專利名稱：油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及油井采出液的熱量回收利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及利用石油生產(chǎn)過程中采出的中低溫液體熱能進(jìn)行發(fā)電的裝置。
背景技術(shù)：
[0002]目前，世界地?zé)岚l(fā)電技術(shù)主要有閃蒸蒸汽發(fā)電、雙循環(huán)發(fā)電和全流發(fā)電。閃蒸蒸汽發(fā)電技術(shù)是利用較低的壓力環(huán)境，使地?zé)崴杆倨?，體積擴(kuò)大上千倍，進(jìn)入汽輪機(jī)做功， 驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。該技術(shù)成熟，發(fā)電效率較高，但要求地?zé)崴柽_(dá)到150°C以上。我國西藏羊八井地?zé)岚l(fā)電站就是主要采用擴(kuò)容閃蒸法發(fā)電。油田產(chǎn)出液一般溫度在90至120°C之間，閃蒸發(fā)電效率不高；另外，油田產(chǎn)出液內(nèi)含有石油和天然氣等易燃易爆物質(zhì)，采用閃蒸法易引發(fā)爆炸事故。[0003]雙循環(huán)發(fā)電技術(shù)以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工作介質(zhì)，與地?zé)崃黧w換熱汽化，工作介質(zhì)蒸汽推動汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。工作介質(zhì)蒸汽做功后在冷凝器中還原為液態(tài)有機(jī)物， 完成液相-氣相-液相的循環(huán)。該技術(shù)利用油田產(chǎn)出液發(fā)電，存在的間題一是油田產(chǎn)出液含有氯、硫、磷、鈣等離子，易造成蒸發(fā)器結(jié)垢和腐蝕。二是汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率較高，需要定期檢修并更換葉片，影響工作介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的密封性，易造成工作介質(zhì)泄露。三是汽輪機(jī)對工作介質(zhì)的汽化程度要求高，蒸汽干度需達(dá)到100%。油田產(chǎn)出液溫度和液量變化較大，進(jìn)液溫度低或進(jìn)液不足時工作介質(zhì)汽化效果不佳，汽輪機(jī)無法工作或易發(fā)生葉片折斷事故。四是汽輪機(jī)受環(huán)境溫度影響大。環(huán)境溫度高于20°c時，工作介質(zhì)液化效果不佳，再次蒸發(fā)時膨脹有限，工作介質(zhì)推力下降，汽輪機(jī)效率低甚至無法工作，而華北地區(qū)每年一半以上時間環(huán)境溫度高于20°C。[0004]全流發(fā)電技術(shù)是把蒸汽及少量液體、雜質(zhì)等不經(jīng)處理直接送進(jìn)全流動力機(jī)械(也叫螺桿膨脹機(jī))中膨脹做功。與上述兩項(xiàng)技術(shù)相比，對熱介質(zhì)物理組分要求不高，蒸汽干度達(dá)到70 %即可，允許進(jìn)入少量液體及固體雜質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，但運(yùn)行效率與汽輪機(jī)相比相對較低。油田產(chǎn)出液溫度較低、蒸汽量少，無法直接應(yīng)用該技術(shù)。油田為提高油氣采收率，進(jìn)行大排量提液開采。大量產(chǎn)出液溫度達(dá)110°C，僅靠油氣集輸系統(tǒng)維溫伴熱利用有限，造成余熱浪費(fèi)。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置，實(shí)現(xiàn)在油田油氣開采和油氣集輸伴熱兩個環(huán)節(jié)進(jìn)行中低溫產(chǎn)出液發(fā)電，達(dá)到余熱資源充分利用。[0006]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置，包括三相分離器、中水換熱器、中水循環(huán)泵、蒸發(fā)器、螺桿膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、工作介質(zhì)罐、單向調(diào)節(jié)閥、工作介質(zhì)泵、循環(huán)水泵和冷卻塔；三相分離器有產(chǎn)出液入口、天然氣出口、分離原油出口和分離水出口 ；其特征在于三相分離器的分離水出口有管線連接中水換熱器的水入口，換熱后產(chǎn)出液出口連接有排出管線；在中水換熱器和蒸發(fā)器之間連接有中水循環(huán)管；中水換熱3器的中水出口與蒸發(fā)器的中水入口之間連接有第一中水循環(huán)管線，中水換熱器的中水進(jìn)口與蒸發(fā)器的中水出口之間連接有第二中水循環(huán)管線，在第一中水循環(huán)管線與第二中水循環(huán)管線之間連通有中水旁路管；在第二中水循環(huán)管線上連接有中水循環(huán)泵；[0007]蒸發(fā)器的工作介質(zhì)出口到螺桿膨脹機(jī)的工作介質(zhì)入口之間連接有工作介質(zhì)蒸汽管，在工作介質(zhì)蒸汽管上連接有蒸汽調(diào)節(jié)閥；螺桿膨脹機(jī)的輸出軸連接發(fā)電機(jī)；螺桿膨脹機(jī)的工作介質(zhì)出口通過管線連接冷凝器的工作介質(zhì)入口 ；冷凝器的工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器的工作介質(zhì)入口之間連接有管線，在冷凝器工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器工作介質(zhì)入口之間的管線上連接有工作介質(zhì)罐和工作介質(zhì)泵；冷凝器的第二工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器工作介質(zhì)入口之間連接有管線，在冷凝器第二工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器工作介質(zhì)入口之間的管線上連接單向調(diào)節(jié)閥；[0008]冷凝器的冷卻水出口有管線連接冷卻塔的入水口，冷卻塔的出水口到冷凝器的冷卻水入口之間連接有管線，在冷卻塔出水口到冷凝器冷卻水入口之間的管線上連接有循環(huán)水泵，在冷卻塔的頂部有自動補(bǔ)水口。[0009]本發(fā)明是在雙循環(huán)發(fā)電和全流發(fā)電的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了改進(jìn)。一是選用雙循環(huán)發(fā)電技術(shù)中的工作介質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu)，用全流發(fā)電技術(shù)中的螺桿膨脹機(jī)代替汽輪機(jī)，解決了汽輪機(jī)對工作介質(zhì)汽化程度要求高、受環(huán)境溫度影響大、故障率高等問題。二是增加一套中水換熱系統(tǒng)，使用高效防腐材料換熱器，既保證了換熱效率，又解決了雙循環(huán)發(fā)電蒸發(fā)器腐蝕結(jié)垢問題。三是優(yōu)化螺桿發(fā)電機(jī)組的設(shè)計，取消了螺桿膨脹機(jī)到發(fā)電機(jī)的傳動變速箱，提高了傳動效率。四是根據(jù)生產(chǎn)需要自動調(diào)節(jié)來水流量，控制中水換熱后溫度，提高發(fā)電效率。五是在產(chǎn)出液進(jìn)行換熱前使用高效三相分離器進(jìn)行油、氣、水分離，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。[0010]本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置，一是解決產(chǎn)出液中含有原油和天然氣，影響系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性問題；二是解決雙循環(huán)發(fā)電模式中換熱器腐蝕結(jié)垢問題；三是解決汽輪機(jī)需定期維護(hù)、故障率較高等問題；四是解決汽輪機(jī)易受環(huán)境溫度及產(chǎn)出液溫度、流量影響問題，保證發(fā)電機(jī)組長期可靠運(yùn)行。


[0011]圖1是本實(shí)用新型油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)剖面示意圖。[0012]圖中，1-產(chǎn)出液入口，2-三相分離器，3-天然氣出口，4-分離原油出口，5-中水換熱器，6-換熱后產(chǎn)出液出口，7-中水循環(huán)管，8-中水循環(huán)泵，9-中水旁路管，10-蒸發(fā)器， 11-工作介質(zhì)蒸汽管，12-螺桿膨脹機(jī)，13-蒸汽調(diào)節(jié)閥，14-發(fā)電機(jī)，15-冷凝器，16-工作介質(zhì)罐，17-單向調(diào)節(jié)閥，18-工作介質(zhì)泵，19-循環(huán)水泵，20-冷卻塔，21-自動補(bǔ)水口。
具體實(shí)施方式
[0013]實(shí)施例1 :以一個油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置為例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0014]參閱圖1。本實(shí)用新型油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置，包括三相分離器2、中水換熱器5、中水循環(huán)泵8、蒸發(fā)器10、螺桿膨脹機(jī)12、發(fā)電機(jī)14、冷凝器15、工作介質(zhì)罐16、單向調(diào)節(jié)閥17、工作介質(zhì)泵18、循環(huán)水泵19和冷卻塔20。[0015]三相分離器2有產(chǎn)出液入口 1、天然氣出口 3、分離原油出口 4和分離水出口。三相分離器2的分離水出口有管線連接中水換熱器5的水入口，換熱后產(chǎn)出液出口 6連接有排出管線。在中水換熱器5和蒸發(fā)器10之間連接有中水循環(huán)管7，即中水換熱器5的中水出口與蒸發(fā)器10的中水入口之間連接有第一中水循環(huán)管線，中水換熱器5的中水進(jìn)口與蒸發(fā)器10的中水出口之間連接有第二中水循環(huán)管線，在第一中水循環(huán)管線與第二中水循環(huán)管線之間連通有中水旁路管9。在第二中水循環(huán)管線上連接有一個中水循環(huán)泵8。[0016]蒸發(fā)器10的工作介質(zhì)出口到螺桿膨脹機(jī)12的工作介質(zhì)入口之間連接有工作介質(zhì)蒸汽管11，在工作介質(zhì)蒸汽管11上連接有一個蒸汽調(diào)節(jié)閥13。螺桿膨脹機(jī)12的輸出軸連接一個發(fā)電機(jī)14。螺桿膨脹機(jī)12的工作介質(zhì)出口通過管線連接冷凝器15的工作介質(zhì)入口。冷凝器15的工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器10的工作介質(zhì)入口之間連接有管線，在冷凝器15 工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器10工作介質(zhì)入口之間的管線上串連連接有一個工作介質(zhì)罐16和一個工作介質(zhì)泵18。冷凝器15的第二工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器10工作介質(zhì)入口之間連接有管線，在冷凝器15第二工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器10工作介質(zhì)入口之間的管線上連接一個單向調(diào)節(jié)閥17。[0017]冷凝器15的冷卻水出口有管線連接冷卻塔20的入水口，冷卻塔20的出水口到冷凝器15的冷卻水入口之間連接有管線，在冷卻塔20出水口到冷凝器15冷卻水入口之間的管線上連接有循環(huán)水泵19。在冷卻塔20的頂部有自動補(bǔ)水口 21。[0018]簡述油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置的原理。參閱圖1。首先油田產(chǎn)出液1進(jìn)入三相分離器2，分離出來的天然氣進(jìn)入天然氣集輸系統(tǒng)，分離出的原油進(jìn)入原油集輸系統(tǒng)，剩余產(chǎn)出液進(jìn)入中水換熱器5與中水換熱。換熱后產(chǎn)出液通過換熱后產(chǎn)出液出口 6進(jìn)入油氣集輸維溫伴熱系統(tǒng)。中水與油田產(chǎn)出液換熱后在中水循環(huán)管7中循環(huán)，通過調(diào)整中水循環(huán)泵 8的排量來調(diào)整與中水換熱后產(chǎn)出液的溫度，油氣集輸系統(tǒng)冬季需要的維溫伴熱溫度較高， 換熱后產(chǎn)出液要保證85°C，夏季只需65°C即可；中水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)有中水旁路管9，也可調(diào)整中水換熱量。中水在蒸發(fā)器10中給工作介質(zhì)換熱，使低沸點(diǎn)有機(jī)物工作介質(zhì)汽化。工作介質(zhì)蒸汽通過工作介質(zhì)蒸汽管11進(jìn)入螺桿膨脹機(jī)12推動螺桿旋轉(zhuǎn)，并通過蒸汽調(diào)節(jié)閥13調(diào)整工作介質(zhì)蒸汽壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)螺桿膨脹機(jī)12轉(zhuǎn)速，螺桿膨脹機(jī)12拖動發(fā)電機(jī)14發(fā)電；工作介質(zhì)蒸汽做功后進(jìn)入冷凝器15冷卻液化，根據(jù)需要一部分進(jìn)入工作介質(zhì)罐16，一部分通過單向調(diào)節(jié)閥17進(jìn)入蒸發(fā)器10汽化重復(fù)做功；進(jìn)入工作介質(zhì)罐16的工作介質(zhì)過濾干燥后，根據(jù)需求量通過工作介質(zhì)泵18補(bǔ)充進(jìn)入蒸發(fā)器10做功。中水循環(huán)系統(tǒng)和工作介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)配有壓力傳感器、安全閥等安全附件以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。冷卻系統(tǒng)有循環(huán)水泵19驅(qū)動冷卻水循環(huán)，配有冷卻塔20以保證冷卻水溫度較低，另外冷卻塔20配有自動補(bǔ)水口 21， 通過自動補(bǔ)水裝置補(bǔ)充冷卻水。
權(quán)利要求1. 一種油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置，包括三相分離器O)、中水換熱器(5)、中水循環(huán)泵(8)、蒸發(fā)器(10)、螺桿膨脹機(jī)(12)、發(fā)電機(jī)(14)、冷凝器(15)、工作介質(zhì)罐(16)、單向調(diào)節(jié)閥(17)、工作介質(zhì)泵(18)、循環(huán)水泵(19)和冷卻塔(20)；三相分離器(2)有產(chǎn)出液入口 (1)、天然氣出口(3)、分離原油出口(4)和分離水出口 ；其特征在于三相分離器O)的分離水出口有管線連接中水換熱器(5)的水入口，換熱后產(chǎn)出液出口(6)連接有排出管線；在中水換熱器( 和蒸發(fā)器(10)之間連接有中水循環(huán)管(7)；中水換熱器(5)的中水出口與蒸發(fā)器(10)的中水入口之間連接有第一中水循環(huán)管線，中水換熱器( 的中水進(jìn)口與蒸發(fā)器(10)的中水出口之間連接有第二中水循環(huán)管線，在第一中水循環(huán)管線與第二中水循環(huán)管線之間連通有中水旁路管(9)；在第二中水循環(huán)管線上連接有中水循環(huán)泵(8)；蒸發(fā)器(10)的工作介質(zhì)出口到螺桿膨脹機(jī)(12)的工作介質(zhì)入口之間連接有工作介質(zhì)蒸汽管(11)，在工作介質(zhì)蒸汽管(11)上連接有蒸汽調(diào)節(jié)閥(1 ；螺桿膨脹機(jī)(1 的輸出軸連接發(fā)電機(jī)(14)；螺桿膨脹機(jī)(12)的工作介質(zhì)出口通過管線連接冷凝器(15)的工作介質(zhì)入口 ；冷凝器(15)的工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器(10)的工作介質(zhì)入口之間連接有管線，在冷凝器(15)工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器(10)工作介質(zhì)入口之間的管線上連接有工作介質(zhì)罐(16) 和工作介質(zhì)泵(18)；冷凝器(15)的第二工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器(10)工作介質(zhì)入口之間連接有管線，在冷凝器(15)第二工作介質(zhì)出口到蒸發(fā)器(10)工作介質(zhì)入口之間的管線上連接單向調(diào)節(jié)閥(17)；冷凝器(15)的冷卻水出口有管線連接冷卻塔00)的入水口，冷卻塔00)的出水口到冷凝器(1 的冷卻水入口之間連接有管線，在冷卻塔00)出水口到冷凝器(1 冷卻水入口之間的管線上連接有循環(huán)水泵(19)，在冷卻塔00)的頂部有自動補(bǔ)水口 01)。
專利摘要油田中低溫產(chǎn)出液發(fā)電裝置，應(yīng)用于油井采出液的熱量回收并進(jìn)行發(fā)電。三相分離器的分離水出口有管線連接中水換熱器的水入口，在中水換熱器和蒸發(fā)器之間連接有中水循環(huán)管；蒸發(fā)器到螺桿膨脹機(jī)之間連接有工作介質(zhì)蒸汽管；螺桿膨脹機(jī)的輸出軸連接發(fā)電機(jī)；螺桿膨脹機(jī)通過管線連接冷凝器；冷凝器到蒸發(fā)器之間連接有管線，在冷凝器到蒸發(fā)器之間的管線上連接有工作介質(zhì)罐和工作介質(zhì)泵；冷凝器連接冷卻塔；在冷卻塔的頂部有自動補(bǔ)水口。效果是解決了產(chǎn)出液中含有原油和天然氣，影響發(fā)電裝置穩(wěn)定性問題；解決了雙循環(huán)發(fā)電模式中換熱器腐蝕結(jié)垢問題；保證發(fā)電機(jī)組長期可靠運(yùn)行。
文檔編號F01K11/02GK202250275SQ20112030508
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者及德勝, 周金文, 張慶軍, 林文華, 邱天輝, 鄭冠軍 申請人:中國石油天然氣股份有限公司