高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐及加熱方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐及加熱方法，包括加熱爐爐體和爐內(nèi)火筒，爐體的水平一端為燃料氣進口端，另一端為頁巖氣管道接口端；爐體內(nèi)腔下半部設(shè)置封閉的燃燒火筒，火筒外部的爐體內(nèi)腔為充水空間；火筒一端連接燃燒裝置，另一端連通反向延伸的煙管，煙管依次與煙箱、煙囪連接；燃料氣進口端處，火筒的外側(cè)設(shè)置燃燒裝置，燃料氣進口管道與燃燒裝置點火端連通；采用了臥式內(nèi)燃兩回程的燃燒結(jié)構(gòu)，燃料氣沿火筒順向加熱，又反向沿煙管回流，加熱效果好，熱效率高，同時使得煙管和火筒布局緊湊、爐體體積變小；爐內(nèi)筒體采用直形火筒和波形火筒相結(jié)合的強化傳熱結(jié)構(gòu)；整體撬塊化：結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡便。
【專利說明】高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐及加熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種頁巖氣開發(fā)中油氣集輸工藝采用的加熱爐及加熱方法。
【背景技術(shù)】
[0002]頁巖氣是指賦存于富有機質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣。
[0003]水套加熱爐是油氣田勘探開發(fā)中的重要設(shè)備之一，由于油氣物性參數(shù)的不同以及油氣集輸工藝流程的需要，所采用的加熱方式和設(shè)備也不完全一樣，因此，所用的加熱爐很難形成定型標準的產(chǎn)品。目前在市場上開發(fā)的類似產(chǎn)品有天然氣加熱爐、分體式加熱爐和真空相變加熱爐等產(chǎn)品，雖然在很大程度上也滿足了用戶的需求，但是，在加熱爐的結(jié)構(gòu)、熱能利用的效率等方面尚還有改進或提高之處。而對于以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)頁巖氣，則還沒有一種針對其專用的加熱爐。傳統(tǒng)加熱爐適用于該領(lǐng)域時，又無法滿足加熱需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有加熱爐無法應(yīng)用于目前率先開發(fā)的頁巖氣生產(chǎn)過程，提供一種高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐及加熱方法，能夠較好適應(yīng)頁巖氣生產(chǎn)，同時具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、熱效率高、金屬耗量少的優(yōu)點。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，包括加熱爐爐體和爐內(nèi)火筒，其特征在于:爐體設(shè)置于撬座之上且和撬座設(shè)為一體；爐體的水平一端為燃料氣進口端，另一端為頁巖氣管道接口端；爐體內(nèi)腔下半部設(shè)置封閉的燃燒火筒，火筒外部的爐體內(nèi)腔為充水空間；
火筒一端連接燃燒裝置，另一端連通反向延伸的煙管，煙管依次與煙箱、煙囪連接；
燃燒氣進口端處，火筒的外側(cè)設(shè)置燃燒裝置，燃料氣進口管道與燃燒裝置點火端連
通；
頁巖氣管道接口端，爐體的另一端通過爐體法蘭封閉，爐體法蘭外為盤管閥組；其中，頁巖氣進入管道由頁巖氣進口穿過法蘭后伸入爐體上半部的內(nèi)腔中形成換熱盤管，換熱盤管兩端分別連通相應(yīng)的頁巖氣進口和頁巖氣出口 ；沿筒體中心線方向，火筒內(nèi)換熱盤管的下方設(shè)置水平滑軌，管板位于滑軌上，換熱盤管穿過管板并由管板支撐固定，管板能夠帶動換熱盤管沿滑軌滑動。
[0006]上述技術(shù)方案中，所述的火筒包括直火筒和波形火筒，所述波形火筒沿水平方向間隔設(shè)置在直火筒之間；波形火筒為母線呈波浪線狀延伸的圓筒體。
[0007]上述技術(shù)方案中，火筒的另一端設(shè)置水平伸出爐體外部的看火裝置。
[0008]上述技術(shù)方案中，火筒底部由火筒托架弧板支撐托起，火筒托架弧板通過間隔設(shè)置的托架支撐沿徑向支撐在爐體內(nèi)。[0009]上述技術(shù)方案中，煙管采用螺旋槽煙管。
[0010]上述技術(shù)方案中，煙管置于火筒的前后側(cè)，且前后側(cè)煙管均位于爐體內(nèi)腔下半部分。
[0011 ] 上述技術(shù)方案中，煙管由煙管管板支撐，煙管管板支撐于火筒和爐體之間。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述煙箱設(shè)置能夠開閉的清灰門。
[0013]上述技術(shù)方案中，爐體頂部設(shè)置人孔、膨脹水箱、補水口，爐體下部設(shè)置排污口 ；爐體壁設(shè)置保溫防護層。
[0014]上述技術(shù)方案中，爐體通過底部水平兩端的鞍式支座與撬座設(shè)為一體。
[0015]上述技術(shù)方案中，頁巖氣換熱盤管為承壓達42MPa的無縫鋼管。
[0016]上述技術(shù)方案中，燃燒裝置采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統(tǒng)；還設(shè)置自動補水控制器、自動調(diào)節(jié)負荷控制器、熄火保護控制器、遠程緊急關(guān)斷控制器，各控制器均與相應(yīng)儀表系統(tǒng)連接。
[0017]一種采用上述技術(shù)方案所述加熱爐的頁巖氣加熱方法，其特征在于:從井口來的頁巖氣由頁巖氣進入管道進入換熱盤管中，頁巖氣管道在充水空間內(nèi)的水浴加熱作用下將頁巖氣加熱，并最后通過頁巖氣輸出管道輸出；
燃料氣進入燃燒裝置點火燃燒，燃燒后煙氣沿火筒及煙管傳熱到爐體充水空間的水，將水加熱到一定的溫度，加熱后的水再將熱量傳遞給換熱盤管內(nèi)的頁巖氣；之后，煙氣逆向到達煙箱，經(jīng)煙箱匯集后由煙?排放。
[0018]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明加熱爐和方法的有益效果如下:
I)采用了特有的臥式內(nèi)燃兩回程的燃燒結(jié)構(gòu)，強化傳熱技術(shù)；燃料氣沿火筒順向加熱，又反向沿煙管回流，加熱效果好，熱效率高；同時使得煙管和火筒布局緊湊、爐體體積變小。
[0019]2)爐內(nèi)筒體采用直火筒和波形火筒相結(jié)合的強化傳熱結(jié)構(gòu)，使得加熱效果好，熱效率高，同時保證了火筒的熱膨脹和強度要求。
[0020]3)煙管設(shè)置在爐內(nèi)燃燒筒體兩側(cè)，且煙管表面設(shè)置螺旋槽強化傳熱技術(shù)。
[0021]4)頁巖氣換熱盤管承壓能力高:可滿足壓力高達42MPa頁巖氣的要求。
[0022]5)整體撬塊化:爐體、燃燒器、梯子平臺、煙囪、爐后配管等集成撬裝于一體；結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡便。
[0023]6)便于維修的裝卸式結(jié)構(gòu):對于需要維修的關(guān)鍵部件采用裝卸結(jié)構(gòu)，如爐體殼體后部采用法蘭連接，便于整個換熱盤管的拆卸維修或更換；煙箱門可以開閉，便于清灰。
[0024]7)自動化與無人值守:采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統(tǒng)，可使加熱爐在無電情況下運行，適用性強；具有自動補水，自動調(diào)節(jié)負荷、自動燃燒調(diào)節(jié)、熄火保護、遠程緊急關(guān)斷等功能，可實現(xiàn)無人值守功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]以下結(jié)合附圖和各實施例對本發(fā)明加熱爐作進一步說明:
圖1為根據(jù)本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為圖1的A向視圖；
圖4為爐體部分的主視圖； 圖5為圖4的俯視圖；
圖6為圖4的A-A截面視圖；
圖7為圖4的A向視圖。
[0026]圖中各標記對應(yīng)如下:1_燃燒裝置；2-煙箱；3_儀表系統(tǒng)；4-煙囪；5-梯子；6-保溫防護層；7_爐體；7-1_鞍式支座；7-4-火筒；7-6_換熱盤管；7-16_滑軌；7_17_管板；7-24-后封頭；；7-26-頁巖氣進出管法蘭；7-31-排污口 ；7_33_直火筒；7_34_煙管管板；7-36-波形火筒；7-44-火筒托架弧板；7-45_托架支撐；8-看火裝置；9_撬座；10-盤管閥組；11_人孔；12-排氣放空口 ； 13-補水口 ； 14-燃料氣進口管道；15-爐體法蘭；16_—級頁巖氣出口 ；16.1-—級頁巖氣進口 ；17_ 二級頁巖氣出口 ；17.1-二級頁巖氣進口 ；18_膨脹水箱；19_煙管；20_充水空間。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0028]根據(jù)本發(fā)明研制的高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，包括加熱爐爐體7和爐內(nèi)燃燒筒體7-4，其特征在于:爐體7設(shè)置于撬座9之上且和撬座9設(shè)為一體；爐體7的水平一端為燃料氣進口端，另一端為巖氣管道接口端；爐體7內(nèi)腔下半部設(shè)置封閉的燃燒火筒7-4，火筒7-4外部的爐體內(nèi)腔為充水空間20 ；
燃燒氣進口端處，燃燒筒體7-4的外側(cè)設(shè)置燃燒裝置I，燃料氣進口管道14與燃燒裝置
I點火端連通；火筒7-4 —端連接燃燒裝置1，另一端連通反向延伸的煙管19，煙管19依次與煙箱2、煙囪4連接；
在巖氣管道接口端，加熱爐爐體7的另一端通過爐體法蘭15封閉，爐體法蘭15外設(shè)置頁巖氣盤管閥組10 ;其中，頁巖氣進入管道從頁巖氣進口(一級頁巖氣進口 16.1，二級頁巖氣進管17.1)穿過爐體法蘭15后伸入爐體7上半部的內(nèi)腔中形成換熱盤管7-6 ;在火筒7-4的頂部沿筒體中心線方向設(shè)置水平滑軌7-16，管板7-17設(shè)置在滑軌7_16上并能沿滑軌7-16滑動，換熱盤管7-6穿過管板7-17并由管板7_17支撐；換熱盤管7_6兩端分別連通相應(yīng)的頁巖氣進口(一級頁巖氣進口 16.1，二級頁巖氣進管17.1)和頁巖氣出口(一級頁巖氣出口 16，二級頁巖氣出口 17)。
[0029]在圖4-7優(yōu)化的方案中，更進一步的在爐體法蘭15外側(cè)設(shè)置后封蓋7-24，保證法蘭連接部分的干凈無污染。
[0030]上述技術(shù)方案中，所述的火筒7-4包括直火筒7-33和波形火筒7_36，所述波形火筒7-36沿水平方向間隔設(shè)置在直火筒7-33之間；波形火筒7-36為母線呈波浪線狀延伸的圓筒體。
[0031 ] 火筒7-4另一端設(shè)置水平伸出的看火裝置8，看火裝置8的末端伸出爐體外并設(shè)置透明看火窗。
[0032]上述技術(shù)方案中，煙管19采用表面設(shè)置螺旋槽煙管，即煙管表面設(shè)置螺旋槽。
[0033]上述技術(shù)方案中，煙管19置于火筒7-4燃燒筒體7-4的前后側(cè)，且前后側(cè)煙管19均位于爐體7內(nèi)腔下半部分。煙管19由煙管管板7-34支撐，煙管管板支撐于火筒和爐體之間。
[0034]上述技術(shù)方案中，火筒7-4底部由火筒托架弧板7-44支撐托起，火筒托架弧板7-44通過間隔設(shè)置的托架支撐7-45沿徑向支撐在爐體7內(nèi)。
[0035]上述技術(shù)方案中，所述煙箱2設(shè)置能夠拆卸的煙箱門，保證能夠清灰。
[0036]上述技術(shù)方案中，爐體7頂部設(shè)置人孔11、膨脹水箱18、補水口 13，儀表系統(tǒng)3 ;爐體下部設(shè)置排污口 7-31 ;爐體外壁設(shè)置保溫防護層6。膨脹水箱18與爐內(nèi)充水空間20連通，膨脹水箱18上設(shè)置排氣放空口 12，在爐內(nèi)沖水空間的水受熱膨脹壓力增大時，由排氣放空口 12釋放壓力。
[0037]上述技術(shù)方案中，爐體7通過底部水平兩端的鞍式支座7-1與撬座9設(shè)為一體。
[0038]上述技術(shù)方案中，頁巖氣換熱盤管7-6為承壓能夠達到42MPa的無縫鋼管。
[0039]上述技術(shù)方案中，燃燒裝置I采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統(tǒng)；還設(shè)置自動補水控制器、自動調(diào)節(jié)負荷控制器、自動燃燒調(diào)節(jié)控制器、熄火保護控制器、遠程緊急關(guān)斷控制器，各控制器均與相應(yīng)儀表連接。
[0040]本發(fā)明的加熱方法如下:工作時，燃料氣從燃燒氣進口管道14順序進入燃燒裝置I點火燃燒，燃燒后煙氣沿火筒7-4蔓延充滿火筒7-4，火筒7-4內(nèi)的煙氣沿煙管19反向流動并與爐內(nèi)充水空間20的中間介質(zhì)水進行換熱，熱水再與換熱盤管7-6中頁巖氣換熱；之后，煙氣到達煙箱2，經(jīng)煙箱2匯集后由煙囪4排放；
頁巖氣由頁巖氣進入管道進入換熱盤管7-6中，并在換熱盤管7-6中先向爐體一端蔓延后再折返回另一端，各往返雙程的換熱盤管7-6在充水空間20內(nèi)的水浴加熱換熱；加熱后的頁巖氣通過頁巖氣出口(一級頁巖氣出口 16, 二級頁巖氣出口 17)輸出。
[0041]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
I)采用了特有的臥式內(nèi)燃兩回程的燃燒結(jié)構(gòu)、強化傳熱技術(shù)；燃料氣沿火筒順向加熱，又反向沿煙管回流，加熱效果好，熱效率高；同時使得煙管和火筒布局緊湊、爐體體積變小。
[0042]2)爐內(nèi)火筒采用平直火筒和波形火筒相結(jié)合的強化傳熱結(jié)構(gòu)，使得加熱效果好，熱效率高，同時保證了筒體的熱膨脹和強度要求。
[0043]3)煙管設(shè)置在火筒筒體兩側(cè)，且煙管表面設(shè)置螺旋槽強化傳熱技術(shù)；有利于煙管加熱水體。
[0044]4)頁巖氣換熱盤管承壓能力高:可滿足壓力高達42MPa頁巖氣的加熱要求。
[0045]5)整體撬塊化:爐體、燃燒器、梯子平臺、煙囪、爐后配管等集成撬裝于一體；結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡便。
[0046]6)便于維修的裝卸式結(jié)構(gòu):對于需要維修的關(guān)鍵部位采用裝卸結(jié)構(gòu)，如爐體殼體后部采用法蘭連接，便于整個換熱盤管的拆卸維修或更換；煙箱門可以開閉，便于清灰。
[0047]7)自動化與無人值守:采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統(tǒng)，可使加熱爐在無電情況下運行，適用性強；具有自動補水，自動調(diào)節(jié)負荷、自動燃燒調(diào)節(jié)、熄火保護、遠程緊急關(guān)斷等功能，可實現(xiàn)無人值守功能。
[0048]本發(fā)明嚴格按照SY0031-2004《石油工業(yè)用加熱爐安全規(guī)定》及SY/T5262-2009《火筒式加熱爐技術(shù)條件》進行設(shè)計、制造和檢驗。
【權(quán)利要求】
1.一種高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，包括加熱爐爐體和爐內(nèi)火筒，其特征在于:爐體設(shè)置于撬座之上且和撬座設(shè)為一體；爐體的水平一端為燃料氣進口端，另一端為頁巖氣管道接口端；爐體內(nèi)腔下半部設(shè)置封閉的燃燒火筒，火筒外部的爐體內(nèi)腔為充水空間； 火筒一端連接燃燒裝置，另一端連通反向延伸的煙管，煙管依次與煙箱、煙囪連接； 燃燒氣進口端處，火筒的外側(cè)設(shè)置燃燒裝置，燃料氣進口管道與燃燒裝置點火端連通； 頁巖氣管道接口端，爐體的另一端通過爐體法蘭封閉，爐體法蘭外為盤管閥組；其中，頁巖氣進入管道由頁巖氣進口穿過法蘭后伸入爐體上半部的內(nèi)腔中形成換熱盤管，換熱盤管兩端分別連通相應(yīng)的頁巖氣進口和頁巖氣出口 ；沿筒體中心線方向，火筒內(nèi)換熱盤管的下方設(shè)置水平滑軌，管板位于滑軌上，換熱盤管穿過管板并由管板支撐固定，管板能夠帶動換熱盤管沿滑軌滑動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，其特征在于:所述的火筒包括直火筒和波形火筒，所述波形火筒沿水平方向間隔設(shè)置在直火筒之間；波形火筒為母線呈波浪線狀延伸的圓筒體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，其特征在于:火筒的另一端設(shè)置水平伸出爐體外部的看火裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，其特征在于:火筒底部由火筒托架弧板支撐托起，火筒托架弧板通過間隔設(shè)置的托架支撐沿徑向支撐在爐體內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，其特征在于:煙管采用螺旋槽煙管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，其特征在于:煙管置于火筒的前后側(cè)，且前后側(cè)煙管均位于爐體內(nèi)腔下半部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或6所述的高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，其特征在于:煙管由煙管管板支撐，煙管管板支撐于火筒和爐體之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，其特征在于:所述煙箱設(shè)置能夠開閉的清灰門。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或6或8所述的高效水浴撬裝式頁巖氣加熱爐，其特征在于:燃燒裝置采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統(tǒng)；還設(shè)置自動補水控制器、自動調(diào)節(jié)負荷控制器、熄火保護控制器、遠程緊急關(guān)斷控制器，各控制器均與相應(yīng)儀表系統(tǒng)連接。
10.一種米用上述權(quán)利要求1-9之一所述頁巖氣加熱爐的頁巖氣加熱方法,其特征在于:從井口來的頁巖氣由頁巖氣進入管道進入換熱盤管中，頁巖氣管道在充水空間內(nèi)的水浴加熱作用下將頁巖氣加熱，并最后通過頁巖氣輸出管道輸出； 燃料氣進入燃燒裝置點火燃燒，燃燒后煙氣沿火筒及煙管傳熱到爐體充水空間的水，將水加熱到一定的溫度，加熱后的水再將熱量傳遞給換熱盤管內(nèi)的頁巖氣；之后，煙氣逆向到達煙箱，經(jīng)煙箱匯集后由煙?排放。
【文檔編號】F24H3/08GK103851782SQ201410084808
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】豐國斌, 劉天義, 趙明, 文海力, 黃丹青 申請人:中石化江漢石油工程設(shè)計有限公司