated. The pumps feed the fuel components to the nozzle head of the combustion chamber, from where they enter the combustion chamber through the nozzles, where the components are mixed and burned. For a system for preparing superheated water in a steam-water mixer, it is necessary to mix high-pressure steam and high-pressure water. Therefore, there is no need to save the nozzle block in the combustion chamber: according to the critical section of the combustion chamber, it can be removed and the inter-sleeve clearance can be damped in this section, for example, by installing a flange there. A dispensing pipe will be connected to this flange to drain the prepared superheated water. Liquid must be supplied to the nozzle head of the steam-water mixer through the nozzle nozzle circuit into which the fuel component entered through the inter-tube path of the combustion chamber and nozzle block. Water supply must be carried out in the vicinity of the critical section of the combustion chamber. Having passed through the inter-shell space, the water before it enters the working cavity of the mixer will have time to significantly warm up due to the high temperature of the steam-water mixture in the working cavity (in the cavity of the combustion chamber) of the steam-water mixer. Both the steam in the nozzle head and the prepared water in the inter-shell space of the combustion chamber must be supplied under the same and very high pressure. In this case, the vapor pressure will be determined by the pressure of the working (nutrient) medium (chemically purified water) supplied to the steam boiler. For liquid rocket engines (LRE), the fuel components are fed into the combustion chamber at the same pressure, which is ensured by throttle washers installed in the paths for supplying the fuel components. Using similar throttle washers installed in the water supply paths to the ТНА pumps, it is possible to equalize both the vapor pressure and the water pressure supplied through the nozzle head to the working cavity of the steam-water mixer, which will ensure the effective operation of the ТНА.
С другой стороны, работа насосов ТНА обеспечивается работой турбины, рабочим телом для которой в ЖРД является, как правило, горячий газ, вырабатываемый специальным газогенератором. Рабочим телом для турбины ТНА в составе системы подготовки перегретой воды может быть пар, вырабатываемый парогенератором. Более того, такой пар, пройдя турбину, потеряет и давление, и температуру, поэтому может быть использован для подогрева воды в деаэраторе и в дегазаторе. При этом отпадает необходимость в системе редукционного устройства для понижения давления пара, используемого для подогрева питательной воды для котла (котлов). С другой стороны, использование в качестве силового привода для нагнетательных насосов ТНА паровой турбины возможно только для стационарного режима работы установки подготовки перегретой воды. Для выхода установки на маршевый режим работы в состав установки необходимо ввести пусковой двигатель (электродвигатель) для насосов ТНА с передаточной (пусковой) муфтой, для передачи вращающего момента с вала пускового двигателя на вал насосов ТНА.On the other hand, the operation of the TNA pumps is ensured by the operation of the turbine, the working fluid for which in the LRE is, as a rule, hot gas produced by a special gas generator. Steam generated by the steam generator may be the working fluid for the ТНА turbine as part of the superheated water treatment system. Moreover, such steam, having passed the turbine, will lose both pressure and temperature, therefore it can be used to heat water in the deaerator and in the degasser. At the same time, there is no need for a reduction device system to lower the steam pressure used to heat the feed water for the boiler (s). On the other hand, the use of a steam turbine as a power drive for TNA injection pumps is possible only for the stationary mode of operation of the superheated water treatment unit. For the unit to enter marching mode of operation, it is necessary to introduce a starting motor (electric motor) for the TNA pumps with a transfer (starting) clutch to transfer torque from the shaft of the starting engine to the shaft of the TNA pumps.
Схема подобного технического решения, для простоты рассмотренная на примере одного парового котла, например, УПГ -60/160М, приведена на фиг. 1.A diagram of such a technical solution, for simplicity considered by the example of one steam boiler, for example, UPG-60 / 160M, is shown in FIG. one.
В соответствии с фиг. 1, установка для получения высоконапорной перегретой воды содержит парогенератор 1, нагнетательный насос 2 подачи рабочего тела в паровой котел 1, дегазатор 3, с трубопроводом IV подвода греющей среды, подаваемой по паропроводу III с выхода паровой турбины 6 ТНА. К дегазатору 3 подходит трубопровод I подвода деаэрируемой воды от системы ее предварительной подготовки (система подогрева и химической обработки), непоказанной на фиг. 1. Установка содержит трубопровод II отвода дегазированной воды с питательным насосом 2 для подачи воды по трубопроводу IX в парогенератор 1. Выходом парогенератора 1 являются два паропровода X и XI. Установка снабжена дополнительным деаэратором 5, в который вода на деаэрацию и предварительный нагрев поступает из природного водоема без какой-либо химической ее обработки по трубопроводу VI. Нагрев воды в деаэраторе осуществляется за счет подвода пара по паропроводу V. В трубопровод отвода VII деаэрированной воды из дополнительного деаэратора 4 встроен дополнительный нагнетательный насос 5. Выходной патрубок VIII насоса 5 подключен к межрубашечному тракту камеры сгорания ЖРД 7 в районе ее критического сечения. Причем сечение межрубашечного тракта в районе критического сечения заглушено кольцевым фланцем, не показанным на фиг. 1, а сам фланец стыкуется с раздаточным трубопроводом, также не обозначенным отдельной позицией на фиг. 1, подачи перегретой воды потребителям. Установка оснащена единым силовым приводом нагнетательных насосов 2 и 5, выполненным в виде турбины 6, установленной на одном валу с центробежными насосами 5 и 2. При этом турбина 6 имеет подводящий трубопровод для рабочего тела - паропровод X и паропровод III отвода отработанного пара для подачи низконапорного и охлажденного пара в паропроводы IV и V. Для раскрутки центробежных насосов 2 и 5 и турбины 6 при запуске установки по производству перегретой воды на расчетный (маршевый) режим в ее состав введен электрический двигатель 9, вращающий силовой момент с ротора которого посредством передаточной (пусковой) муфты 8 передается на ось турбонасосного агрегата, на котором жестко закреплены насосы 2,5 и турбина 6.In accordance with FIG. 1, the installation for producing high-pressure superheated water comprises a
Схема смесительного устройства, в качестве которого целесообразно использовать камеру сгорания ЖРД, приведена на фиг. 2.A diagram of the mixing device, which is advisable to use the LRE combustion chamber, is shown in FIG. 2.
Рабочая полость смесителя, обозначенная на фиг. 2 позицией РП, формируется корпусом смесителя, образованным двумя эквидистантно расположенными обечайками 1 и 2 в виде тел вращения, которые для ЖРД формируют и выхлопной раструб ЖРД. В смесителе для подготовки перегретой воды кольцевой зазор, образованный обечайками 1 и 2 вблизи критического сечения (максимального сужения тракта рабочей полости), герметично заглушен кольцевым фланцем 3. К другому торцу наружной обечайки 2 герметично прикреплена (приварена) крышка 4. А к другому торцу внутренней обечайки 2 приварено промежуточное днище 5, а внутри обечайки 2 параллельно промежуточному днищу 5 герметично установлено (вварено) основное днище 6 смесителя. Промежуточное днище 5 и крышка 4 образуют полость (коллектор) А для одного из рабочих тел (вода), а днища 5 и 6 и обечайка 2 образуют полость (коллектор) В для другого рабочего тела - пара. На наружной обечайке 2 вблизи критического сечения корпуса смесителя для подачи воды в тракт (кольцевой зазор), образованный обечайками 1 и 2, к ней приварен патрубок 7. На основном днище 6 установлены центробежные форсунки, в часть из которых (форсунки 8) рабочее тело подается из полости (коллектора) В, а в другие форсунки (форсунки 9) рабочее тело подается из полости (коллектора) А. Подготовленная в рабочей полости смесителя (РП) перегретая вода отбирается потребителям по трубопроводу 10, присоединенному своим фланцем (не обозначенным позицией на фиг. 2) к фланцу 3. Рабочее тело (высоконапорный пар) подается в полость (коллектор) В по патрубку 11. Патрубок 11 установлен (приварен) на промежуточном днище 5, а к фланцу патрубка 11 подсоединен фланец паропровода 12. При этом корпус смесителя и подводящие и отводящие трубопроводы теплоизолированы: теплоизоляция на фиг. 2 обозначена позицией И.The working cavity of the mixer, indicated in FIG. 2 by the position of the RP, it is formed by the mixer body formed by two equidistantly located
Работа установки по подготовке перегретой высоконапорной воды имеет три характерных режима: режим запуска, режим рабочий, или маршевый режим, а также режим останова. На эффективность работы установки главным образом влияют параметры маршевого режима. При этом режимы запуска и останова установки в основном характеризуются известными технологическими операциями для паровых котлов, поэтому далее рассмотрим работу установки на маршевом режиме, когда прошел запуск парогенератора 1 и сработала передаточная (пусковая) муфта 8, отключив вал ротора двигателя 9 от вала ТНА (фиг. 1).The operation of the installation for the preparation of superheated high-pressure water has three characteristic modes: start-up mode, operating mode, or marching mode, as well as a stop mode. The efficiency of the installation is mainly affected by the parameters of the marching mode. In this case, the start and stop modes of the installation are mainly characterized by known technological operations for steam boilers, therefore, we will further consider the operation of the installation in marching mode, when the
При работе на маршевом режиме установки по производству перегретой высоконапорной воды химически очищенная и предварительно подогретая до 20-50°С вода по трубопроводу I поступает в дегазатор 3, где дегазируется, нагреваясь до 70-130°С за счет теплоносителя, поступающего по трубопроводу IV и имеющего расчетную температуру, причем теплоноситель образован паром, произведенным парогенератором 1 после прохождения им турбины 6, в которой произошло его охлаждение, а далее поданным посредством трубопровода (паропровода) III в паропровод IV. Дегазированная в дегазаторе 3 вода по трубопроводу IX поступает в насос 2, откуда под давлением, соответствующим давлению питательной воды, в парогенератор 1 (фиг. 1).When operating in marching mode of an installation for the production of superheated high-pressure water, chemically purified and preheated to 20-50 ° С water passes through pipeline I to degasser 3, where it is degassed, heated to 70-130 ° С due to the coolant supplied through pipeline IV and having a calculated temperature, the coolant being formed by the steam produced by the
Часть выработанного в парогенераторе 1 пара по трубопроводу X подается на лопатки турбины 6, обеспечивая ее вращение, а поскольку на этом валу установлены центробежные насосы 5 и 2, то тем самым будет обеспечена работа насосов 5 и 2. Основная часть выработанного парогенератором пара поступает в соответствующий коллектор форсуночной головки смесителя 7, в качестве которого можно использовать камеру сгорания ЖРД, но без соплового блока.Part of the steam generated in the
В дополнительный деаэратор 4 вода на деаэрацию и предварительный нагрев поступает из природного водоема по трубопроводу VI. В деаэраторе 4 вода дегазируется и нагревается за счет подвода теплоносителя, поступающего по трубопроводу (паропроводу) V, причем теплоноситель образован паром, произведенным парогенератором 1 после прохождения им турбины 6, и поданного в трубопровод V посредством паропровода III. Дегазированная в дополнительном деаэраторе 4 до 100-150 мкг остаточного кислорода на литр и нагретая до 70-100°С вода по трубопроводу VII поступает в насос 5. Далее, эта деаэрированная (дегазированная) вода насосом 5 под давлением, соизмеримым с давлением питательной воды, поступающей в парогенератор 1, подается по трубопроводу VIII в смесительное устройство 7, куда подается по трубопроводу XI основная часть пара, вырабатываемого парогенератором 1. Причем патрубок подвода деарированной воды устанавливается вблизи критического сечения камеры сгорания ЖРД для обеспечения подачи воды в межрубашечный тракт камеры сгорания ЖРД. В рабочую полость пароводяного смесителя 7 пар и вода подаются через центробежные форсунки, установленные в форсуночной головке камеры сгорания ЖРД. При этом пар подается через один коллектор форсуночной головки, а пар - через другой коллектор. Подача пара и воды в рабочую полость смесителя 7 (полость камеры сгорания) через центробежные форсунки пара и воды позволяет обеспечить мелкодиспесный распыл воды, что позволяет гарантировать эффективную конденсацию пара и нагрев распыленной воды в рабочей полости смесителя 7, в результате чего получается перегретая вода с температурой 200-300°С, которая по трубопроводу, необозначенному на фиг.1 отдельной позицией, подается потребителям. При этом вода, подаваемая на смешение в смеситель 7, в соответствующий коллектор форсуночной головки, при прохождении ее по межрубашечному тракту нагревается за счет тепла в рабочей полости смесителя, что позволяет уменьшить тепловые потери в установке и повысить эффективность ее работы.In the
Работа пароводяного смесителя, схема которого приведена на фиг. 2, происходит следующим образом.The operation of the steam-water mixer, the circuit of which is shown in FIG. 2 occurs as follows.
Предварительно подогретая вода под расчетным давлением подается по патрубку 7 (фиг. 2) в межрубашечный тракт, образованный обечайками 1 и 2, пройдя который вода поступает в коллектор А форсуночной головки. Из коллектора А вода через центробежные форсунки 9 распыливается (разбрызгивается) в рабочую полость РП пароводяного смесителя. Второй рабочий компонент пароводяного смесителя, пар, подается в коллектор В форсуночной головки по патрубку 11, в который он поступает по паропроводу 12 из парогенератора установки по подготовке перегретой воды. В рабочей полости РП пароводяного смесителя происходит интенсивное смешение рабочих тел. При конденсации пара будет дополнительно выделяться скрытая теплота парообразования, в результате чего на входе в трубопровод 10 перегретая высокотемпературная вода будет иметь температуру в 250-300°С. Высокая интенсивность тепловых потоков из рабочей полости пароводяного смесителя в обечайку 2 позволяет подогреть воду, поступающую по межрубашечному тракту (кольцевой зазор между обечайками 1 и 2) в коллектор А форсуночной головки, что позволяет избежать потерь теплоносителя и повысить эффективность работы смесителя.Preheated water under design pressure is supplied through pipe 7 (Fig. 2) to the inter-tube path formed by
Пренебрегая потерями на выпар в дегазаторе и деаэраторе по аналогии с [6], оценим технические характеристики системы подготовки перегретой воды. В соответствии со схемой, приведенной на фиг. 1, будем иметь следующие соотношения расходов сред для трубопроводов установки подготовки высоконапорной перегретой воды.Neglecting the evaporation losses in the degasser and deaerator by analogy with [6], we evaluate the technical characteristics of the superheated water treatment system. In accordance with the circuit shown in FIG. 1, we will have the following media flow ratios for pipelines of a high-pressure superheated water treatment plant.
Для простоты будем считать, что рабочие среды в некоторых магистралях установки находятся под давлением Pmin, а в других магистралях установки находятся под давлением Pmax. В частности, будем считать, что выполняются следующие соотношенияFor simplicity, we assume that the working media in some lines of the installation are under pressure P min , and in other lines of the installation are under pressure P max . In particular, we assume that the following relations hold
Индексы в выражениях (2) соответствуют позициям соответствующих магистралей установки. Также для простоты будем считать, с условием замечания к выражению (2), что в установке подготовки высоконапорной перегретой воды в магистралях выполняются следующие температурные соотношения:The indices in expressions (2) correspond to the positions of the corresponding installation lines. Also, for simplicity, we assume, with the condition of remarks to expression (2), that in the installation for the preparation of high-pressure superheated water in the mains the following temperature ratios are satisfied:
Известно, что мощность турбины ТНА должна быть больше, чем суммарная мощность насосов из-за потерь в трактах турбины [10]. Для простоты будем пренебрегать этими потерями, и мощность турбины выберем из соотношенияIt is known that the power of the turbine ТНА must be greater than the total power of the pumps due to losses in the paths of the turbine [10]. For simplicity, we will neglect these losses, and we choose the turbine power from the relation
где γ - удельный вес воды.where γ is the specific gravity of water.
Известно, что без учета потерь в турбине мощность одноступенчатой паровой турбины пропорциональна расходу пара и теплоперепаду на ней. [10]. Тогда с учетом обозначений по рисунку на фиг. 1 для расчета мощности паровой турбины установки получения перегретой воды будем иметьIt is known that, without taking into account losses in the turbine, the power of a single-stage steam turbine is proportional to the steam consumption and heat transfer on it. [10]. Then, taking into account the notation in the figure in FIG. 1 to calculate the power of the steam turbine of the superheated water production unit, we will have
где Х6 - расход пара на турбину; А=const,where X 6 is the steam flow to the turbine; A = const
R и k - газовая постоянная и показатель адиабаты процесса расширения пара в турбине.R and k are the gas constant and the adiabatic exponent of the steam expansion process in the turbine.
Исходя из условий теплового баланса и расходных характеристик в трактах установки, будем иметьBased on the conditions of the heat balance and flow characteristics in the installation paths, we will have
где ΔΗ - удельная теплоемкость парообразования воды;where ΔΗ is the specific heat of water vaporization;
С - удельная теплоемкость воды.C is the specific heat of water.
Система уравнений (1)-(6) позволяет решить задачу по оптимизации работы системы подготовки высоконапорной перегретой воды на месторождении нефти с позиции максимальной ее производительности по перегретой воде. Основными входными параметрами для расчета являются характеристики используемого в составе установки парогенератора, производительность и физические (расходные) характеристики которого заданы в паспорте парогенератора: оптимальные соотношения по давлению на входе и выходе из парогенератора; температура питательной воды и температура пара; производительность парогенератора.The system of equations (1) - (6) allows us to solve the problem of optimizing the operation of the system for preparing high-pressure superheated water in an oil field from the position of its maximum performance in superheated water. The main input parameters for the calculation are the characteristics of the steam generator used as part of the installation, the performance and physical (consumable) characteristics of which are specified in the steam generator passport: optimal pressure ratios at the inlet and outlet of the steam generator; feed water temperature and steam temperature; steam generator performance.
Как видно из схемы, приведенной на фиг. 1, по сравнению со схемами, приведенными в патенте [6], предлагаемая схема установки по подготовке высоконапорной перегретой воды является более простой и, как показывают расчеты, производительность такой установки по готовой перегретой воде на 10-15 процентов выше, чем для схем установок, приведенных в патенте на изобретение РФ №2213293 [6]. При этом в качестве пароводяного смесителя для такой установки можно использовать камеру сгорания ЖРД с форсуночной головкой, но без соплового раструба: пар из парогенератора непосредственно поступает в один из контуров (коллекторов) форсуночной головки; подогретая вода поступает во второй контур (коллектор) форсуночной головки по межрубашечному тракту камеры сгорания. Для подачи жидкости в межрубашечный тракт в районе критического сечения соплового блока после обрезки соплового блока устанавливается коллектор, к которому подсоединен подводящий трубопровод подачи воды.As can be seen from the circuit shown in FIG. 1, in comparison with the schemes shown in the patent [6], the proposed installation scheme for the preparation of high-pressure superheated water is simpler and, as calculations show, the productivity of such a plant for finished superheated water is 10-15 percent higher than for the installation schemes, given in the patent for the invention of the Russian Federation No. 2213293 [6]. Moreover, as a steam-water mixer for such an installation, you can use the LRE combustion chamber with a nozzle head, but without a nozzle socket: steam from the steam generator directly enters one of the circuits (collectors) of the nozzle head; heated water enters the second circuit (collector) of the nozzle head through the inter-tube path of the combustion chamber. To supply fluid to the inter-tube path in the region of the critical section of the nozzle block after trimming the nozzle block, a collector is installed to which a water supply pipe is connected.
Предложение по конструктивно-компоновочной схеме установки по подготовке перегретой воды, в составе которой использовать ТНА и камеры сгорания ракет с ЖРД, позволяет дополнительно к изложенным преимуществам предлагаемого способа и устройства получения перегретой высоконапорной воды отметить еще одно - эффективный путь конверсионной утилизации жидкостных ракетных двигателей.The proposal on the design and layout of the installation for the preparation of superheated water, which includes the use of thermal oil and combustion chambers of rockets with liquid propellant rocket engines, allows us to point out one more advantage of the proposed method and device for producing superheated high-pressure water - an effective way of conversion utilization of liquid rocket engines.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1028945, кл. F22B 1/00; C02F 1/20, 1983 г., Бюл. №26.1. USSR copyright certificate for the invention No. 1028945, class.
2. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1076697, кл. F22B 1/18, 1984 г., Бюл. №8.2. USSR author's certificate for the invention No. 1076697, class.
3. Байбаков Н.К., Гарушев А.Р. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений. - М.: Недра; 1981. - 286 с. (Прототип на с. 233, рис. 95).3. Baibakov N.K., Garushev A.R. Thermal methods for developing oil fields. - M .: Nedra; 1981. - 286 p. (The prototype on p. 233, Fig. 95).
4. Желтов Ю.В., Кудинов В.И., Малофеев Г.Е. Разработка сложнопостроенных месторождений вязкой нефти в карбонатных коллекторах. - М.: Нефть и газ; 1997. - 256 с. 4. Zheltov Yu.V., Kudinov V.I., Malofeev G.E. Development of complex viscous oil fields in carbonate reservoirs. - M .: Oil and gas; 1997 .-- 256 p.
5. Инструкция по монтажу парогенераторной, водоподготовительной и механической части автоматизированной передвижной установки типа УПГ 60/160 для закачки высоконапорной горячей среды в нефтяные пласты. - Производственное объединение "Красный котельщик"; 1979.5. Installation instructions for the steam generating, water treatment and mechanical parts of an automated mobile unit, type UPG 60/160, for pumping high-pressure hot media into oil reservoirs. - Production Association "Red Boiler"; 1979.
6. Патент РФ на изобретение №2213293. Установка для получения высоконапорной перегретой воды. / Богомольный Е.И., Казанцев О.Ю., Кузнецов Н.П. МПК 7 F22B 33/18. Заявл. 14.08.2001. Опубл. 27.09.2003. Бюл. №27.6. RF patent for the invention No. 2213293. Installation for producing high-pressure superheated water. / Bogomolny E.I., Kazantsev O.Yu., Kuznetsov N.P.
7. Кузнецов Н.П. Повышение производительности теплоэнергетических установок, применяемых для термических методов воздействия на нефтяной пласт / Н.П. Кузнецов, Е.И. Богомольный, Казанцев О.Ю. // Энергетика и нефтяная промышленность, Т. 1. (2002) Вып. 1. АНО «Институт компьютерных технологий», Ижевск. - С. 33-36.7. Kuznetsov N.P. Increasing the productivity of thermal power plants used for thermal methods of influencing an oil reservoir / N.P. Kuznetsov, E.I. Praying, Kazantsev O.YU. // Energy and oil industry, T. 1. (2002) Issue. 1. ANO "Institute of Computer Technology", Izhevsk. - S. 33-36.
8. Кузнецов Н.П. Утилизация ракет с ЖРД (на примере ракеты 8К14) / Н.П. Кузнецов, М.Г. Кургузкин, В.А. Николаев // Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2004. Москва-Ижевск: - 288 с.8. Kuznetsov N.P. Utilization of rockets with liquid propellant rocket engines (using the example of the 8K14 missile) / N.P. Kuznetsov, M.G. Kurguzkin, V.A. Nikolaev // Moscow-Izhevsk: SRC “Regular and chaotic dynamics”, 2004. Moscow-Izhevsk: - 288 p.
9. Кузнецов Н.П. Оценка эффективности совершенствования термического метода увеличения нефтеотдачи пластов / Н.П. Кузнецов, И.Б. Ахмадуллин, О.Ю. Казанцев. // Интеллектуальные системы в производстве. Научно-практический журнал. - 2009, №2 (14). - Ижевск, Изд-во ИжГТУ 2009. - С. 142-158.9. Kuznetsov N.P. Evaluation of the effectiveness of improving the thermal method of increasing oil recovery / N.P. Kuznetsov, I.B. Ahmadullin, O.Yu. Kazantsev. // Intelligent systems in production. Scientific and practical journal. - 2009, No. 2 (14). - Izhevsk, Izhevsk State Technical University publishing house 2009. - P. 142-158.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014132045/06A RU2604261C2 (en) | 2014-08-01 | 2014-08-01 | High-pressure superheated water producing plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014132045/06A RU2604261C2 (en) | 2014-08-01 | 2014-08-01 | High-pressure superheated water producing plant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014132045A RU2014132045A (en) | 2016-02-20 |
RU2604261C2 true RU2604261C2 (en) | 2016-12-10 |
Family
ID=55313482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014132045/06A RU2604261C2 (en) | 2014-08-01 | 2014-08-01 | High-pressure superheated water producing plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2604261C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2095114C1 (en) * | 1994-08-01 | 1997-11-10 | Анатолий Сазонович Коротеев | Device for demineralization of liquid |
WO2003076344A1 (en) * | 2002-03-05 | 2003-09-18 | Monosep Corporation | System for removing organics from a wastewater stream |
RU2213293C2 (en) * | 2001-08-14 | 2003-09-27 | Научно-производственное акционерное общество закрытого типа "ЗОЯ" | Apparatus for producing of high-pressure superheated water |
RU2325330C2 (en) * | 2006-04-10 | 2008-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method of oilfield waters preparation for oilfield layer pressure support system and device for its implementation |
RU2399754C1 (en) * | 2009-09-11 | 2010-09-20 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Heavy or bituminous oil production method |
-
2014
- 2014-08-01 RU RU2014132045/06A patent/RU2604261C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2095114C1 (en) * | 1994-08-01 | 1997-11-10 | Анатолий Сазонович Коротеев | Device for demineralization of liquid |
RU2213293C2 (en) * | 2001-08-14 | 2003-09-27 | Научно-производственное акционерное общество закрытого типа "ЗОЯ" | Apparatus for producing of high-pressure superheated water |
WO2003076344A1 (en) * | 2002-03-05 | 2003-09-18 | Monosep Corporation | System for removing organics from a wastewater stream |
RU2325330C2 (en) * | 2006-04-10 | 2008-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method of oilfield waters preparation for oilfield layer pressure support system and device for its implementation |
RU2399754C1 (en) * | 2009-09-11 | 2010-09-20 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Heavy or bituminous oil production method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014132045A (en) | 2016-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106661875A (en) | An apparatus, system and method for utilizing thermal energy | |
JP2013148095A (en) | Gas turbine compressor water wash system | |
RU2613100C2 (en) | Gas turbine (versions) and method of gas turbine operation | |
CN105909328A (en) | System And Method For Heating Make-Up Working Fluid Of A Steam System With Engine Fluid Waste Heat | |
JP2015206360A (en) | System and method of distillation process and turbine engine intercooler | |
RU2014113685A (en) | REACTIVE MOTOR INSTALLATION AND FUEL SUPPLY METHOD | |
US20120285175A1 (en) | Steam injected gas turbine engine | |
RU2488903C1 (en) | Combustion system of hydrogen in nuclear power plant cycle with temperature control of hydrogen-oxygen steam | |
CN107709710A (en) | Method of supplying water, the water system for performing this method, the steam generating device for possessing water system | |
US20150000249A1 (en) | Combined cycle power plant | |
RU2667845C1 (en) | Cryogenic fuel supply system | |
EP2617963A2 (en) | Liquid fuel heating system | |
RU2604261C2 (en) | High-pressure superheated water producing plant | |
KR101249203B1 (en) | Steam generator | |
US9404395B2 (en) | Selective pressure kettle boiler for rotor air cooling applications | |
CN208504350U (en) | It is a kind of to improve low when thermal power plant unit peak regulation plus leaving water temperature device | |
EP3318733B1 (en) | Feedwater bypass system for a desuperheater | |
RU2343368C1 (en) | Geothermal power plant | |
JP6721220B1 (en) | Steam driven pump device | |
US20140345723A1 (en) | Water injection device for a bypass steam system of a power plant | |
RU2065978C1 (en) | Steam-power unit | |
RU2645897C1 (en) | Cogeneration vapor-turbine plant | |
JP2014218922A (en) | Prime motor system | |
RU2266414C2 (en) | Method of recovery of heat of exhaust gases of gas-turbine engine and heat power-generating plant for implementing the method | |
EP3660865B1 (en) | Single-loop nuclear power plant with pressurized coolant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170109 |