專利名稱：一種海洋平臺熱采油注汽鍋爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及海洋原油開采時對井下稠油、超稠油熱采時所用的注汽鍋爐，具 體的說涉及一種海洋平臺熱采油注汽鍋爐。
背景技術：
在油田的原油開采中，對井下稠油、超稠油的開采時，為了增加產量，首先要降低 稠油的粘度，提高原油的流動性，其手段之一是采用注汽鍋爐，利用注汽鍋爐所生產的高溫 高壓濕蒸汽注入井下底部油層，加熱油層中的原油以降低稠油的粘度，從而增加稠油的流 動性，達到大幅度提高采收率的目的。隨著油田開發的不斷深入，作為主要接替產能區塊， 海洋稠油油田的開發已提到了議事日程。由于海洋油田開發是在平臺上作業，受平臺面積 的限制，要求設備布置緊湊、重量輕，安全環保高效，自動化程度高。而目前陸地上所用的常 規熱采鍋爐采用臥式直流的形式，輻射段筒體為臥式圓筒，輻射段管束采用水平往復排列 形式及一般材質，占地面積大且切超重，不能適應海洋平臺開采石油的需要。
發明內容為了解決現有陸地注汽鍋爐因占地面積大，而無法適應海洋平臺作業的問題，本 實用新型提供一種海洋平臺熱采油注汽鍋爐。該注汽鍋爐的輻射段管束采用立式結構，且 輻射段內管束利用高強度小壁厚管材，使得鍋爐整體占地面積與陸地上所用的常規鍋爐相 比可減少約1/3，重量可減少20%左右，滿足海洋熱采油鍋爐小型高效的要求。本實用新型的技術方案是一種海洋平臺熱采油注汽鍋爐，包括鍋爐本體及輔助 設備，所述的鍋爐本體主要包括輻射段、對流段及水換熱器，所述的輔助設備主要包括汽水 系統、通風系統、燃燒系統；上述的輻射段主要包括爐壁及內置的輻射段管束，爐壁是由鋼板卷制而成的圓筒 形，爐壁內襯保溫層，靠近保溫層排列若干輻射段管束，中間形成寬敞的爐膛，爐壁內壁焊 接管卡，輻射段管束通過管卡固定，輻射段的尾部有煙道；所述的對流段固定在輻射段尾部 煙道上；所述的水換熱器通過支架固定在輻射段的外壁上；對流段內固定對流段管束，水 換熱器內固定換熱管；所述的汽水系統主要包括由軟化水入口、柱塞泵裝置、輻射段管束、對流段管束、 換熱管、汽水分離器、注汽管以及其間所連通的水汽管路組成，其中，柱塞泵裝置一端連通 軟化水入口，另一端依次經對流段管束、換熱管及輻射段管束與汽水分離器連通，汽水分離 器的另一端連通注汽管；所述的燃燒系統主要包括燃燒器、鼓風機、燃油入口、燃氣入口、燃油電加熱器、燃 油蒸汽加熱器；其中燃燒器固定在輻射段的前端板上，燃燒器的前端連接鼓風機，燃燒器通 過兩并行管路與燃氣入口連通；燃燒器又依次經燃油電加熱器及燃油蒸汽加熱器與燃油入 □連通；所述的通風系統包括空氣壓縮機、蒸汽霧化器、蒸汽過濾器，其中空氣壓縮機與燃燒器連通，同時又依次經蒸汽霧化器、蒸汽過濾器與汽水分離器連通；而蒸汽過濾器又經調 節閥與燃油蒸汽加熱器連通。所述輻射段的爐壁也可由鋼板焊接成方形。所述的輻射段管束可采用水平上升螺 旋盤管結構；也可采用水平上升螺旋盤管柔性連接膜式水冷壁結構。所述的爐壁內襯的保溫層結構為在爐壁的內壁向內依次鋪設兩層普通纖維毯、一 層阻氣鋁箔及一層高純陶瓷纖維折疊塊；也可在爐壁整體鋪設硅酸鋁棉。所述的輻射段管束、對流段管束及換熱管均采用高強度小壁厚管材。所述的柱塞泵裝置包括柱塞泵入口減震器、柱塞泵及柱塞泵出口減震器，其中柱 塞泵的一端經柱塞泵入口減震器；與軟化水入口連通，另一端依次經柱塞泵出口減震器、與 對流段管束連通；所述的汽水分離器依次連通取樣過濾器、取樣冷卻器及取樣槽。本實用新型的有益效果是由于該注汽鍋爐的輻射段爐體及內置的管束采用立式 結構，靠近爐壁布置，輻射段管束以水平上升螺旋盤管或水平上升螺旋盤管柔性連接膜式 水冷壁兩種結構形式，使得注汽鍋爐的整體占地面積與陸地上所用的常規鍋爐相比可減少 約1/3 ；且輻射段管束、對流段管束及換熱管均采用高強度小壁厚管材，重量可減少20%左 右，滿足海洋熱采鍋爐的小型高效要求。
圖1為現有陸地上注汽鍋爐結構示意圖；圖2為本實用新型的工作流程示意圖；圖3為輻射段爐壁與輻射段管束固定形式示意圖；圖4為圖3的俯視圖；圖5為輻射段爐壁保溫層結構之一示意圖；圖6為輻射段爐壁保溫層結構之二示意圖；圖7為輻射段管束水平上升螺旋盤管結構示意圖；圖8為輻射段管束水平上升螺旋盤管柔性連接膜式水冷壁結構示意圖；圖9為“膜式水冷壁”管束結構示意圖；圖10為圖9的左視圖；圖11為無形支柱有形梁結構示意圖；圖12為本實用新型實施例一示意圖；圖13為本實用新型實施例二示意圖；圖14為本實用新型實施例三示意圖；圖15為人機界面觸摸屏示意圖。圖中1-對流段，2-輻射段，3-水換熱器，4-變送器，5-柱塞泵，6_輻射段管束， 7-軟化水入口，8-燃燒器，9-控制器，9. 1-控制器，10-鼓風機，11-電動閥，11. 1_電動閥， 12-對流段管束，13-燃油電加熱器，14-空氣壓縮機，15-燃油蒸汽加熱器，16-鰭片，17-電 磁閥，17. 1-電磁閥，17. 2-電磁閥，17. 3-電磁閥，18-燃油入口，19-光管，21-槽鋼，22-調 節閥，23-蒸汽霧化分離器，24-蒸汽過濾器，25-取樣過濾器，26-取樣冷卻器，27-取樣槽， 28-加強板，29-汽水分離器，30-燃氣入口，32-軟連接，34-爐壁，35-普通纖維毯，36-阻 氣鋁箔，37-高純陶瓷纖維折疊塊，38-硅酸鋁棉，39-管卡，40-注汽管，41-入口減震器，
442-出口減震器，43-煙囪，44-煙道，45-換熱管，T-溫度傳感器，P-壓力傳感器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明由附圖1至附圖15所示，該海洋平臺熱采油注汽鍋爐，主要包括鍋爐本體和輔助 設備，所述的鍋爐本體是注汽鍋爐的骨架，主要包括輻射段2、對流段1及水換熱器3 ；所述 的輔助設備是保證鍋爐本體正常運行所必需的附屬設備，主要包括汽水系統、通風系統、燃 燒系統及自動控制系統。上述鍋爐本體的輻射段2主要包括內襯保溫層的爐壁34及爐壁34內的輻射段管 束6，輻射段2是注汽鍋爐的主要受熱面，爐壁34里的輻射段管束6直接接受火焰的輻射 熱、煙氣的對流熱和保溫層的反射熱，然后再把所接受的熱量傳遞給輻射段管束6內的水， 使水變成蒸汽，通過輔助系統分離后注入井下。爐壁34是由鋼板卷制而成的圓筒形，也可 由鋼板焊接成方形，爐壁34內襯保溫層，其作用是避免爐內熱量外散，同時又向爐中輻射 段管束6反射熱量；靠近保溫層排列由若干耐高溫高壓的由無縫鋼管焊接而成的輻射段管 束6，中間形成寬敞的爐膛，在爐壁34內壁焊接管卡39，輻射段管束6通過管卡39進行固 定，如圖3及圖4所示。爐壁34內襯的保溫層可選用兩種保溫結構，第一種結構是在爐壁34的內壁向內 依次鋪設兩層普通纖維毯35及一層阻氣鋁箔36，然后鋪設高純陶瓷纖維折疊塊37，如圖5 所示；第二種保溫層結構是在內壁整體噴涂硅酸鋁棉38，如圖6所示。爐壁34中的輻射段管束6可采用水平上升螺旋盤管結構或水平上升螺旋盤管柔 性連接膜式水冷壁結構；①采用水平上升螺旋盤管形式時，結構形式如圖7所示，該結構可 在同等熱負荷的條件下，總體尺寸比現有注汽鍋爐中的水平往復盤管小，從而減小了鍋爐 的整體尺寸，且由于工質繞軸線向同一方向旋轉，擾動效應遠高于水平往復盤管，相當于提 高了傳熱效率；②采用水平上升螺旋盤管柔性連接膜式水冷壁的結構時，管束的盤繞形式 如圖8所示；所述的“膜式水冷壁”是在光管19的外壁上用焊接的方式將長方形鋼板固定 住作為鰭片16，使鋼板與光管19整體形成“膜式水冷壁”的結構形式，如圖9及圖10所示； 當采用“膜式水冷壁”結構的管束結構時，是由無形支柱有形梁的結構固定，如圖11所示， 先在鰭片16上焊有槽鋼21，并在槽鋼21與光管19之間焊有加強板28，加強板28與光管 19之間留有一定距離，緩解膜式水冷壁的橫向膨脹，每兩根光管19之間通過軟連接32焊接 在一起，槽鋼21再與輻射段爐壁34通過螺栓進行固定；當輻射段管束產生縱向膨脹時，可 通過軟連接32進行調節，并能充分有效吸收鍋爐熱膨脹，保證鍋爐安全；所述的軟連接32 材質為合金鋼。所述的對流段1固定在輻射段2尾部煙道上；所述的水換熱器3通過支架固定在 輻射段2的外壁上，對流段1及水換熱器3內固定對流段管束12及換熱管45 ；且輻射段管 束6、對流段管束12及換熱管45首尾連接后，首端與鍋爐給水端的柱塞泵裝置連通，尾端與 鍋爐的注汽管40連通。上述的輻射段管束6、對流段管束12及換熱管45均采用耐高溫高 壓的具有高強度的小壁厚管材制作，從而減小鍋爐的整體重量。該海洋平臺熱采油注汽鍋爐的輔助設備是保證鍋爐本體正常運行所必需的附屬 設備，主要由鍋爐的汽水系統、燃燒系統、通風系統和自動控制系統組成；此外，還包括鍋爐本體和輔助設備間連通的管路，以及管路安裝的受控與自動控制系統的電磁閥、變送器、電 動閥、溫度傳感器及壓力傳感器等。由于輻射段2做了立體式的改進，與其相關的輔助設備也做了相應調整，具體的 工作流程如圖2所示。其中，所述輔助設備的汽水系統是鍋爐的主要受壓元件，包括由柱塞泵裝置的出 口至注汽管40間所連接的水汽管路，主要是由輻射段管束6、對流段管束12、換熱管45、汽 水分離器29以及其之間的連通管路組成，其中，柱塞泵裝置一端連通軟化水入口 7，另一端 依次連通對流段管束12、換熱管45及輻射段管束6，輻射段管束6連通汽水分離器29，汽水 分離器29又與注汽管40連通；此外汽水分離器29與注汽管40間的管路上安裝有壓力傳 感器P及溫度傳感器T ；而所述的柱塞泵裝置包括柱塞泵入口減震器41、柱塞泵5及柱塞泵 出口減震器42，柱塞泵5 —端與入口減震器41連通，另一端又經柱塞泵出口減震器42與對 流段管束12連通，入口減震器41與軟化水入口 7聯通，且其間管路上安裝有溫度傳感器T 及壓力傳感器P，而柱塞泵出口減震器42與對流段管束12間的管路上依次安裝溫度傳感器 T及變送器4;柱塞泵入口減震器41主要保證入口水的穩定供應，防止在吸水時因抽空而形 成氣蝕，柱塞泵出口減震器42主要消除因柱塞泵5的柱塞往復運動的速度不均勻而造成的 水流量不勻，以使管路壓力脈動保持在規定的范圍內。汽水系統承擔不斷地向鍋爐供給符 合水質標準的水及輸出注入蒸汽；當鍋爐給水從軟化水入口 7依次經入口減震器41、柱塞 泵5、出口減震器42、對流段管束12、換熱管45進入輻射段管束6進行汽化后，再由位于輻 射段管束6出口處的汽水分離器29進一步將產生的蒸汽進行汽水分離，提高出口蒸汽的比 例；而在對流段管束12、換熱管45及輻射段管束6間的管路上各安裝有壓力傳感器P。所述輔助設備的燃燒系統主要包括燃燒器8、鼓風機10、燃油入口 18、燃氣入口 30、燃油電加熱器13、燃油蒸汽加熱器15、輻射段2的爐膛、輻射段2與對流段1間煙通44 ； 其中燃燒器8固定在輻射段2的前端板上，燃燒器8的前端連接鼓風機10，如圖12至圖14 所示；由流程圖2所示，燃燒器8通過兩并行管路與燃氣入口 30連通，其中的一只管路上 安裝傳感器31及兩電磁閥17，與其并行的管路上安裝有電動閥11、電磁閥17. 1及電動閥 11. 1 ；燃燒器8又依次經燃油電加熱器13及燃油蒸汽加熱器15與燃油入口 18連通，此外 在燃燒器8上安裝有壓力傳感器P，燃燒器8與燃油電加熱器13間的管路上安裝有壓力傳 感器P及控制器9. 1 ；從流程圖2中可以看出，該鍋爐既安裝了燃氣入口 30，同時還安裝了 燃油入口 18，既可以燃氣，也可以燃油，燃燒器8既可以滿足燃油的工況要求，又可以滿足 燃氣的工況要求，擴大了該鍋爐的使用性能。所述輔助設備的通風系統包括空氣壓縮機14、蒸汽霧化器23、蒸汽過濾器24，其 中空氣壓縮機14與燃燒器8連通，同時又依次經蒸汽霧化器23、蒸汽過濾器24與汽水分 離器29連通；而蒸汽過濾器24又經調節閥22與燃油蒸汽加熱器15連通；且在空氣壓縮 機14與燃燒器8間的管路上安裝有壓力傳感器P、電磁閥17. 2，空氣壓縮機14與蒸汽霧化 器23間的管路上安裝有電磁閥17. 3 ；而汽水分離器29依次連通取樣過濾器25、取樣冷卻 器26及取樣槽27。該海洋平臺熱采油注汽鍋爐的自動控制系統主要由可編程序邏輯控制器、人機界 面、鍋爐系統各管路上所安裝的被控儀表如電磁閥、電動閥、變送器、壓力傳感器、溫度傳感 器等組成。可編程序邏輯控制器也可稱為“PLC控制器”，通過相應的通訊協議與圖15所示的人機界面觸摸屏聯接，實時顯示系統當前現場被控儀表的運行狀態。可編程序邏輯控制 器的型號為SLC500，由RockWell公司提供。其工作原理如下將編制好的程序分別寫入可編程控制器及如圖15所示的人機 界面觸摸屏，由PLC控制器控制點火過程，通過采集鍋爐運行過程中溫度、壓力、流量等幾 項參數送至PLC控制器，再由PLC控制器內部編制好的程序實現對各參數的調節、控制以 達到鍋爐的穩定、高效運行，使注汽鍋爐產生符合稀釋稠油要求的蒸汽；同時能在觸摸屏上 直觀顯示系統運行的狀態、參數及報警信息，確保鍋爐運行時的安全穩定。在此過程中PLC 控制器根據安裝在鍋爐管路上的溫度傳感器、壓力傳感器及各被控儀表的相應開關信號反 饋，對控制對象做出相應的處理；而PLC控制器通過相應的通訊協議與人機界面即觸摸屏 連通，實時顯示系統當前的運行狀態。通過調整各被控儀表的相關閥門或者輔助設備的開 合進而改變鍋爐的運行指標，實現對鍋爐運行的自動控制。該海洋平臺熱采油注汽鍋爐安裝在海洋平臺上時，可以采用如圖12、圖13及圖14 所示的幾種具體實施方式
，輻射段2均采用立式結構；采用如圖12所示的第一種立式結構 時，燃燒器8固定在輻射段2的上方，水換熱器3的支架焊接在輻射段2的外壁上，將水換 熱器3固定在支架上，對流段1與輻射段2之間通過凹型煙道44連接，煙@ 43固定在對流 段1的上方，對流段1與輻射段2并排固定于作業平臺之上；采用圖13所示的第二種立式 結構時，對流段1固定在輻射段2的上方，煙囪43固定在對流段1的上方，燃燒器8固定在 輻射段2的下方，鍋爐本體形成一字形結構；采用圖14所示的第三種立式結構時，燃燒器8 固定在輻射段2的下方，輻射段2與對流段1之間通過煙道44連接，J形煙@ 43固定在對 流段1的下端。該注汽鍋爐采用上述幾種立體結構形式，且其內管束利用高強度小壁厚管材，使 得占地面積與陸地上所用的常規鍋爐相比可減少約1/3，重量可減少20%左右；同時采用 獨特的保溫層及保溫材料，使得鍋爐的熱效率、干度、安全環保等經濟技術指標均高于陸上 鍋爐現有指標，從而實現了海洋熱采油注汽鍋爐的小型高效化、控制系統自動化、排放系統 環保化的要求。
權利要求一種海洋平臺熱采油注汽鍋爐，包括鍋爐本體及輔助設備，所述的鍋爐本體主要包括輻射段(2)、對流段(1)及水換熱器(3)，所述的輔助設備主要包括汽水系統、通風系統、燃燒系統；上述的輻射段(2)主要包括爐壁(34)及內置的輻射段管束(6)，爐壁(34)是由鋼板卷制而成的圓筒形，爐壁(34)內襯保溫層，靠近保溫層排列若干輻射段管束(6)，中間形成寬敞的爐膛，爐壁(34)內壁焊接管卡(39)，輻射段管束(6)通過管卡(39)固定，輻射段的尾部有煙道(44)；所述的對流段(1)固定在輻射段(2)尾部煙道(44)上；所述的水換熱器(3)通過支架固定在輻射段(2)的外壁上；對流段(1)內固定對流段管束(12)，水換熱器(3)內固定換熱管(45)；所述的汽水系統主要包括由軟化水入口(7)、柱塞泵裝置、輻射段管束(6)、對流段管束(12)、換熱管(45)、汽水分離器(29)、注汽管(40)以及其間所連通的水汽管路組成，其中，柱塞泵裝置一端連通軟化水入口(7)，另一端依次經對流段管束(12)、換熱管(45)及輻射段管束(6)與汽水分離器(29)連通，汽水分離器(29)的另一端連通注汽管(40)；所述的燃燒系統主要包括燃燒器(8)、鼓風機(10)、燃油入口(18)、燃氣入口(30)、燃油電加熱器(13)、燃油蒸汽加熱器(15)；其中燃燒器(8)固定在輻射段(2)的前端板上，燃燒器(8)的前端連接鼓風機(10)，燃燒器(8)通過兩并行管路與燃氣入口(30)連通；燃燒器(8)又依次經燃油電加熱器(13)及燃油蒸汽加熱器(15)與燃油入口(18)連通；所述的通風系統包括空氣壓縮機(14)、蒸汽霧化器(23)、蒸汽過濾器(24)，其中空氣壓縮機(14)與燃燒器(8)連通，同時又依次經蒸汽霧化器(23)、蒸汽過濾器(24)與汽水分離器(29)連通；而蒸汽過濾器(24)又經調節閥(22)與燃油蒸汽加熱器(15)連通。
2.根據權利要求1所述的海洋平臺熱采油注汽鍋爐，其特征在于所述輻射段(2)的 爐壁(34)也可由鋼板焊接成方形。
3.根據權利要求2所述的海洋平臺熱采油注汽鍋爐，其特征在于所述的輻射段管束 (6)可采用水平上升螺旋盤管結構。
4.根據權利要求3所述的海洋平臺熱采油注汽鍋爐，其特征在于所述的輻射段管束 (6)可采用水平上升螺旋盤管柔性連接膜式水冷壁結構。
5.根據權利要求4所述的海洋平臺熱采油注汽鍋爐，其特征在于所述的爐壁(34)內 襯的保溫層結構為在爐壁(34)的內壁向內依次鋪設兩層普通纖維毯(35)、一層阻氣鋁箔 (36)及一層高純陶瓷纖維折疊塊(37)。
6.根據權利要求5所述的海洋平臺熱采油注汽鍋爐，其特征在于所述的爐壁(34)內 襯的保溫層為整體鋪設硅酸鋁棉(38)。
7.根據權利要求6所述的海洋平臺熱采油注汽鍋爐，其特征在于所述的輻射段管束 (6)、對流段管束(12)及換熱管(45)均采用高強度小壁厚管材。
8.根據權利要求7所述的海洋平臺熱采油注汽鍋爐，其特征在于所述的柱塞泵裝置 包括柱塞泵入口減震器(41)、柱塞泵(5)及柱塞泵出口減震器(42)，其中柱塞泵(5)的一 端經柱塞泵入口減震器(41)與軟化水入口(7)連通，另一端依次經柱塞泵出口減震器(42) 與對流段管束(12)連通。
9.根據權利要求8所述的海洋平臺熱采油注汽鍋爐，其特征在于所述的汽水分離器 (29)依次連通取樣過濾器(25)、取樣冷卻器(26)及取樣槽(27)。
專利摘要本實用新型涉及海上油田作業時所用的一種海洋平臺熱采油注汽鍋爐。主要解決陸地石油熱采設備因占地面積大無法適應海洋平臺需要的問題。該鍋爐主要包括鍋爐本體和輔助設備兩大部分，本體主要包括輻射段、對流段及水換熱器，其中輻射段采用立體式結構；輔助設備主要包括汽水系統、通風系統、燃燒系統及自動控制系統。該鍋爐本體的各部分采用立式組裝，其內的各水路管束均采用立式結構布置，且使用高強度小壁厚管材，使得占地面積與陸地上所用的常規鍋爐相比可減少約1/3，重量可減少20％左右；同時采用獨特的保溫層安裝及保溫材料，使得鍋爐的熱效率、干度、安全環保等經濟技術指標均高于陸上鍋爐現有指標，通過與自動控制系統結合，使得該鍋爐滿足海洋熱采鍋爐小型高效的要求。
文檔編號F22B31/08GK201753914SQ20102052602
公開日2011年3月2日 申請日期2010年9月13日 優先權日2010年9月13日
發明者任為, 侯君, 吳永寧, 周英, 李慧, 李曉慧, 楊帆, 林洪義, 柳盛森, 王列, 穆名, 裴明東, 趙晶晶, 趙艷春, 鄧曉友, 陳季 申請人:遼河石油勘探局總機械廠