一種油頁巖地下原位轉化用真空螺旋管式氮氣加熱器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種油頁巖地下原位轉化用加熱裝置，特別涉及一種油頁巖地下原位轉化用真空螺旋管式氮氣加熱器。
【背景技術】
[0002]油頁巖干餾分為地上干餾和地下干餾兩種，地上干餾技術由于工藝本身缺陷的問題，具有很多難以避免的缺點，例如:利用率低、高污染、規模小、成本高、干餾爐產生的廢渣數量極大，占用大量土地面積，不易回收利用等。地下干餾也稱為原位開采，是指埋藏于地下的油頁巖不經開采，直接在地下設法加熱干餾，產出的油氣被導出到地面，冷凝獲得頁巖油及不凝氣。
[0003]原位開采技術按照油頁巖層受熱方式的不同，可分為傳導加熱、對流加熱、輻射加熱三類技術，目前，廣泛采用傳導加熱方式加熱頁巖層，主要有殼牌石油公司的地下轉化工藝技術(ICP)、美孚石油公司的Electrof racTM技術和IEP公司的GFC技術。
[0004]ICP技術，電加熱工藝復雜，故障多且難排除；加熱元件功率小，耗電多，波及面積小，成本高，美孚石油公司的Electrof racTM技術，排污差，容易造成水污染，IEP公司的GFC技術，設備結構復雜，環境要求高，使用不廣泛。
[0005]太原理工大學的對流加熱技術，需要大量的水，對環境破壞作用很大。
[0006]采取輻射加熱方式的技術主要是LLNL射頻技術，加熱速度緩慢。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是要解決上述現有原位開采技術對油頁巖加熱高能耗、效率低、加熱工藝復雜、加熱設備結構復雜、設備昂貴等問題，而提供一種油頁巖地下原位轉化用真空螺旋管式氮氣加熱器。
[0008]本發明是由燃燒換熱系統、真空保溫系統、監測與控制系統和加熱器箱體組成，燃燒換熱系統固定設置在加熱器箱體內，真空保溫系統固定設置在加熱器箱體的外壁與內壁之間，監測與控制系統固定設置在加熱器箱體上；
燃燒換熱系統包括燃燒設備和螺旋管組成，螺旋管繞設在燃燒設備的空氣套管外部，燃燒設備包括燃氣管、空氣套管、導氣煙氣組合件、點火器、燃燒器噴嘴、煙室、第一單向閥和第二單向閥，燃氣管固定設置在空氣套管內，空氣套管固定設置在導氣煙氣組合件上，第一單向閥固定設置在燃氣管底端，第二單向閥固定設置在加熱器箱體底端，點火器固定設置在燃燒器噴嘴頂部，擾流擋板固定設置在螺旋管內；
真空保溫系統包括真空閥芯、螺釘、真空室和溫度補償器，真空閥芯、螺釘、真空室和溫度補償器固定設置在加熱器箱體的外壁與內壁之間；
監測與控制系統包括監測系統和控制閥系統，監測系統包括溫度計導線接口、測溫支架、火焰探測器、空燃比傳感器和數個第一壓力表，溫度計導線接口固定設置在螺旋管頂部、測溫支架固定設置在大悶蓋上，火焰探測器和空燃比傳感器固定設置在風門板上，數個第一壓力表固定設置在控制柜內；
控制閥系統包括燃氣管控制閥和空氣管控制閥，燃氣管控制閥固定設置在燃氣管管口處，空氣管控制閥固定設置在空氣套管管口處，燃氣控制閥包具有第一通氣球閥、第一止回閥、第一調壓閥、第一壓力開關、第一電磁閥和第一流量調節閥，空氣管控制閥包括第二通氣球閥、第二止回閥、第二調壓閥、第二壓力開關、第二電磁閥、第二流量調節閥和燃嘴閥。
[0009]加熱器箱體具有大悶蓋和風門板。
[0010]本發明的工作原理和過程:
本發明工作時，開啟燃氣輸送泵與空氣壓縮機，驅動空燃比傳感器，通過燃氣進氣口 b和空氣進氣口 C通入燃氣和空氣，燃氣和空氣在煙室內以一定比例混合，當煙室內燃氣和空氣的量達到要求后，驅動點火器和火焰探測器，在煙室中點燃燃氣和空氣的混合物，燃燒后氣體通過排煙出口 a排出，空燃比傳感器和火焰傳感器實時檢測燃燒程度，可以實時控制供氣量及燃氣和空氣的配比，氮氣通過氮氣進氣口 e進入螺旋管內，燃氣和空氣燃燒產生的高溫煙氣將熱量將以熱對流方式傳遞給通過螺旋管的氮氣，將氮氣的溫度及其變化通過導線經溫度計導線接口傳至地面，當氮氣出口溫度達到500 °C以后，通過監測與控制系統，調節燃氣和空氣的送入流量，使氮氣出口溫度穩定在450 0C -500 °C，通過地面監測與控制系統，可以實時監測燃氣管、空氣套管內的壓力值，產生的高溫氮氣通過氮氣排出口 d在井底對油頁巖層進行原位開采。
[0011]本發明的有益效果:
本發明成本低，對環境污染小，資源利用效率高且廢棄物少，工作效率高，降低了開采過程中的熱量損失，采油率高，占地面積少，可開發深層、高厚度的油頁巖資源。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的剖視圖。
[0013]圖2是本發明的控制系統原理圖。
【具體實施方式】
[0014]請參閱圖1所示，本發明是由燃燒換熱系統1、真空保溫系統2、監測與控制系統3和加熱器箱體4組成，燃燒換熱系統I固定設置在加熱器箱體4內，真空保溫系統2固定設置在加熱器箱體4的外壁與內壁之間，監測與控制系統3固定設置在加熱器箱體4上；
燃燒換熱系統I包括燃燒設備11和螺旋管12組成，螺旋管12繞設在燃燒設備11的空氣套管112外部，燃燒設備11包括燃氣管111、空氣套管112、導氣煙氣組合件113、點火器114、燃燒器噴嘴115、煙室116、第一單向閥117和第二單向閥118，燃氣管111固定設置在空氣套管112內，空氣套管112固定設置在導氣煙氣組合件113上，第一單向閥117固定設置在燃氣管111底端，第二單向閥118固定設置在加熱器箱體4底端，點火器114固定設置在燃燒器噴嘴115頂部，擾流擋板122固定設置在螺旋管12內；
真空保溫系統2包括真空閥芯21、螺釘22、真空室23和溫度補償器24，真空閥芯21、螺釘22、真空室23和溫度補償器24固定設置在加熱器箱體4的外壁與內壁之間；
監測與控制系統3包括監測系統31和控制閥系統32，監測系統31包括溫度計導線接口 311、測溫支架312、火焰探測器313、空燃比傳感器314和數個第一壓力表315，溫度計導線接口 311固定設置在螺旋管12頂部、測溫支架312固定設置在大悶蓋41上，火焰探測器313和空燃比傳感器314固定設置在風門板42上，數個第一壓力表315固定設置在控制柜內；
控制閥系統32包括燃氣管控制閥321和空氣管控制閥322，燃氣管控制閥321固定設置在燃氣管111管口處，空氣管控制閥322固定設置在空氣套管112管口處，燃氣控制閥包具有第一通氣球閥3211、第一止回閥3212、第一調壓閥3213、第一壓力開關3214、第一電磁閥3215、第一流量調節閥3216和過濾器3217，空氣管控制閥322包括第二通氣球閥3221、第二止回閥3222、第二調壓閥3223、第二壓力開關3224、第二電磁閥3225、第二流量調節閥3226、過濾器3227和燃嘴閥3228。
[0015]加熱器箱體4具有大悶蓋41和風門板42。
[0016]本發明的工作原理和過程:
圖1和圖2所示，本發明工作時，開啟燃氣輸送泵與空氣壓縮機，驅動空燃比傳感器314，通過燃氣進氣口 b和空氣進氣口 c通入燃氣和空氣，燃氣和空氣在煙室116內以一定比例混合，當煙室116內燃氣和空氣的量達到要求后，驅動點火器114和火焰探測器313，在煙室116中點燃燃氣和空氣的混合物，燃燒后氣體通過排煙出口 a排出，空燃比傳感器314和火焰傳感器313實時檢測燃燒程度，可以實時控制供氣量及燃氣和空氣的配比，氮氣通過氮氣進氣口 e進入螺旋管12內，燃氣和空氣燃燒產生的高溫煙氣將熱量將以熱對流方式傳遞給通過螺旋管12的氮氣，將氮氣的溫度及其變化通過導線經溫度計導線接口 311傳至地面，當氮氣出口溫度達到500 °C以后，通過監測與控制系統3，調節燃氣和空氣的送入流量，使氮氣出口溫度穩定在450 0C -500 °C，通過地面監測與控制系統3，可以實時監測燃氣管111、空氣套管112內的壓力值，產生的高溫氮氣通過氮氣排出口 d在井底對油頁巖層進行原位開采。
【主權項】
1.一種油頁巖地下原位轉化用真空螺旋管式氮氣加熱器，其特征在于:是由燃燒換熱系統(I)、真空保溫系統(2)、監測與控制系統(3)和加熱器箱體(4)組成，燃燒換熱系統(I)固定設置在加熱器箱體(4)內，真空保溫系統(2 )固定設置在加熱器箱體(4)的外壁與內壁之間，監測與控制系統(3)固定設置在加熱器箱體(4)上； 燃燒換熱系統(I)包括燃燒設備(11)和螺旋管(12)組成，螺旋管(12)繞設在燃燒設備(11)的空氣套管(112)外部，燃燒設備(11)包括燃氣管(111)、空氣套管(112)、導氣煙氣組合件(113)、點火器(114)、燃燒器噴嘴(115)、煙室(116)、第一單向閥(117)和第二單向閥(118)，燃氣管(111)固定設置在空氣套管(112)內，空氣套管(112)固定設置在導氣煙氣組合件(113)上，第一單向閥(117 )固定設置在燃氣管(111)底端，第二單向閥(118 )固定設置在加熱器箱體(4)底端，點火器(114)固定設置在燃燒器噴嘴(115)頂部，擾流擋板(122)固定設置在螺旋管(12)內； 真空保溫系統(2)包括真空閥芯(21)、螺釘(22)、真空室(23)和溫度補償器(24)，真空閥芯(21)、螺釘(22)、真空室(23)和溫度補償器(24)固定設置在加熱器箱體(4)的外壁與內壁之間； 監測與控制系統(3 )包括監測系統(31)和控制閥系統(32 )，監測系統(31)包括溫度計導線接口(311)、測溫支架(312)、火焰探測器(313)、空燃比傳感器(314)和數個第一壓力表(315)，溫度計導線接口(311)固定設置在螺旋管(12)頂部、測溫支架(312)固定設置在大悶蓋(41)上，火焰探測器(313)和空燃比傳感器(314)固定設置在風門板(42)上，數個第一壓力表(315)固定設置在控制柜內； 控制閥系統(32 )包括燃氣管控制閥(321)和空氣管控制閥(322 )，燃氣管控制閥(321)固定設置在燃氣管(111)管口處，空氣管控制閥(322)固定設置在空氣套管(112)管口處，燃氣控制閥包具有第一通氣球閥(3211)、第一止回閥(3212)、第一調壓閥(3213)、第一壓力開關(3214)、第一電磁閥(3215)、第一流量調節閥(3216)和過濾器(3217)，空氣管控制閥(322)包括第二通氣球閥(3221)、第二止回閥(3222)、第二調壓閥(3223)、第二壓力開關(3224)、第二電磁閥(3225)、第二流量調節閥(3226)、過濾器(3227)和燃嘴閥(3228)； 加熱器箱體(4)具有大悶蓋(41)和風門板(42)。
【專利摘要】本發明公開了一種油頁巖地下原位轉化用真空螺旋管式氮氣加熱器，是由燃燒換熱系統、真空保溫系統、監測與控制系統和加熱器箱體組成，在地面注入燃氣、空氣，并在井下控制其配比，燃燒換熱系統對燃氣和空氣進行井下點燃，并將地面高壓注入的常溫氮氣進行井內加熱，利用真空保溫系統減少加熱器的熱量損失，利用地面監測與控制系統實現井內溫度、壓力、流量和空燃比的實時監控和調整，產生的高溫氮氣在井底對油頁巖層進行原位開采。本發明成本低，對環境污染小，資源利用效率高且廢棄物少，工作效率高，降低了開采過程中的熱量損失，采油率高，占地面積少，可開發深層、高厚度的油頁巖資源。
【IPC分類】E21B43-16, E21B43-24
【公開號】CN104775801
【申請號】CN201510169588
【發明人】孫友宏, 馬銀龍, 張弛, 劉寶昌, 李強, 郭威
【申請人】吉林大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月13日