專利名稱：相變加熱爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種加熱爐，特別是一種用于石油行業(yè)油氣集輸領(lǐng)域內(nèi)高粘度重質(zhì)原應(yīng)油加熱的相變加熱爐。
在油氣集輸領(lǐng)域內(nèi)，對重質(zhì)原油加熱一般采用管式爐、水套爐、有機(jī)熱載體爐和真空爐。實(shí)踐證明著四種爐型用于重質(zhì)原油加熱均存有一些不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1、管式加熱爐該爐型的管式換熱器的受熱面直接與高溫的火焰和高溫?zé)煔饨佑|，由于重質(zhì)原油粘度高，在流動(dòng)的過程中容易在管內(nèi)局部沉積，一旦沉積將阻礙管壁熱量傳遞給被加熱工質(zhì)，容易造成管壁局部過熱、氧化，過熱又會(huì)促成管壁局部油垢結(jié)焦，甚至由于管子過熱強(qiáng)度降低，而導(dǎo)致爆管事故的發(fā)生。因此采用該爐型加熱重質(zhì)原油存在一定的安全問題。
2、水套爐該爐型的盤管換熱器是浸沒在高溫中間介質(zhì)水中，由水間接加熱，由于重質(zhì)原油粘度高，而油品加熱后要求的出口溫度較低，一般加熱前的溫度40℃-45℃，加熱后溫度≤80℃，在這樣的平均溫度下(55℃-60℃)，油品粘度較高一般≥100mPa.s，在盤管許用壓降≤0.1MPa的工況下工質(zhì)在盤管內(nèi)只能以層流狀態(tài)流動(dòng)，而層流狀態(tài)下工質(zhì)與管壁的對流換熱系數(shù)很小，約100W/(m2.℃)以下，導(dǎo)致?lián)Q熱體積很大。由于水套爐的燃燒室與盤管換熱器均裝在一個(gè)筒體中，結(jié)果導(dǎo)致鍋殼體積龐大，造成承壓效果不好，并且由于運(yùn)輸尺寸的制約，使其熱功率一般不大于1600KW。另外一般水套爐均采用負(fù)壓燃燒，熱效率較低約為80％，能源利用率不高，造成油、氣資源的浪費(fèi)。
3、有機(jī)載熱爐該爐型使用的導(dǎo)熱油價(jià)格較昂貴，運(yùn)行中雖不承壓，但該油也存在著易燃、滲透性強(qiáng)的安全問題。同時(shí)該爐運(yùn)行中必須依靠高溫導(dǎo)熱油泵使導(dǎo)熱油始終快速流動(dòng)，增加了額外的電能消耗，造成運(yùn)行成本高。另外該爐型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高于其它爐型，不易被用戶接受。
4、真空加熱爐該爐型采用在負(fù)壓下運(yùn)行，水蒸汽的飽和溫度較低，用于加熱高粘度重質(zhì)原油時(shí)，其對流換熱系數(shù)較小，導(dǎo)致?lián)Q熱器比較大，制造成本比較高，不經(jīng)濟(jì)。
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種鍋殼式蒸汽發(fā)生器與管殼式換熱器分體上下設(shè)置，顯著縮小爐體直徑，具有良好承壓性能的相變加熱爐。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的；它由蒸汽發(fā)生器、換熱器、燃燒器、控制器構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是鍋殼式蒸汽發(fā)生器與管殼式換熱器上下分體設(shè)置，其中管殼式換熱器內(nèi)安裝有盤管，盤管的進(jìn)口處設(shè)有流量控制器，流量控制器與電動(dòng)閥門、工質(zhì)進(jìn)口接管連接。
所述的燃燒器與鍋殼式蒸汽發(fā)生器連接，鍋殼式蒸汽發(fā)生器位于管殼式換熱器的下部，并與其柔性連接。
所述的盤管的工質(zhì)出口設(shè)置有熱電阻。
所述的盤管為螺紋管或橫槽管、光管。
采用上述結(jié)構(gòu)，使鍋殼蒸汽發(fā)生器當(dāng)鍋殼上部有適當(dāng)?shù)恼羝臻g，管殼式換熱器的管程內(nèi)運(yùn)行的是被加熱的工質(zhì)，燃燒器輸出的熱功率受鍋殼內(nèi)蒸汽溫度和管程工質(zhì)出口溫度反饋控制。
相比現(xiàn)有技術(shù)本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、利用水的相變傳熱原理，可以獲得很高的管外傳熱系數(shù)，約4000W/(m2.℃)。系統(tǒng)內(nèi)的中間傳熱介質(zhì)-水，在封閉的狀態(tài)運(yùn)行，極少損失，不需經(jīng)常添加，既使采用普通的自來水做中間介質(zhì)，也不易結(jié)垢，且裝置處于無空氣無氧狀態(tài)運(yùn)行，無氧化腐蝕，壽命長久。
2、采用分體式結(jié)構(gòu)，將蒸汽發(fā)生器與換熱器分成兩體，這樣蒸汽發(fā)生器就成為只與功率有關(guān)，而與用戶工質(zhì)物性無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)部件，因而只需根據(jù)用戶對工質(zhì)加熱的不同需求來設(shè)計(jì)、制造專門的管殼換熱器，再與標(biāo)準(zhǔn)的蒸汽發(fā)生器組裝成一體，可極大地減少設(shè)計(jì)工作量，縮短制造工期。同時(shí)由于兩者分開，可以使兩者體積縮小，具有良好的承壓安全運(yùn)行性能和方便運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。
3、采用控制管程內(nèi)工質(zhì)流態(tài)強(qiáng)化傳熱的自控技術(shù)，使傳熱面積大大減少。
4、盤管采用螺管或橫槽管、光管，可強(qiáng)化管內(nèi)對流傳熱系數(shù)，使平均傳熱系數(shù)達(dá)到光管的1.2-1.3倍.
5、分體式結(jié)構(gòu)，可使?fàn)t體分開運(yùn)輸，使加熱爐在滿足運(yùn)輸?shù)那疤嵯拢啾纫惑w爐制造功率可進(jìn)一步加大。
附圖
圖面說明附圖是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本實(shí)用新型。
本實(shí)用新型由鍋殼式蒸汽發(fā)生器1、管殼式換熱器7、燃燒器2、工質(zhì)流量控制器14四部分構(gòu)成。鍋殼式蒸汽發(fā)生器1與燃燒器2連接，位于管殼式換熱器7的下部，其蒸汽出口與管殼式換熱器7的蒸汽接管5柔性連接4，其回水接管16與管式換熱器7的接管也柔性連接15。管殼式換熱器7內(nèi)裝有盤管8，盤管8的出口處設(shè)置有熱電阻10，熱電阻10與出口接管11連接。盤管8的進(jìn)口處設(shè)有流量控制器14，流量控制器14的作用是控制進(jìn)入管程的工質(zhì)流量，它的一端與電動(dòng)閥門12、工質(zhì)進(jìn)口接管13連接。電動(dòng)閥門12與熱電阻10連接。當(dāng)原油粘度合適時(shí)，也可不設(shè)工質(zhì)流量控制器。本實(shí)用新型使用的盤管8為螺紋管，也可以使用橫槽管或光管。
本實(shí)用新型的工作原理自動(dòng)燃燒器燃燒燃油或燃?xì)?，產(chǎn)生熱量，使蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水沸騰汽化，水蒸汽自供氣管上行進(jìn)入換熱器殼程，遇到低溫盤管的外壁，釋放大量汽化潛熱。盤管內(nèi)工質(zhì)吸熱升溫被加熱，工質(zhì)出口溫度熱電阻輸出溫度信號，控制自動(dòng)燃燒器的熱量輸出，鍋殼溫度熱電阻控制蒸汽發(fā)生器內(nèi)的上限溫度，當(dāng)達(dá)到上限溫度時(shí)，控制自動(dòng)燃燒器停止燃燒。
水蒸汽遇盤管壁，冷凝為水，由汽相變?yōu)橐合?，回落至換熱器底部，經(jīng)回水管返回鍋殼內(nèi)，再次被加熱蒸發(fā)，如此反復(fù)循環(huán)。
為了達(dá)到改變流態(tài)強(qiáng)化傳熱的目的，在盤管的進(jìn)出口間，設(shè)置了流量控制器，使需加熱工質(zhì)流量分成兩部分，一部分工質(zhì)經(jīng)流量檢測儀檢測而進(jìn)入盤管入口，該部分工質(zhì)經(jīng)加熱升溫到超過用戶所需的工質(zhì)輸出溫度，這樣盤管的進(jìn)出口平均溫度為80-85度，再此溫度下工質(zhì)粘度已降至足夠低(如25mm/s)，若流速仍為1.0m/s，則雷諾數(shù)Re＝(1.0m/s×0.068m)/25mm2/s＝2700＞2100，工質(zhì)處于過渡流態(tài)，這樣就顯著地提高了工質(zhì)與盤管內(nèi)壁間的傳熱系數(shù)，傳熱面積將顯著減小。同時(shí)，使被加熱的那部分工質(zhì)與另一部分未被加熱的工質(zhì)在盤管出口處混合，混合后的溫度由出口熱電阻檢測并輸出信號，控制燃燒器輸出功率，最終使出口溫度控制在用戶所需溫度范圍內(nèi)(75℃-80℃)。
即使用戶工質(zhì)流量波動(dòng)大，流量自動(dòng)裝置也將控制進(jìn)入管程加熱流量始終恒定于設(shè)置值。若實(shí)際總流量小于設(shè)計(jì)額定流量，混合后的工質(zhì)溫度趨于上升。此時(shí)，出口溫度熱電阻輸出信號，控制燃燒器減少熱功率輸出，鍋殼蒸汽溫度下，使工質(zhì)輸出溫度達(dá)到所需溫度。
為使管程外壁與水蒸汽進(jìn)行高效相變換熱，需在加熱爐首次運(yùn)行前，打開安裝于換熱器上部的手動(dòng)排氣閥，通過沸騰蒸發(fā)的水蒸汽的攜帶作用，排凈系統(tǒng)內(nèi)的不凝性氣體-空氣，然后關(guān)閉排氣閥。由于系統(tǒng)內(nèi)部是在正壓下運(yùn)行，一旦連續(xù)運(yùn)行，外界空氣很難進(jìn)入這個(gè)封閉系統(tǒng)中，因此可以長時(shí)間維持高效換熱，而不需停爐排空，比真空加熱爐更易實(shí)現(xiàn)長時(shí)間高效換熱。
權(quán)利要求1.一種相變加熱爐，蒸汽發(fā)生器、換熱器、燃燒器、控制器構(gòu)成，其特征在于鍋殼式蒸汽發(fā)生器與管殼式換熱器上下分體設(shè)置，其中管殼式換熱器內(nèi)安裝有盤管，盤管的進(jìn)口處設(shè)有流量控制器，流量控制器與電動(dòng)閥門、工質(zhì)進(jìn)口接管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變加熱爐，其特征在于燃燒器與鍋殼式蒸汽發(fā)生器連接，鍋殼式蒸汽發(fā)生器位于管殼式換熱器的下部，并與其柔性連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變加熱爐，其特征在于所述的盤管的進(jìn)口設(shè)置有熱電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變加熱爐，其特征在于所述的盤管為螺紋管或橫槽管、光管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變加熱爐，其特征在于所述的的管殼式換熱器的上部設(shè)有排氣裝置，排氣裝置上設(shè)有排氣閥。
專利摘要一種相變加熱爐,蒸汽發(fā)生器、換熱器、燃燒器、控制器構(gòu)成,鍋殼式蒸汽發(fā)生器與管殼式換熱器上下分體設(shè)置,其中管殼式換熱器內(nèi)安裝有盤管,盤管的進(jìn)口處設(shè)有流量控制器,流量控制器與電動(dòng)閥門、工質(zhì)進(jìn)口接管連接。鍋殼式蒸汽發(fā)生器位于管殼式換熱器的下部,與其柔性連接。該爐為分體結(jié)構(gòu),利用水的相變原理,可以獲得很高的管外傳熱系數(shù),無氧化腐蝕,使用壽命長。
文檔編號F24H7/00GK2473537SQ0121967
公開日2002年1月23日 申請日期2001年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月18日
發(fā)明者劉兆海, 琚澤慶, 張海峰, 王愛杰 申請人:冀東石油勘探開發(fā)公司