頁巖氣加熱爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種頁巖氣加熱爐，包括加熱爐爐體和爐內火筒，爐體的水平一端為燃料氣進口端，另一端為頁巖氣管道接口端；爐體內腔下半部設置封閉的燃燒火筒，火筒外部的爐體內腔為充水空間；火筒一端連接燃燒裝置，另一端連通反向延伸的煙管，煙管依次與煙箱、煙囪連接；燃燒氣進口端處，火筒的外側設置燃燒裝置，燃燒氣源進口管道與燃燒裝置點火端連通；采用了臥式內燃兩回程的燃燒結構，燃料氣沿火筒順向加熱，又反向沿煙管回流，加熱效果好，熱效率高，同時使得煙管和火筒布局緊湊、爐體體積變小；爐內筒體采用直火筒和波形火筒相結合的強化傳熱結構。
【專利說明】頁巖氣加熱爐
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油工程【技術領域】，特別涉及一種頁巖氣開發中油氣集輸工藝采用的加熱爐。
【背景技術】
[0002]頁巖氣是指賦存于富有機質泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態為主要存在方式的非常規天然氣。
[0003]水套加熱爐是油氣田勘探開發中的重要設備之一，由于油氣物性參數的不同以及油氣集輸工藝流程的需要，所采用的加熱方式和設備也不完全一樣，因此，所用的加熱爐很難形成定型標準的產品。目前在市場上開發的類似產品有天然氣加熱爐、分體式加熱爐和真空相變加熱爐等產品，雖然在很大程度上也滿足了用戶的需求，但是，在加熱爐的結構、熱能利用的效率等方面尚還有改進或提高之處。而對于以吸附或游離狀態為主要存在方式的非常規頁巖氣，則還沒有一種針對其專用的加熱爐。傳統加熱爐適用于該領域時，又無法滿足加熱需求。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是:克服現有加熱爐無法應用于目前率先開發的頁巖氣生產過程，提供一種頁巖氣加熱爐，能夠較好適應頁巖氣生產，同時具有體積小、結構緊湊、熱效率高、金屬耗量少的優點。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案:
[0006]一種頁巖氣加熱爐，包括加熱爐爐體和爐內火筒，其特征在于:爐體的水平一端為燃料氣進口端，另一端為頁巖氣管道接口端；爐體內腔下半部設置封閉的燃燒火筒，火筒外部的爐體內腔為充水空間；
[0007]火筒一端連接燃燒裝置，另一端連通反向延伸的煙管，煙管依次與煙箱、煙囪連接;
[0008]燃燒氣進口端處，火筒的外側設置燃燒裝置，燃燒裝置與煙箱連通，燃燒氣源進口管道與燃燒裝置點火端連通；
[0009]頁巖氣管道接口端，爐體的另一端通過爐體法蘭封閉，頁巖氣進入管道穿過法蘭后伸入進入爐體上半部的內腔中形成換熱盤管；在燃燒筒體的頂部沿筒體中心線方向換熱盤管的下方設置水平滑軌，管板設置在滑軌上且能夠沿滑軌滑動，換熱盤管穿過管板并由管板支撐；換熱盤管兩端分別連通相應的頁巖氣進口和頁巖氣出口。
[0010]上述技術方案中，所述的火筒包括直火筒和波形火筒，所述波形火筒沿水平方向間隔設置在直火筒之間；波形火筒為母線呈波浪線狀延伸的圓筒體。
[0011]上述技術方案中，火筒的另一端設置水平伸出爐體外部的看火裝置。
[0012]上述技術方案中，火筒底部由火筒托架弧板支撐托起，火筒托架弧板通過間隔設置的托架支撐沿徑向支撐在爐體內。[0013]上述技術方案中，煙管采用螺旋槽煙管。
[0014]上述技術方案中，煙管置于火筒的前后側，且前后側煙管均位于爐體內腔下半部分。
[0015]上述技術方案中，煙管由煙管管板支撐，煙管管板支撐于火筒和爐體之間。
[0016]上述技術方案中，所述煙箱設置能夠開閉的清灰門。
[0017]上述技術方案中，爐體頂部設置人孔、膨脹水箱、補水口，爐體下部設置排污口 ；爐體壁設置保溫防護層。
[0018]上述技術方案中，燃燒裝置采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統；還設置自動補水控制器、自動調節負荷控制器、熄火保護控制器、遠程緊急關斷控制器，各控制器均與相應儀表系統連接。
[0019]上述技術方案中，頁巖氣換熱盤管為承壓達42MPa的無縫鋼管。
[0020]上述技術方案中，為了集成吊裝和運輸，爐體通過底部水平兩端的鞍式支座與撬座設為一體。
[0021]本實用新型所述加熱爐的工作原理如下:從井口來的頁巖氣由頁巖氣進入管道進入換熱盤管中，頁巖氣管道在充水空間內的水浴加熱作用下與煙管換熱從而將頁巖氣加熱；加熱后的頁巖氣回程繼續換熱，并最后通過頁巖氣輸出管道輸出；
[0022]燃料氣進入燃燒裝置點火燃燒，燃燒后煙氣沿火筒及煙管傳熱到爐體充水空間的水，將水加熱到一定的溫度，加熱后的水再將熱量傳遞給換熱盤管內的頁巖氣；之后，煙氣逆向到達煙箱，經煙箱匯集后由煙?排放。
[0023]相對于現有技術，本實用新型的有益效果如下:
[0024]I)采用了特有的臥式內燃兩回程的燃燒結構，強化傳熱技術；燃料氣沿火筒順向加熱，又反向沿煙管回流，加熱效果好，熱效率高；同時使得煙管和火筒布局緊湊、爐體體積變小。
[0025]2)爐內筒體采用直火筒和波形火筒相結合的強化傳熱結構，使得加熱效果好，熱效率高，同時保證了火筒的熱膨脹和強度要求。
[0026]3)煙管設置在爐內燃燒筒體兩側，且煙管表面設置螺旋槽強化傳熱技術。。
[0027]4)頁巖氣換熱盤管承壓能力高:可滿足壓力高達42MPa頁巖氣的要求。
[0028]5)整體撬塊化:爐體、燃燒器、梯子平臺、煙囪、爐后配管等集成撬裝于一體；結構緊湊，安裝簡便。
[0029]6)便于維修的裝卸式結構:對于需要維修的關鍵部件采用裝卸結構，如爐體殼體后部采用法蘭連接，便于整個換熱盤管的拆卸維修或更換；煙箱門可以開閉，便于清灰。
[0030]7)自動化與無人值守:采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統，可使加熱爐在無電情況下運行，適用性強；具有自動補水，自動調節負荷、自動燃燒調節、熄火保護、遠程緊急關斷等功能，可實現無人值守功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]以下結合附圖和各實施例對本實用新型作進一步說明:
[0032]圖1為根據本實用新型的整體結構示意圖；
[0033]圖2為圖1的俯視圖；[0034]圖3為圖1的A向視圖；
[0035]圖4為爐體部分的主視圖；
[0036]圖5為圖4的俯視圖；
[0037]圖6為圖4的A-A截面視圖；
[0038]圖7為圖4的A向視圖。
[0039]圖中各標記對應如下:1_燃燒裝置；2-煙箱；3_儀表系統；4-煙囪；5-梯子；6-保溫防護層；7_爐體；7-1_鞍式支座；7-4-火筒；7-6_換熱盤管；7-16_滑軌；7_17_管板；7-24-后封頭；；7-26-頁巖氣進出管法蘭；7-31-排污口 ；7_33_直火筒；7_34_煙管管板；7-36-波形火筒；7-44-火筒托架弧板；7-45_托架支撐；8-看火裝置；9_撬座；10-盤管閥組；11_人孔；12-排氣放空口 ； 13-補水口 ； 14-燃料氣進口管道；15-爐體法蘭；16_—級頁巖氣出口 ；16.1-—級頁巖氣進口 ；17_ 二級頁巖氣出口 ；17.1-二級頁巖氣進口 ；18_膨脹水箱；19-煙管；20-充水空間。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖和實例對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0041]根據本實用新型研制的頁巖氣加熱爐，包括加熱爐爐體7和爐內燃燒筒體7-4，其特征在于:爐體7的水平一端為燃料氣進口端，另一端為巖氣管道接口端；爐體7內腔下半部設置封閉的燃燒火筒7-4，火筒7-4外部的爐體內腔為充水空間20 ；
[0042]燃燒氣進口端處，燃燒筒體7-4的外側設置燃燒裝置1，燃燒裝置I與與煙箱2連通，燃燒氣源進口管道14與燃燒裝置I點火端連通；火筒7-4 —端連接燃燒裝置1，另一端連通反向延伸的煙管19，煙管19依次與煙箱2、煙囪4連接；
[0043]在巖氣管道接口端，加熱爐爐體7的另一端通過爐體法蘭15封閉，爐體法蘭15外設置頁巖氣盤管閥組10 ;其中，頁巖氣進入管道從頁巖氣進口(一級頁巖氣進口 16.1，二級頁巖氣進管17.1)穿過爐體法蘭15后伸入爐體7上半部的內腔中形成換熱盤管7-6 ;在火筒7-4的頂部沿筒體中心線方向設置水平滑軌7-16，管板7-17設置在滑軌7_16上并能沿滑軌7-16滑動，換熱盤管7-6穿過管板7-17并由管板7_17支撐；換熱盤管7_6兩端分別連通相應的頁巖氣進口(一級頁巖氣進口 16.1, 二級頁巖氣進管17.1)和頁巖氣出口(一級頁巖氣出口 16，二級頁巖氣出口 17)。
[0044]在圖4-7優化的方案中，更進一步的在爐體法蘭15外側設置后封蓋7-24，保證法蘭連接部分的干凈無污染。
[0045]上述技術方案中，所述的火筒7-4包括直火筒7-33和波形火筒7_36，所述波形火筒7-36沿水平方向間隔設置在直火筒7-33之間；波形火筒7-36為母線呈波浪線狀延伸的圓筒體。
[0046]火筒7-4另一端設置水平伸出的看火裝置8，看火裝置8的末端伸出爐體外并設置透明看火窗。
[0047]上述技術方案中，煙管19采用表面設置螺旋槽煙管，即煙管表面設置螺旋槽。
[0048]上述技術方案中，煙管19置于火筒7-4燃燒筒體7-4的前后側，且前后側煙管19均位于爐體7內腔下半部分。煙管19由煙管管板7-34支撐，煙管管板支撐于火筒和爐體之間。[0049]上述技術方案中，火筒7-4底部由火筒托架弧板7-44支撐托起，火筒托架弧板7-44通過間隔設置的托架支撐7-45沿徑向支撐在爐體7內。
[0050]上述技術方案中，所述煙箱2設置能夠拆卸的煙箱門，保證能夠清灰。
[0051]上述技術方案中，爐體7頂部設置人孔11、膨脹水箱18、補水口 13，儀表系統3 ;爐體下部設置排污口 7-31 ;爐體外壁設置保溫防護層6。膨脹水箱18與爐內充水空間20連通，膨脹水箱18上設置排氣放空口 12，在爐內沖水空間的水受熱膨脹壓力增大時，由排氣放空口 12釋放壓力。
[0052]上述技術方案中，頁巖氣換熱盤管7-6為承壓能夠達到42MPa的無縫鋼管。
[0053]上述技術方案中，燃燒裝置I采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統；還設置自動補水控制器、自動調節負荷控制器、自動燃燒調節控制器、熄火保護控制器、遠程緊急關斷控制器，各控制器均與相應儀表連接。
[0054]上述技術方案中，爐體7設置于撬座9之上且和撬座9設為一體；進一步的，爐體7通過底部水平兩端的鞍式支座7-1與撬座9設為一體。
[0055]本實用新型的工作原理如下:工作時，燃料氣從燃燒氣進口管道14順序進入燃燒裝置I點火燃燒，燃燒后煙氣沿火筒7-4蔓延充滿火筒7-4，火筒7-4內的煙氣沿煙管19反向流動并與爐內充水空間20的中間介質水進行換熱，熱水再與換熱盤管7-6中頁巖氣換熱；之后，煙氣到達煙箱2，經煙箱2匯集后由煙囪4排放；
[0056]頁巖氣由頁巖氣進入管道進入換熱盤管7-6中，并在換熱盤管7-6中先向爐體一端蔓延后再折返回另一端，各往返雙程的換熱盤管7-6在充水空間20內的水浴加熱換熱；加熱后的頁巖氣通過頁巖氣出口(一級頁巖氣出口 16, 二級頁巖氣出口 17)輸出。
[0057]與現有技術相比，本實用新型的有益效果如下:
[0058]I)采用了特有的臥式內燃兩回程的燃燒結構、強化傳熱技術；燃料氣沿火筒順向加熱，又反向沿煙管回流，加熱效果好，熱效率高；同時使得煙管和火筒布局緊湊、爐體體積變小。
[0059]2)爐內火筒采用平直火筒和波形火筒相結合的強化傳熱結構，使得加熱效果好，熱效率高，同時保證了筒體的熱膨脹和強度要求。
[0060]3)煙管設置在火筒筒體兩側，且煙管表面設置螺旋槽強化傳熱技術；有利于煙管加熱水體。
[0061]4)頁巖氣換熱盤管承壓能力高:可滿足壓力高達42MPa頁巖氣的加熱要求。
[0062]5)整體撬塊化:爐體、燃燒器、梯子平臺、煙囪、爐后配管等集成撬裝于一體；結構緊湊，安裝簡便。
[0063]6)便于維修的裝卸式結構:對于需要維修的關鍵部位采用裝卸結構，如爐體殼體后部采用法蘭連接，便于整個換熱盤管的拆卸維修或更換；煙箱門可以開閉，便于清灰。
[0064]7)自動化與無人值守:采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統，可使加熱爐在無電情況下運行，適用性強；具有自動補水，自動調節負荷、自動燃燒調節、熄火保護、遠程緊急關斷等功能，可實現無人值守功能。
[0065]本實用新型嚴格按照SY0031-2004《石油工業用加熱爐安全規定》及SY/T5262-2009《火筒式加熱爐技術條件》進行設計、制造和檢驗。
【權利要求】
1.一種頁巖氣加熱爐，包括加熱爐爐體和爐內火筒，其特征在于:爐體的水平一端為燃料氣進口端，另一端為頁巖氣管道接口端；爐體內腔下半部設置封閉的燃燒火筒，火筒外部的爐體內腔為充水空間； 火筒一端連接燃燒裝置，另一端連通反向延伸的煙管，煙管依次與煙箱、煙囪連接； 燃燒氣進口端處，火筒的外側設置燃燒裝置，燃料氣進口管道與燃燒裝置點火端連通； 頁巖氣管道接口端，爐體的另一端通過爐體法蘭封閉，爐體法蘭外為盤管閥組；其中，頁巖氣進入管道由頁巖氣進口穿過法蘭后伸入爐體上半部的內腔中形成換熱盤管，換熱盤管兩端分別連通相應的頁巖氣進口和頁巖氣出口 ；沿筒體中心線方向，火筒內換熱盤管的下方設置水平滑軌，管板位于滑軌上，換熱盤管穿過管板并由管板支撐固定，管板能夠帶動換熱盤管沿滑軌滑動。
2.根據權利要求1所述的頁巖氣加熱爐，其特征在于:所述的火筒包括直火筒和波形火筒，所述波形火筒沿水平方向間隔設置在直火筒之間；波形火筒為母線呈波浪線狀延伸的圓筒體。
3.根據權利要求1或2所述的頁巖氣加熱爐，其特征在于:火筒的另一端設置水平伸出爐體外部的看火裝置。
4.根據權利要求3所述的頁巖氣加熱爐，其特征在于:火筒底部由火筒托架弧板支撐托起，火筒托架弧板通過間隔設置的托架支撐沿徑向支撐在爐體內。
5.根據權利要求1或2或4所述的頁巖氣加熱爐，其特征在于:煙管采用螺旋槽煙管。
6.根據權利要求5所述的頁巖氣加熱爐，其特征在于:煙管置于火筒的前后側，且前后側煙管均位于爐體內腔下半部分。
7.根據權利要求1或2或4或6所述的頁巖氣加熱爐，其特征在于:煙管由煙管管板支撐，煙管管板支撐于火筒和爐體之間。
8.根據權利要求7所述的頁巖氣加熱爐，其特征在于:所述煙箱設置能夠開閉的清灰門。
9.根據權利要求1或2或4或6或8所述的頁巖氣加熱爐，其特征在于:爐體頂部設置人孔、膨脹水箱、補水口，爐體下部設置排污口 ；爐體壁設置保溫防護層。
10.根據權利要求9所述的頁巖氣加熱爐，其特征在于:燃燒裝置采用負壓燃燒的全自動燃燒器及控制系統；還設置自動補水控制器、自動調節負荷控制器、熄火保護控制器、遠程緊急關斷控制器，各控制器均與相應儀表系統連接。
【文檔編號】F24H3/08GK203731677SQ201420105558
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】楊勝峻, 劉天義, 趙明, 文海力, 黃丹青 申請人:中石化江漢石油工程設計有限公司