專利名稱：補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種油田采油設備，特別是涉及一種補燃式超臨界壓力注汽發生器 (又稱為復合熱載體發生器)燃燒室的預燃噴注器裝置。
背景技術：
注汽發生器已在國內大慶、遼河、勝利、新疆等各大油田進行了多年應用，并取得了一定的增油效果。但隨著油田開發不斷進展，油藏條件日趨復雜，原油增產難度變得越來越大，與之相應，國內外油田對油田設備及配套工藝技術的要求也在不斷提高。目前，注汽發生器的使用范圍已從過去的淺層和高滲透油藏轉向更具普遍性的、儲量更大的中深層和深層中低滲透主力油藏，由于此類油藏具有油層深、含水量高、粘度大及滲透率低等特點， 現有普通復合熱載體發生器已無法滿足當前油田的生產需要。此外，由于國際柴油價格不斷攀升，燃柴油注汽發生器的運行成本越來越高，采用新的燃料替代柴油也已勢在必行。現有資料顯示，如用油田伴生氣或天然氣作為燃料替代柴油，注汽發生器的運行成本將降低 2/3或更低。具體而言，如單臺設備流量按1000米7小時來計算，每日每臺發生器可節約燃料費用1萬元以上，年節約運行成本超過300萬元。因此，突破現有燃燒方式，進一步節能降耗，研制更大流量、更高壓力、更長使用壽命的超臨界壓力注汽發生器已成當務之急。在以往設計中，注汽發生器燃燒室大多采用擴散式燃燒方式，所有空氣和燃料均從燃燒室頂部一次性注入并參與燃燒。但隨著設備向油層注入壓力不斷升高，其燃燒壓力不斷增大，火焰前鋒將會逐漸向燃燒室頂部靠近，并因此出現燃燒室頂部燒損、燃料噴嘴燒裂、火花塞頭部燒熔等現象，而且，燃燒壓力越高，工作時間越長，上述現象越嚴重。在已公開的專利98203951. 4《旋渦式噴嘴的復合熱載體發生器》、02231765. 1《燃氣蒸汽發生器》、200510022594. 7《亞臨界復合熱載體發生器的高溫高壓燃燒系統》中，采用了增設旋風器結構形成貧氧燃燒，降低燃燒室頂部附近的燃燒溫度的方案解決上述問題。 然而根據現場試驗，上述方案雖然解決了原設計工況中燃燒室頂部的燒損或毀壞問題，但當發生器注入壓力增高，流量加大并長期連續工作后，旋風器和燃燒室頂部仍然出現較嚴重的燒損或毀壞，并由此引發火焰偏心、內襯燒損等后果，影響設備正常運行。也有如專利200420054883. 6《多功能高壓高效燃燒器》、200710023550. 5《用于石油熱采注氣機的高壓混合氣發生裝置》等技術，其燃燒室頂部設置有水冷卻環槽或螺旋水道，火焰接觸面采用非金屬耐火材料或普通金屬材料，燃燒室內襯使用非金屬耐火材料并外設螺旋形水道。但因其燃燒室頂部冷卻水用于冷卻后均被重新引至外部，再通過外管線連接到其水冷卻套進口或燃燒段調溫器入口，沒有形成水的連續流動再生冷卻通道，同時， 非金屬耐火材料部件在溫度突變和高溫燃氣沖刷條件下極易產生爆裂、剝蝕，特別是沒有改變發生器工作過程中所有空氣和燃料均從燃燒室頂部一次性注入并參與燃燒這一燃燒方式，因此，上述方案雖然取得了一定的冷卻節能效果，但都沒有從根本上解決高壓力、大流量條件下，燃燒室頂部燒損、燃料噴嘴燒裂、火花塞頭部燒熔、內襯燒損或毀壞等系列問題。
綜上可見，受油田開發不斷深入及開發介質狀態改變等諸多因素影響，現有注汽發生器工作性能必須得到調整和改進，特別是其燃燒室頂部的設計必須進行實質性的突破。
發明內容
本發明的目的在于提供一種補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器，通過其結構設計，改變現有發生器的燃燒方式，降低燃燒室頂部的燃氣溫度和輻射強度，增強燃燒室頂部的冷卻效果，從而在各種工作狀態下保護燃燒室頂部結構，從根本上避免預燃室頂部燒損及毀壞現象產生。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器，包括有預燃噴注器殼體、火花塞、空氣接嘴、燃料接嘴組件、壓緊螺母、外套螺母及水接嘴，所述空氣接嘴、燃料接嘴組件、水接嘴分別輸入高壓空氣、氣相或液相燃料、冷卻水；空氣接嘴和燃料接嘴組件套裝固緊后構成環形空氣主通道；其發生器燃燒分為預燃燃燒及補燃燃燒兩個部分。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器，其燃料接嘴組件上設置有燃料主噴嘴、空氣噴嘴，且燃料主噴嘴和空氣噴嘴設計成“Y”形交叉方式。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器，其預燃噴注器殼體上設有進水通道、水冷卻室、出水通道；水冷卻室采用兩種材料焊接而成，即靠火焰側用高溫耐熱合金，另一側用不銹鋼；冷卻水連續通過進水通道進入水冷卻室，對預燃噴注器受熱面實施再生冷卻，再經由出水通道流出，通過水冷卻套入口通道進入預燃室水冷卻套，對預燃室實施冗余冷卻。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器，其預燃噴注器殼體內部還設置有空氣分配通道，所供空氣分為兩路，即一路直接噴入預燃室與燃料摻混燃燒，另一路輸入預燃室空氣冷卻套呈氣膜冷卻，并攜帶走部分熱量。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器，其預燃噴注器殼體與預燃室連接一端設計成球形，與采用內錐形端面的預燃室殼體連接壓緊后直接密封。所述的補燃式超臨界壓力燃氣液兩相燃料注汽發生器燃燒室預燃噴注器，其預燃噴注器殼體設置有水冷卻套密封槽、空氣冷卻套密封槽，與位于其后部的空氣冷卻套、水冷卻套插接后，采用橡膠“0”形圈密封。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器，其燃料接嘴組件從靠近火焰的高溫端插入預燃噴注器殼體中心孔，與從遠離火焰的冷端通過螺紋擰入預燃噴注器殼體的空氣接嘴套裝；空氣接嘴與預燃噴注器殼體之間采用“0”形圈密封；其燃料接嘴組件通過壓緊螺母壓緊，再用外套螺母固緊防松；其燃料接嘴組件的高溫端通過臺階式端面內側與預燃噴注器殼體的內孔端面壓緊自行密封，冷端采用“0”形圈密封。本發明的優點與效果是
1、本發明改變了現有發生器的燃燒方式，將原來集中在燃燒室頂部的一次性燃燒分成了預燃燃燒和補燃燃燒兩個部分，并且，其預燃燃燒采用了貧油燃燒方案，從而大幅度降低了燃燒室的局部燃氣溫度及輻射強度，從源頭上有效保護了燃燒室頂部的結構，并避免了其燒損及毀壞現象的產生。
2、本發明在其受熱面易出現燒損或毀壞的重點部位內設置了可進行連續冷卻的內循環再生冷卻水冷卻室，并配置了相應的進水通道和出水通道，設計巧妙，結構緊湊，可有效冷卻燃燒室頂部結構，防止出現燒損或毀壞現象，同時具有較好節能效果。3、本發明內部設置有空氣分配通道，除將所供空氣分別輸入預燃室及其空氣冷卻套用于燃燒和氣膜冷卻外，還在此過程中攜帶走部分熱量，進一步增強了冷卻效果；
4、本發明燃料噴嘴組件的靠近火焰側采用了臺階式端面密封，解決了原有發生器的空氣泄漏、燃氣回流和火焰偏心燃燒等問題，保證了預燃室內空氣和燃料的摻混質量，有效控制了發生器燃燒的穩定性，進一步避免了預燃室頂部的燒損或毀壞。5、本發明采用鑲嵌式結構，其受熱面選用高溫耐熱合金制造，加工裝配方便，可維修性好，可靠性高。
圖1為本發明的縱向剖視圖； 圖2為本發明的左視圖3為本發明的A-A剖視圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明進行詳細說明。補燃式超臨界壓力燃氣液兩相燃料注汽發生器燃燒室預燃噴注器，如圖所示包括有預燃噴注器殼體1、火花塞2、空氣接嘴3、燃料接嘴組件4、壓緊螺母5、外套螺母6及水接嘴7。其中，預燃噴注器殼體1通過其上的螺紋法蘭、雙頭螺柱及螺母、水冷卻套密封槽 9、空氣冷卻套密封槽10及相應橡膠“0”形圈與位于其后部的空氣冷卻套、水冷卻套、預燃室殼體密封連接；空氣接嘴3、燃料接嘴組件4、水接嘴7分別用于輸入高壓空氣、氣相(如天然氣、油田伴生氣等)或液相(如液化烴、柴油等)燃料、冷卻水；燃料接嘴組件4上設置有燃料主噴嘴12、空氣噴嘴13，且燃料主噴嘴12和空氣噴嘴13設計成“Y”形交叉方式，以便正常工作時在其交匯處形成沖擊、碰撞，促進摻混霧化并改善燃燒效果；裝配過程中，燃料接嘴組件4從靠近火焰的高溫端插入預燃噴注器殼體1中心孔，與從遠離火焰的冷端通過螺紋和“0”形圈同預燃噴注器殼體1連接密封的空氣接嘴3套裝，通過壓緊螺母5壓緊，再用外套螺母6固緊防松，且其高溫端通過臺階式端面內側與預燃噴注器殼體1的內孔端面壓緊自行密封，其冷端采用“0”形圈密封，正常工作時，預燃燃燒所需燃料經由燃料接嘴組件 4上的燃料主噴嘴12噴入預燃室；空氣接嘴3和燃料接嘴組件4套裝固緊后形成的環形空腔為空氣主通道，燃燒所需全部空氣壓入主通道后分為兩部分，一部分經由空氣噴嘴13直接噴入預燃室與燃料摻混燃燒，其余部分經由空氣分配通道11進入預燃室空氣冷卻套， 通過預燃室多孔內襯進入預燃室形成空氣膜，用以隔絕燃氣以冷卻內襯；水接嘴7通過螺紋與預燃噴注器殼體1連接，預燃噴注器殼體1上設有進水通道14、水冷卻室15、出水通道 16，工作過程中，冷卻水連續通過進水通道14進入水冷卻室15，對預燃噴注器受熱面實施再生冷卻后，再經出水通道16流出，并通過水冷卻套入口通道8直接進入預燃室水冷卻套， 對預燃室實施冗余冷卻，并且，為提高其使用壽命，預燃噴注器的受熱端面選用高溫耐熱合金材料制造；火花塞2通過螺紋連接在預燃噴注器殼體1上，并采用紫銅墊和“0”形圈雙重密封，用于發生器的起動點火。
權利要求
1.補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器，包括有預燃噴注器殼體、火花塞、空氣接嘴、燃料接嘴組件、壓緊螺母、外套螺母及水接嘴，其特征在于，所述空氣接嘴(3)、燃料接嘴組件(4)、水接嘴(7)分別輸入高壓空氣、氣相或液相燃料、冷卻水；空氣接嘴3和燃料接嘴組件(4)套裝固緊后構成環形空氣主通道；其發生器燃燒分為預燃燃燒及補燃燃燒兩個部分。
2.根據權利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器， 其特征在于，其燃料接嘴組件(4)上設置有燃料主噴嘴(12)、空氣噴嘴(13)，且燃料主噴嘴 (12)和空氣噴嘴(13)設計成“Y”形交叉方式。
3.根據權利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器， 其特征在于，其預燃噴注器殼體(1)上設有進水通道(14)、水冷卻室(15)、出水通道(16); 水冷卻室(15)采用兩種材料焊接而成，S卩靠火焰側用高溫耐熱合金，另一側用不銹鋼；冷卻水連續通過進水通道(14)進入水冷卻室(15)，對預燃噴注器受熱面實施再生冷卻，再經由出水通道(16)流出，通過水冷卻套入口通道(8)進入預燃室水冷卻套，對預燃室實施冗余冷卻。
4.根據權利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器， 其特征在于，其預燃噴注器殼體(1)內部還設置有空氣分配通道，所供空氣分為兩路，即 一路直接噴入預燃室與燃料摻混燃燒，另一路經由空氣分配通道11輸入預燃室空氣冷卻套呈氣膜冷卻，并攜帶走部分熱量。
5.根據權利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器， 其特征在于，其預燃噴注器殼體(1)與預燃室連接一端設計成球形，與采用內錐形端面的預燃室殼體連接壓緊后直接密封。
6.根據權利要求1所述的補燃式超臨界壓力燃氣液兩相燃料注汽發生器燃燒室預燃噴注器，其特征在于，其預燃噴注器殼體(1)設置有水冷卻套密封槽(9)、空氣冷卻套密封槽(10)，與位于其后部的空氣冷卻套、水冷卻套插接后，采用橡膠“0”形圈密封。
7.根據權利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器， 其特征在于，其燃料接嘴組件(4)從靠近火焰的高溫端插入預燃噴注器殼體(1)中心孔，與從遠離火焰的冷端通過螺紋擰入預燃噴注器殼體(1)的空氣接嘴(3)套裝；空氣接嘴(3) 與預燃噴注器殼體(1)之間采用” 0”形圈密封；其燃料接嘴組件(4)通過壓緊螺母(5)壓緊，再用外套螺母(6)固緊防松；其燃料接嘴組件(4)的高溫端通過臺階式端面內側與預燃噴注器殼體(1)的內孔端面壓緊自行密封，冷端采用“0”形圈密封。
全文摘要
補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發生器燃燒室預燃噴注器，涉及一種油田采油設備，包括有預燃噴注器殼體、火花塞、空氣接嘴、燃料接嘴組件、壓緊螺母、外套螺母及水接嘴，其中，空氣接嘴、燃料接嘴組件、水接嘴分別用于輸入高壓空氣、氣相或液相燃料、冷卻水；其燃料接嘴組件上設置有燃料主噴嘴、空氣噴嘴，且燃料主噴嘴和空氣噴嘴設計成“Y”形交叉方式，以便正常工作時在其交匯處形成沖擊、碰撞，促進摻混霧化并改善燃燒效果。本發明內部設置有水冷卻通道及空氣分配通道，并且，為提高其使用壽命，預燃噴注器的受熱端面選用高溫耐熱合金材料制造，從而在各種工作狀態下都保護了頂部結構，避免了燒損及毀壞現象產生。
文檔編號E21B43/243GK102251764SQ20111020158
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者關兵, 劉殿璽 申請人:關兵, 劉殿璽, 廉桂南