一种化学驱采出液加热装置

技术领域

本公开涉及化学驱采出液加热装置，具体是适用于注聚合物、注三元复合物、注高浓度聚合物等开发方式区块的采出液加热装置。

背景技术

本节中的陈述只提供与本公开有关的背景信息并且不构成现有技术。

大庆油田在用注聚合物、注三元复合物、注高浓度聚合物等开发方式区块的化学驱采出液加热装置，以火筒式二合一加热炉为主，由壳体、鞍座、烟管、火管、烟箱、烟囱、燃烧器、进出液管线等主要部件组成。所述加热炉根据热负荷设置1-2根火管，其中1.5MW以下设置1根火管、1.5MW以上设置2根火管，每根火管下游配有2根烟管，烟管管径较粗，通常为Φ350mm，上述烟管与火管的结构设计存在加热炉的运行热效率低的问题。

另外，火筒式二合一加热炉多采用负压燃烧方式，设计热效率只有80-85%。

再有，由于各种注化学剂驱油技术的广泛应用，采出液（加热介质）内携带大量的泥沙和驱油化学药剂等，导致加热介质在被加热过程中，严重淤积在烟管及火管外表面，导致加热炉运行热效率大幅降低，增加了燃料气的消耗，严重的还会造成炉管穿孔、开裂、甚至烧毁。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包含不构成现有技术的信息。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供一种化学驱采出液加热装置，解决加热炉的运行热效率低的问题。

为实现上述发明目的，所述的化学驱采出液加热装置，包括单根火管及烟管，其特征在于：

所述烟管的数量大于等于三根；

所述烟管以火管为中心圆周排列在所述火管的外侧并尽可能分布在所述火管的上方；

所述火管与所述烟管的直径比为7.5-5:1。

在本公开的一些实施例中，所述装置的风道和/或烟道设置鼓风机；

所述鼓风机的鼓风压力用于克服所述风道和/或烟道内的阻力以使炉内燃烧和烟气侧传热在正压下进行。

在本公开的一些实施例中，所述火管及所述烟管通过烟火管箱连接；

所述火管及所述烟管的端部分别插入所述烟火管箱后焊接连接。

在本公开的一些实施例中，沿所述火管及所述烟管的长度方向设置若干花板；

所述火管与所述花板焊接，所述烟管穿过所述花板上对应的通孔以支撑于所述火管上；

所述花板，用于辅助增强所述火管及所述烟管整体的连接刚度。

在本公开的一些实施例中，所述火管外侧镶嵌翅片管；

后端进液管的出口连接所述翅片管；

所述翅片管的出口连接布液管。

在本公开的一些实施例中，所述火管连接自动除垢组件；

所述自动除垢组件沿所述火管往复移动以刮除所述火管表面的垢质。

在本公开的一些实施例中，所述自动除垢组件包括：

支撑架；

两块固定板通过所述支撑架固定在加热炉的壳体内；

定位轨道通过所述固定板连接；

刮板刷连接在所述定位轨道上；

驱动电机驱动所述刮板刷沿所述定位轨道往复移动以刷除所述火管表面的垢质。

在本公开的一些实施例中，所述刮板刷的数量为多个；

刮板连接架将多个所述刮板刷连接为一体；

驱动电机驱动所述刮板连接架带动多个所述刮板刷沿所述定位轨道往复移动以刷除所述火管表面的垢质。

在本公开的一些实施例中，所述火管、所述烟火管箱及所述自动除垢组件的支撑架分别焊接在支撑板架上；

所述火管、所述烟管及所述烟火管箱及所述自动除垢组件与所述支撑板架连接为一体结构；

所述支撑板架与滑动轨道构成滑动副以使所述一体结构在壳体内滑动。

在本公开的一些实施例中，所述火管连接高温报警探头；

所述高温报警探头与加热炉报警控制系统连接。

本公开具有如下有益效果：

本公开的化学驱采出液加热装置，通过烟管及火管的尺寸、根数及排列方式的全新结构设计，具体技术方案是采用小直径烟管、烟管与火管呈圆周双层排列及增加烟管数量的组合方式，增大了换热面积，提高了烟气流速，降低了排烟温度，进而提高对流传热系数，进一步强化对流传热效率，设计热效率可由原来的85%提高至90%以上，运行热效率达到88%以上，即设计热效率和运行热效率得到了双提高，有效解决现有加热炉的运行热效率低的问题。

附图说明

通过以下参考附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本公开实施例的化学驱采出液加热装置结构示意图；

图2是本公开实施例的化学驱采出液加热装置纵向剖视图；

图1-2中：1-燃烧器，2-烟箱，3-烟囱，4-烟管，5-火管，6-自动除垢组件，7-前端进液管，8-翅片管，9-人孔，10-后端进液管，11-烟火管箱，12-壳体，13-出液管，14-支撑板架，15-滑动轨道，16-花板；

图3是本公开实施例的烟火管箱11与火管5及烟管4装配图；

图4是图3中的A-A视图；

图5是图4中的B向视图；

图6是本公开实施例的翅片管与火管的连接图；

图7是本公开实施例的自动除垢组件6的结构示意图；

图8是本公开实施例的自动除垢组件6与火管的相对位置图；

图9是本公开实施例的刮板刷与火管的相对位置图；

图10是本公开实施例的刮板刷与刮板连接架的连接结构图；

图11是本公开实施例的定位轨道63的连接关系图。

具体实施方式

以下基于实施例对本公开进行描述，但是值得说明的是，本公开并不限于这些实施例。在下文对本公开的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本公开。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本公开的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”。如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本申请的限制。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本公开实施例的化学驱采出液加热装置结构示意图；图2是本公开实施例的化学驱采出液加热装置纵向剖视图；由图1及图2所示：所述的化学驱采出液加热装置包括单根火管5及烟管4，烟管4的数量大于等于三根，且烟管4以火管5为中心圆周排列在所述火管5的外侧并尽可能分布在火管5的上方。

烟管4采用圆周排列方式，与火管5形成双层结构，可以增大换热面积，并使加热介质均匀换热，有效提高加热炉的运行热效率。

本公开实施例采用的火管与烟管的直径比大于现有加热炉的火管与烟管的直径比，具体可以是火管与烟管的直径比为7.5-5:1，如火管直径为Φ1200mm，烟管直径为Φ168mm。与现有加热炉在火管直径相同的前提下采用的烟管管径较粗（通常为Φ350mm）比较，本公开实施例采用的小直径烟管4，可提高烟气流速，进而提高对流传热系数，进一步强化对流传热效率。

本公开实施例的加热装置的风道和/或烟道设置鼓风机（本公开未示出），鼓风机的鼓风压力用于克服风道和/或烟道内的阻力以使炉内燃烧和烟气侧传热在微正压下进行，因为该装置采用微正压燃烧方式，鼓风机的作用下配风也可实时比例调节，空气系数得到降低。

油田在用加热炉燃烧方式为负压燃烧，本公开实施例的加热炉增设变频鼓风机，利用该鼓风机的压力可以有效克服不同生产工况与场景下风道和烟道的阻力，使燃烧和烟气侧传热可以在正压下进行，从而提高烟气流速，强化对流传热。

所述鼓风机可以与燃烧器1一体化集成，依靠鼓风机变频与燃烧器1的燃气蝶阀按照实验室拟合的曲线比例连锁调节，保证燃烧空气系数最佳；火管背压800-1000Pa，空气系数1.05-1.5，燃料消耗量和配风量可在20%-110%负荷范围内自动调节。

由于环境温度和风速的变化会带来烟囱出口处气压的变化，鼓风机变频设置了微调节功能，烟囱出口处气压降低时鼓风机变频调高，烟囱出口处气压增高时鼓风机变频调低。

因为受烟囱内壁露点腐蚀要求，烟囱的出口烟气温度要高于露点腐蚀温度。相对地，如果烟囱高，为了克服烟囱壁面的散热损失，烟囱入口烟气温度（也就是加热炉烟管出口烟气温度，也就是“有效排烟温度”）就要高。加热炉内，燃料燃烧后的烟气温度一定，流经火管和烟管，通过火管和烟管壁把热量传递给被加热介质，烟气温度随之降低。如果烟气出烟管温度限定值高，传递给介质的热量就低。因此，烟囱如果大幅度降低，烟管出口烟气温度就降低，烟气传递给介质的热量就多，加热炉的热效率就随之提高了。

为此，在图1中，本公开实施例的加热装置采用的烟囱1的高度比背景技术所述的火筒式二合一加热炉的烟囱高度降低60%以上，具体为6米高。不同规格的加热炉烟囱高度均可取6米。由于烟囱高度的降低，有效排烟温度随之大幅降低，使本公开加热装置的设计热效率和运行热效率得到双提高。

为避免出现热疲劳现象导致的焊缝开裂问题，在图1中，本公开实施例的火管5及烟管4通过烟火管箱11连接，火管5及烟管4的端部分别插入烟火管箱11后焊接连接。烟管4端部插入烟火管箱11并焊接连接，与常规烟管插入火管尾端焊接连接比较，烟火管箱11可以消除部分烟火管热膨胀引起的变形不协调。

由图3-图5所示，该烟火管箱11内部设置若干加强筋11-1及管箱支撑板架11-2，目的就是提高管箱的牢固强度。

为了保证烟火管整体刚度，在图1中，本公开实施例中沿火管5及烟管4的长度方向设置若干花板16，花板16仅与火管5焊接，不与烟管4焊接，烟管4穿过花板16上对应的通孔以支撑于火管5上，花板16可以用于辅助增强火管5及烟管4整体的连接刚度。

本公开实施例以加热装置整体尺寸Φ3000×13400mm为例，进行数值仿真与现场试验，为了既保证机械设计强度、燃烧效率、又增大炉体单位长度换热量以及便于在线清淤除垢，确定火管尺寸Φ1200×9800mm，燃烧道耐火砖尺寸Φ1075×2414mm，烟管为8根Φ168×8mm无缝钢管、间距19º对称布置于火管外R1000mm处。当然，若其他规格的加热炉，则火管5及烟管4的直径、根数保持不变，只是火管5及烟管4的长度随加热炉的长度发生相应的变化。烟管4及火管5利用烟火管箱11连接，火管5缩径为Φ1040mm后插入烟火管箱11，烟火管箱11厚度880mm。

图1结合图6所示，本公开实施例的火管5中后段外侧镶嵌翅片管8；后端进液管10的出口连接翅片管8；翅片管8的出口连接布液管。

所述翅片管8被设置在火管5中后段，是因为火管5中后段只有高温烟气、没有火焰，能够避免火焰烧损翅片管8。所述翅片管8是钢管外螺旋缠绕钢制翅片结构，被加热介质进入本公开加热装置，后端进液管10直接进入翅片管8，使被加热介质流经火管5内部，增大了换热面积；同时由于烟气扰流翅片管8，改变了烟气在火管5中的流程和流型，增强了烟气湍流度，从而提高了对流传热系数，强化了介质与高温烟气换热，介质被预热、高温烟气温度得到迅速下降，同时也大幅缓解了烟火管箱11的热疲劳强度、避免焊口开裂等安全事故发生、提高设备使用寿命。

翅片管8以蛇形的形式布置，穿插于火管5中，被加热介质流经蛇形翅片管后进入布液管；布液管位于烟管4和火管5下方，被加热介质由布液管上的布液口流入加热炉壳体1内，向上流经烟管4和火管5的外壁被二级加热后由装置尾部堰板进入缓冲段，完成加热工艺。

针对化学驱采出液被加热介质易结垢特点，在图1中，本公开实施例在火管外壁、自耐火砖外沿设置长2700mm左右的自动除垢组件6，自动除垢组件6沿火管5往复移动以刮除火管5表面的垢质。

由图7-图11所示：本公开实施例的自动除垢组件6包括支撑架61，两块固定板62通过支撑架61固定在加热炉的壳体12内；定位轨道63固定板62连接，刮板刷64连接在定位轨道63上；驱动电机66通过中间传动组件67驱动刮板刷64沿定位轨道63往复移动以刷除火管5表面的垢质。其中，刮板刷64的数量为多个，刮板连接架65将多个刮板刷64连接为一体；驱动电机66驱动刮板连接架65带动多个刮板刷64沿定位轨道63往复移动以刷除火管5表面的垢质；刮板刷64的两端与火管5中心之间的夹角为150°，即除垢角度为150º；该除垢角度的设置与火管与烟管的布置形式相应。

驱动电机66通过法兰连接安装在加热装置壳体12外部，驱动电机66通过联轴器与中间传动组件67相连，带动刮板刷64沿着火管5的外壁往复运动。自动除垢组件6刮下的垢质，部分随被加热介质排出，部分沉积到壳体12底部由排污管排出。自动除垢组件6使火管5能够更大程度上保持正常传热，从而保证了加热炉的热效率，降低检修清垢的次数。

所述自动除垢组件6在线自动清除火管换热面被加热介质侧清淤，即保证了运行热效率、又避免了炉管鼓包、变形、穿孔、开裂、烧毁等事故发生，可使加热装置维修周期由原来的1年3次缩减到3年1次。

在图1中，为了便于火管5、烟管4抽拉、拆装，火管5下部设置4个扇形支撑板架14；为了受力均匀、便于滑动，支撑板架14扇形角度70º、底部留有R200mm的半圆孔，支撑板架14于高33mm左右的卧式滑动轨道15上，滑动轨道14表面沿径向有棱槽，可减少壳体12与滑动轨道15的接触面积，进而减少摩擦阻力，便于火管5、烟管4烟火管抽送。

具体地，本公开实施例的火管5、烟火管箱11及自动除垢组件6的支撑架61分别焊接在支撑板架14上；烟管4通过花板16支撑于火管5上，火管5、烟管4及烟火管箱11及自动除垢组件6与支撑板架14连接为一体结构，支撑板架14与滑动轨道15构成滑动副以使上述一体结构在壳体12内滑动。支撑板架14固定于滑动轨道15上，且与壳体12间留有间隙，可整体沿滑动轨道15移动，便于烟管4和火管5整体抽拉。维修时，可切断支撑架61的连接，将自动除垢组件6置于火管5上，同火管5、烟管4一同移动。当换热效率达不到要求时，可直接抽出进行清淤、清垢，降低了维修费用，缩短了维修周期。

本公开实施例的化学驱采出液加热装置，火管5连接高温报警探头；高温报警探头与加热炉报警控制系统连接。

常规油田加热炉不设置高温报警探头，鉴于化学驱介质粘稠、油田开发后期采出液泥沙、胶质、沥青质含量高等特点，在火管外壁上、距离耐火砖外沿1200mm和1600mm处设置高温报警探头，布置采用五点法，距离火管底端30 º两端各布置1个、90 º两端各布置1个、顶端布置1个，在加热炉控制系统增设火管高温报警系统，探头信号接入加热炉报警控制系统。

工作时，燃烧器1使燃料气在火管5中燃烧，产生高温烟气，与被加热介质进行换热；鼓风机与燃烧器1一起置于烧火间，根据燃料气消耗流量配助燃空气风量，并根据环境温度和风速等因素微调配风量与燃料气量的比例。

被加热介质进入加热炉，通过后端进液管10进入翅片管8，在其中单向流通，即在火管5中流通，与火管5内烟气进行热量交换，经烟气加热，再经由前端段进液管7进入加热炉腔内，经烟管4和火管5进一步加热，使被加热介质达到所需温度。

本公开实施例的加热装置通过烟管4、火管5的结构、规格设计，烟囱高度的降低、鼓风机作用下的微正压燃烧等措施的改进，设计热效率可有原来的85%提高至90%以上，运行热效率达到88%以上，设计热效率和运行热效率得到了双提高。自动除垢装置的利用，减缓了火管表面的结垢、淤积，使火管长时间保持正常传热，缩短了维修周期，降低了维修费用，达到了基于本质安全的节能减排目标。

以上所述实施例仅为表达本公开的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本公开专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本公开的保护范围。因此，本公开专利的保护范围应以所附权利要求为准。