本發(fā)明涉及電加熱爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種相變真空電加熱爐。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有在油田石油和天然氣開采輸送過程中，一些高凝油、高稠油、高含蠟原油及水合物較嚴(yán)重的自噴井，需要加熱才能正常開采和輸送。

目前廣泛采用燃油、燃煤、燃?xì)馑谞t，單井有的采用電熱爐直接加熱，這幾種加熱方式的核心發(fā)熱體就是電阻絲和絕緣粉組成的加熱盤管，原油或油氣混合物直接流進(jìn)爐體內(nèi)通過加熱盤管加熱升溫降粘，由于加熱盤管溫度較高，容易使原油結(jié)焦，加熱盤管外結(jié)焦越來越厚，傳熱效率越來越低，最后導(dǎo)致爐內(nèi)容積越來越小，甚至堵塞。也有采用燃油、燃煤、燃?xì)庹婵占訜釥t，目前油田采用的真空加熱爐的純氣相空間的建立有兩種方法：“氣驅(qū)氣”法和真空泵抽吸法，“氣驅(qū)氣”法是在注液完畢后，加熱爐爐體的頂部與大氣相通,這時(shí)啟動燃燒裝置，使載體在加熱過程中得以氣化，從而利用生成的氣相熱載體的攜帶作用來排除爐體內(nèi)的不凝氣(空氣)，當(dāng)排到一定程度后，封閉爐體的頂部，與大氣隔離，形成封閉的氣相及液相空間；而真空泵抽吸法是在注液完畢后，封閉爐體，與大氣隔離，接著利用真空泵抽出爐體內(nèi)的不凝氣(空氣)，當(dāng)抽到一定程度后，啟動燃燒裝置，使熱載體在加熱過程中得以氣化，形成封閉的氣相及液相空間；但是利用這兩種方法是很難達(dá)到較高純度的氣相熱載體空間，蒸汽中仍然含有大量的不凝氣體(空氣)，氣相空間中若含有1％的不凝氣體(空氣)時(shí)，加熱盤管的關(guān)外傳熱系數(shù)將降低60％，而使冷凝傳熱系數(shù)顯著下降，從而導(dǎo)致加熱爐總體加熱效率降低。除此之外，燃油、燃煤、燃?xì)馑谞t和真空爐的局限在于從井口至加熱爐之間一段管道不能加熱，容易堵塞，且加熱功率不容易控制，造成頻繁啟動停止，噪音大，水套爐效率低，安裝位置距油井井口較遠(yuǎn)，有一定使用局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種相變真空電加熱爐。

本發(fā)明提出的一種相變真空電加熱爐，包括爐體、注液管、第一排氣管、第二排氣管、導(dǎo)液管、膨脹水箱、加熱盤管、電加熱器、壓力傳感器、第一液位傳感器、第二液位傳感器、控制器，其中：

爐體頂端設(shè)有注液口、第一排氣口、第二排口、出液口，注液管與注液口連接且注液管上設(shè)有注液閥，第一排氣管與第一排氣口連接且第一排氣管上設(shè)有放氣閥，第二排氣管與第二排氣口連接且第二排氣管上設(shè)有安全閥；

膨脹水箱通過導(dǎo)液管與出液口連接且導(dǎo)液管上設(shè)有液位控制閥；

加熱盤管、電加熱器均設(shè)置在爐體內(nèi)且加熱盤管位于電熱器上方，加熱盤管設(shè)有進(jìn)口和出口；

壓力傳感器設(shè)置在爐體內(nèi)頂端，壓力傳感器用于實(shí)時(shí)檢測爐體內(nèi)氣相壓力并將檢測的壓力信號傳遞給控制器；

第一液位傳感器設(shè)置在爐體的排氣口處，第一液位傳感器用于實(shí)時(shí)檢測爐體內(nèi)液位；

第二液位傳感器設(shè)置在膨脹水箱內(nèi)，第二液位傳感器用于實(shí)時(shí)檢測膨脹水箱內(nèi)液位；

控制器與電加熱器、壓力傳感器、第一液位傳感器、第二液位傳感器、注液閥、放氣閥、液位控制閥連接，控制器預(yù)設(shè)有第一預(yù)設(shè)液位值、第二預(yù)設(shè)液位值、第一預(yù)設(shè)壓力值和第二預(yù)設(shè)壓力值，第一預(yù)設(shè)壓力值小于第二預(yù)設(shè)壓力值，在第一液位傳感器檢測到爐體內(nèi)液體液位大于或等于第一預(yù)設(shè)液位值時(shí)，控制器控制放氣閥關(guān)閉，在第二液位傳感器檢測到膨脹水箱內(nèi)的液位大于或等于第二預(yù)設(shè)液位值時(shí)，控制器控制注液閥、液位控制閥關(guān)閉并控制電加熱器工作對爐體內(nèi)液體進(jìn)行加熱；在壓力傳感器檢測到爐體內(nèi)氣相壓力高于第二預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，控制器控制液位控制閥開啟，在壓力傳感器檢測到爐體內(nèi)氣相壓力低于第一預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，控制器控制液位控制閥關(guān)閉。

優(yōu)選的，爐體內(nèi)設(shè)有用于實(shí)時(shí)檢測爐體內(nèi)氣相溫度的溫度傳感器，溫度傳感器與控制器連接，控制器根據(jù)溫度傳感器檢測的爐體內(nèi)氣相溫度信號調(diào)節(jié)電加熱器的功率。

優(yōu)選的，還包括第一防爆接線箱和第二防爆接線箱，第一防爆接線箱與電加熱器連接，第二防爆接線箱與壓力傳感器、溫度傳感器連接。

優(yōu)選的，加熱盤管呈U型，加熱盤管兩端伸出爐體外部并與匯流體連接，匯流體設(shè)有介質(zhì)進(jìn)口和介質(zhì)出口，加熱盤管的進(jìn)口與介質(zhì)進(jìn)口連通，加熱盤管的出口與介質(zhì)出口連通。

優(yōu)選的，爐體底部設(shè)有排污口，排污口連接有排污管，排污管上設(shè)有排污閥。

優(yōu)選的，爐體外側(cè)設(shè)有保溫層。

優(yōu)選的，爐體底部設(shè)有底座。

本發(fā)明中，膨脹水箱起溢流多余水作用，也給爐體內(nèi)一個微正壓確保不凝氣體為零；液位控制閥控制爐體內(nèi)液位，放氣閥排除不凝氣體，注液閥往爐體內(nèi)注水，電加熱器加熱爐體內(nèi)下部的液體使液體蒸發(fā)，蒸發(fā)的液體對爐體內(nèi)上部的加熱盤管加熱后凝結(jié)為液體再次回落到爐體內(nèi)下部的液體內(nèi)，控制器與電加熱器、壓力傳感器、第一液位傳感器、第二液位傳感器、注液閥、放氣閥、液位控制閥連接并控制其動作。工作時(shí)，控制器控制打開爐體上的注液閥向爐體注入液體，此時(shí)放氣閥、液位控制閥呈開啟狀態(tài)，控制器預(yù)設(shè)有第一預(yù)設(shè)液位值、第二預(yù)設(shè)液位值、第一預(yù)設(shè)壓力值和第二預(yù)設(shè)壓力值，第一預(yù)設(shè)壓力值小于第二預(yù)設(shè)壓力值，在第一液位傳感器檢測到爐體內(nèi)液體液位大于或等于第一預(yù)設(shè)液位值時(shí)，控制器控制放氣閥關(guān)閉，在第二液位傳感器檢測到膨脹水箱內(nèi)的液位大于或等于第二預(yù)設(shè)液位值時(shí)，控制器控制注液閥、液位控制閥關(guān)閉并控制電加熱器工作對爐體內(nèi)液體進(jìn)行加熱，在加熱過程中，使?fàn)t體內(nèi)的液體逐步蒸發(fā)，通過液位控制閥的開關(guān)調(diào)整使?fàn)t體內(nèi)形成真空空間，在壓力傳感器檢測到爐體內(nèi)氣相壓力高于第二預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，控制器控制液位控制閥開啟，在壓力傳感器檢測到爐體內(nèi)氣相壓力低于第一預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，控制器控制液位控制閥關(guān)閉。

在氣相空間的產(chǎn)生過程中，多余的液體經(jīng)由液位控制閥排到高位膨脹水箱、再由高位膨脹水箱溢流。待爐體內(nèi)熱載體的液面下降到正常液位時(shí)，鎖定液位控制閥，使之處于關(guān)閉狀態(tài)，從而獲得高純度的氣相熱載體空間，此時(shí)再打開加熱盤管，使被加熱流體通過，爐體內(nèi)的氣相熱載體通過加熱盤管將熱傳被加熱流體，放熱后的氣相熱載凝結(jié)成液滴后落回，如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)加熱的目的。本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，操作方便，能耗低，壽命長的箱變真空電加熱爐裝置，以適應(yīng)各種條件下油氣井的加熱采輸。

本發(fā)明由加熱盤管及電加熱器等幾個更換方便的部件組成，結(jié)構(gòu)簡單可靠，容易操作，維護(hù)保養(yǎng)方便，壽命長、維持生產(chǎn)的費(fèi)用低；本發(fā)明液體相變換熱的主要特點(diǎn)是液體溫度基本保持不變，并在相對較小的溫差下，達(dá)到較高強(qiáng)度的放熱和吸熱的目的，真空加熱爐殼體是在微負(fù)壓狀態(tài)下下運(yùn)行，安全可靠，爐體在完全密閉狀態(tài)下運(yùn)行不需要補(bǔ)水，效率高；本發(fā)明加熱爐具有不爆炸、不結(jié)垢、不腐蝕、不發(fā)生裂紋、鼓包、爆管等特點(diǎn)，運(yùn)行安全、可靠、平穩(wěn)，熱效率高，可加熱各類流體，不受流體的性質(zhì)限定，可用于石油采輸各環(huán)節(jié)的加熱，適用范圍廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種相變真空電加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參照圖1，本發(fā)明提出一種相變真空電加熱爐，包括爐體1、注液管2、排氣管3、導(dǎo)液管4、排液管13、膨脹水箱5、加熱盤管6、電加熱器7、第一防爆接線箱20、第二防爆接線箱21、壓力傳感器8、溫度傳感器12、第一液位傳感器、第二液位傳感器、控制器，其中：

爐體1頂端設(shè)有注液口、排氣口、第一出液口、第二出液口，注液管2與注液口連接且注液管2上設(shè)有注液閥9，排氣管3與排氣口連接且排氣管3上設(shè)有放氣閥10，排液管13與第二出液口連接，排液管13上設(shè)有安全閥14。爐體1底部設(shè)有排污口，排污口連接有排污管18，排污管18上設(shè)有排污閥19。爐體1外側(cè)設(shè)有保溫層22。爐體1底部設(shè)有底座23。

膨脹水箱5通過導(dǎo)液管4與第一出液口連接且導(dǎo)液管4上設(shè)有液位控制閥11。

加熱盤管6、電加熱器7均設(shè)置在爐體1內(nèi)且加熱盤管6位于電熱器上方，加熱盤管6設(shè)有進(jìn)口和出口，加熱盤管6呈U型，加熱盤管6兩端伸出爐體1外部并與匯流體15連接，匯流體15設(shè)有介質(zhì)進(jìn)口16和介質(zhì)出口17，加熱盤管6的進(jìn)口與介質(zhì)進(jìn)口16連通，加熱盤管6的出口與介質(zhì)出口17連通。

壓力傳感器8設(shè)置在爐體1內(nèi)頂端，壓力傳感器8用于實(shí)時(shí)檢測爐體1內(nèi)氣相壓力并將檢測的壓力信號傳遞給控制器。

溫度傳感器12設(shè)置在爐體1內(nèi)，溫度傳感器12用于實(shí)時(shí)檢測爐體1內(nèi)氣相溫度，溫度傳感器12與控制器連接，控制器根據(jù)溫度傳感器12檢測的爐體1內(nèi)氣相溫度信號調(diào)節(jié)電加熱器7的功率。

第一防爆接線箱20與電加熱器7連接，第二防爆接線箱21與壓力傳感器8、溫度傳感器12連接。

第一液位傳感器設(shè)置在爐體1的排氣口處，第一液位傳感器用于實(shí)時(shí)檢測爐體1內(nèi)液位。

第二液位傳感器設(shè)置在膨脹水箱5內(nèi)，第二液位傳感器用于實(shí)時(shí)檢測膨脹水箱5內(nèi)液位，控制器預(yù)設(shè)有第一預(yù)設(shè)液位值、第二預(yù)設(shè)液位值、第一預(yù)設(shè)壓力值和第二預(yù)設(shè)壓力值，第一預(yù)設(shè)壓力值小于第二預(yù)設(shè)壓力值。

控制器與電加熱器7、壓力傳感器8、溫度傳感器12、第一液位傳感器、第二液位傳感器、注液閥9、放氣閥10、液位控制閥11連。

膨脹水箱5起溢流多余水作用，也給爐體1內(nèi)一個微正壓確保不凝氣體為零；放氣閥10排除不凝氣體，注液閥9往爐體1內(nèi)注水，電加熱器7加熱爐體1內(nèi)下部的液體使液體蒸發(fā)，蒸發(fā)的液體對爐體1內(nèi)上部的加熱盤管6加熱后凝結(jié)為液體再次回落到爐體1內(nèi)下部的液體內(nèi)，液位控制閥11控制爐體1內(nèi)液位，使氣相液相分界面始終處與加熱盤管6與電加熱器7之間，控制器與電加熱器7、壓力傳感器8、第一液位傳感器、第二液位傳感器、注液閥9、放氣閥10、液位控制閥11連接并控制其動作。爐體1外由保溫層22保護(hù)及保溫。

工作時(shí)，控制器控制打開爐體1上的注液閥9向爐體1注入水，此時(shí)放氣閥10、液位控制閥11呈開啟狀態(tài)，在第一液位傳感器檢測到爐體1內(nèi)液體液位大于或等于第一預(yù)設(shè)液位值時(shí)(即注到排氣管3出水)，控制器控制放氣閥10關(guān)閉，在第二液位傳感器檢測到膨脹水箱5內(nèi)的液位大于或等于第二預(yù)設(shè)液位值時(shí)(即膨脹水箱5內(nèi)充滿水)，控制器控制注液閥9、液位控制閥11關(guān)閉并控制電加熱器7工作對爐體1內(nèi)水進(jìn)行加熱；在加熱過程中，使?fàn)t體1內(nèi)的液體逐步蒸發(fā)，通過液位控制閥11的開關(guān)調(diào)整使?fàn)t體1內(nèi)形成真空空間，在壓力傳感器8檢測到爐體1內(nèi)氣相壓力高于第二預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，控制器控制液位控制閥11開啟，在壓力傳感器8檢測到爐體1內(nèi)氣相壓力低于第一預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，控制器控制液位控制閥11關(guān)閉。

在氣相空間的產(chǎn)生過程中，多余的液體經(jīng)由液位控制閥11排到高位膨脹水箱5、再由高位膨脹水箱5溢流。待爐體1內(nèi)熱載體的液面下降到正常液位時(shí)，鎖定液位控制閥11，使之處于關(guān)閉狀態(tài)，從而獲得高純度的氣相熱載體空間，此時(shí)再打開加熱盤管6，使被加熱流體通過，爐體1內(nèi)的氣相熱載體通過加熱盤管6將熱傳給被加熱流體，放熱后的氣相熱載凝結(jié)成液滴后落回，如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)加熱的目的。

本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵之一是：爐體1內(nèi)真空狀態(tài)的形成及其維持，包括初始不凝結(jié)氣體的排出和初始真空狀態(tài)的形成，正常運(yùn)行過程中漏入(或產(chǎn)生)的不凝結(jié)氣體的排出和真空狀態(tài)的維持，該發(fā)明的特點(diǎn)是不設(shè)真空泵，在爐體1上設(shè)置安全閥，起超壓安全保護(hù)和密閉形成真空雙重作用，其特點(diǎn)是：爐體1內(nèi)壓力由零趨近于微正壓時(shí)自動打開，爐體1內(nèi)壓力為微正壓時(shí)可靠排放；爐體1內(nèi)壓力由微正壓趨近于零時(shí)自動回座關(guān)閉，爐體1內(nèi)壓力為零時(shí)可靠密封。

本發(fā)明相變真空電加熱爐，其工藝過程是采用熱管技術(shù)，在爐體1內(nèi)沒有不凝結(jié)氣體或不凝結(jié)氣體分壓力接近于零的狀態(tài)下，爐體1內(nèi)水通過蒸發(fā)、冷凝的氣液兩相循環(huán)，連續(xù)將吸收的熱量傳遞給加熱盤管6內(nèi)的介質(zhì)。本發(fā)明相變真空加熱爐的核心是將爐體1內(nèi)的熱水介質(zhì)加熱汽化產(chǎn)生蒸氣，蒸氣與低于其飽和溫度的加熱盤管6壁面相接觸時(shí)，就會釋放汽化潛熱凝結(jié)成液滴而依附在壁面上。液滴聚結(jié)后再回到爐體1內(nèi)的液相中，如此循環(huán)往復(fù)，氣、液兩相交替轉(zhuǎn)換，從而完成能量的交換，液體相變換熱的主要特點(diǎn)是液體溫度基本保持不變，并在相對較小的溫差下，達(dá)到較高強(qiáng)度的放熱和吸熱的目的。真空加熱爐體是在微負(fù)壓狀態(tài)下下運(yùn)行，安全可靠，爐體1在完全密閉狀態(tài)下運(yùn)行不需要補(bǔ)水。本發(fā)明加熱爐具有不爆炸、不結(jié)垢、不腐蝕、不發(fā)生裂紋、鼓包、爆管等特點(diǎn)，運(yùn)行安全、可靠、平穩(wěn)，熱效率高，借助高位水箱的液封作用及壓力傳感器的控制氣相空間壓力作用，使得氣相空間壓力可進(jìn)行設(shè)定，并且該壓力可處于某一正壓狀態(tài)，具有工作壓力范圍廣等特點(diǎn)。

本發(fā)明提出的一種相變真空電加熱爐，由加熱盤管6及電加熱器7等幾個更換方便的部件組成，結(jié)構(gòu)簡單可靠，容易操作，維護(hù)保養(yǎng)方便，壽命長、維持生產(chǎn)的費(fèi)用低；本發(fā)明液體相變換熱的主要特點(diǎn)是液體溫度基本保持不變，并在相對較小的溫差下，達(dá)到較高強(qiáng)度的放熱和吸熱的目的，真空加熱爐爐體是在微負(fù)壓狀態(tài)下下運(yùn)行，安全可靠，爐體在完全密閉狀態(tài)下運(yùn)行不需要補(bǔ)水，效率高；本發(fā)明加熱爐具有不爆炸、不結(jié)垢、不腐蝕、不發(fā)生裂紋、鼓包、爆管等特點(diǎn)，運(yùn)行安全、可靠、平穩(wěn)，熱效率高，可加熱各類流體，不受流體的性質(zhì)限定，可用于石油采輸各環(huán)節(jié)的加熱，適用范圍廣。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。