專利名稱：超臨界壓力注汽鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油行業(yè)熱力開采深井稠油的專用設(shè)備，特別涉及注汽 鍋爐。
背景技術(shù)：
注汽鍋爐是油田稠油開采的核心設(shè)備，它是利用所產(chǎn)生的高壓蒸汽注入 油井，加熱油層中的原油以降低稠油的粘度，增加稠油的流動(dòng)性，從而提高 深井稠油的采收率?，F(xiàn)有的注汽鍋爐的結(jié)構(gòu)如圖1所示它主要由燃燒器l、爐膛2、煙道3 組成，爐膛2、煙道3通過(guò)聯(lián)接管4連通，爐膛2是鍋爐的熱輻射段，煙道3 是鍋爐的熱對(duì)流段。爐膛2內(nèi)布置有輻射管束5，煙道3內(nèi)布置有對(duì)流管束6， 鍋爐的外部布置有換熱器7，換熱器7為內(nèi)套管式水一水換熱器，由外殼和內(nèi) 套管組成，外殼上設(shè)置有殼程入口和殼程出口，內(nèi)套管的兩端設(shè)置有管程入 口和管程出口，現(xiàn)有鍋爐的水汽流程如下從水處理裝置來(lái)的除鹽水通過(guò)水泵15升壓后，經(jīng)過(guò)供水管10進(jìn)入換熱 器7的殼程入口 700，預(yù)熱后，由殼程出口701輸出，經(jīng)過(guò)水管ll進(jìn)入對(duì)流 管束6的入口601，吸收了煙道內(nèi)的熱量后，作為換熱器的熱源由對(duì)流管束6 的出口 602輸出，經(jīng)過(guò)水管12進(jìn)入換熱器7的管程入口 702，冷卻后的溫水 從換熱器的7的管程出口 703輸出，經(jīng)過(guò)水管13進(jìn)入輻射管束5的入口 503， 在爐膛2內(nèi)吸收熱量汽化成為蒸汽，蒸汽從輻射管束5的出口 504輸出，經(jīng) 過(guò)蒸汽排放管14送到油井。供水管10上裝有閥門8，蒸汽排放管14上裝有 閥門9。在鍋爐系統(tǒng)中，通常把比熱容大于8.4kj/kg. x:的區(qū)域稱為大比熱區(qū)，鍋爐的輻射段就是大比熱區(qū)的位置，大比熱區(qū)的換熱特點(diǎn)是(a) 在熱負(fù)荷較小，工質(zhì)的質(zhì)量流速較大時(shí)，接近最大比熱區(qū)附近工質(zhì) 的換熱系數(shù)很大；(b) 在熱負(fù)荷較高，工質(zhì)的質(zhì)量流速較小時(shí)，大比熱區(qū)內(nèi)工質(zhì)的換熱系 數(shù)突然減小，壁溫飛升。上述結(jié)構(gòu)的鍋爐，水汽管路系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，輻射管束為單管束，蒸汽的 初級(jí)加熱和末級(jí)加熱都是由輻射管束完成的，輻射管束位于爐膛內(nèi)，直接受 燃燒器火焰的烘烤，熱負(fù)荷較高，工質(zhì)的流速又較小，會(huì)出現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象， 致使工質(zhì)的溫度無(wú)法進(jìn)一步提升。所以，現(xiàn)有的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力只能達(dá)
到亞臨界的21MPa，無(wú)法達(dá)到超臨界壓力，不能滿足稠油開采向更深領(lǐng)域發(fā)展 的需要，目前很多油田都有相當(dāng)儲(chǔ)量的超深稠油，常規(guī)亞臨界壓力的蒸汽注不 進(jìn)去，這部分儲(chǔ)量一直無(wú)法有效地開發(fā)利用。實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種超臨界壓力注汽 鍋爐，改變了現(xiàn)有亞臨界壓力鍋爐的水汽管路布局，將蒸汽末級(jí)加熱的管束 從輻射段移到熱負(fù)荷相對(duì)較小的對(duì)流段，避免了傳熱惡化，從而使其壓力達(dá) 到了26 MPa，解決了高壓深井區(qū)塊、超稠油區(qū)塊開采難的問(wèn)題。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種超臨界壓力注汽鍋爐，具有燃燒器、爐膛、煙道、供水管，爐膛和 煙道之間通過(guò)聯(lián)接管連通，鍋爐的外部布置有換熱器；其特征是爐膛內(nèi)布置有第一、第二輻射管束，煙道內(nèi)布置有第一、第 二對(duì)流管束，所述供水管與換熱器的殼程入口連通，換熱器的殼程出口經(jīng)過(guò) 一號(hào)管道與第一對(duì)流管束的入口連通，第一對(duì)流管束的出口經(jīng)過(guò)二號(hào)管道與 第一輻射管束的入口連通，第一輻射管束的出口經(jīng)過(guò)三號(hào)管道與換熱器的管 程入口連通，換熱器的管程出口經(jīng)過(guò)四號(hào)管道與第二輻射管束的入口連通， 第二輻射管束的出口經(jīng)過(guò)五號(hào)管道與第二對(duì)流管束的入口連通，第二對(duì)流管束的出口與蒸汽排放管連通。所述第一對(duì)流管束布置在煙道出口端，第二對(duì)流管束布置在煙道入口端。 所述第一、第二輻射管束都是由內(nèi)螺紋管水平往復(fù)排列構(gòu)成。 所述第二對(duì)流管束由內(nèi)螺紋管水平往復(fù)排列構(gòu)成。 本實(shí)用新型有以下積極有益效果針對(duì)現(xiàn)有壓力鍋爐的設(shè)計(jì)缺陷，本實(shí)用新型對(duì)鍋爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三項(xiàng)改進(jìn)一是將蒸汽末級(jí)加熱的管束從輻射段移到對(duì)流段，且布置在煙道的入口 區(qū)域，這部分區(qū)域的溫度較高，接近爐膛，即接近最大比熱區(qū)，可保證蒸汽 質(zhì)量，而又離爐膛火焰中心區(qū)域較遠(yuǎn)，最大熱負(fù)荷遠(yuǎn)低于輻射段，不會(huì)發(fā)生 傳熱惡化。二是將輻射管束由單管束改為雙管束，使蒸汽的加熱由一級(jí)變?yōu)閮杉?jí)，從而有效地提高了鍋爐安全運(yùn)行可靠性。三是在輻射段和對(duì)流段入口區(qū)均采用小管徑的內(nèi)螺紋管。 內(nèi)螺紋管是在管子內(nèi)壁上開出單道或多道的螺旋形槽道的管子，它具有防止或推遲傳熱惡化的作用，主要表現(xiàn)在(a) 工質(zhì)在內(nèi)螺紋的作用下形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)汽流，增大質(zhì)量流速，使水 滴沉降到管壁上；(b) 由于汽流強(qiáng)烈擾動(dòng)，減小了邊界層的熱阻，強(qiáng)化傳熱，降低壁溫； (C)內(nèi)螺紋槽中的液膜不易被中心汽流巻吸攜帶；(d)內(nèi)螺紋槽增大了管子內(nèi)表面積，減低了內(nèi)壁熱負(fù)荷，從而顯著降低 了管壁溫度峰值，推遲了傳熱惡化。


圖1是現(xiàn)有注汽鍋爐的水汽管路布局結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本實(shí)用新型的注汽鍋爐的外形示意圖。 圖3是圖2的俯視圖。圖4是本實(shí)用新型注汽鍋爐的水汽管路布局結(jié)構(gòu)示意圖,圖5是圖2中爐膛的半剖視圖。圖6是圖5的A—A剖視圖。圖7是圖2中煙道的主視圖。圖8是圖7的俯視圖。l燃燒器5輻射管束6對(duì)流管束700殼程入口702管程入口8閥門11水管14蒸汽排放管17煙囪 21燃燒器 25第一輻射管束 26第一對(duì)流管束 270殼程入口 273管程入口 28第二輻射管束 29第二對(duì)流管束 31 —號(hào)管道 35五號(hào)管道2爐膛 503入口 601入口701殼程出口 703管程出口 9閥門 12水管 15水泵 18閥門 22爐膛 252入口 261入口 271殼程出口 274管程出口 284入口 295入口 32 二號(hào)管道 36蒸汽排放管3煙道 504出口 602出口10供水管13水管16水泵 19閥門 23煙道 253出口 262出HI285出口 296出口 33三號(hào)管道4聯(lián)接管7換熱器20拖車 24聯(lián)接管27換熱器30供水管 34四號(hào)管道具體實(shí)施方式
請(qǐng)參照?qǐng)D2、圖3、圖4，本實(shí)用新型是一種超臨界壓力注汽鍋爐，具有 燃燒器21、爐膛22、煙道23、供水管30，爐膛22和煙道23之間通過(guò)聯(lián)接 管24連通，煙道23的出口與煙囪17相連，鍋爐的外部布置有換熱器27，換 熱器27為內(nèi)套管式水一水換熱器。為了便于在野外移動(dòng)作業(yè)，鍋爐的各部分
組件都安裝在拖車20上。換熱器27為內(nèi)套管式水一水換熱器，由外殼和內(nèi)套管組成，外殼上設(shè)置 有殼程入口 270和殼程出口 271，內(nèi)套管的兩端設(shè)置有管程入口 273和管程出 口 274，爐膛22內(nèi)布置有第一、第二輻射管束25、 28，煙道23內(nèi)布置有第 一、第二對(duì)流管束26、 29，供水管30與換熱器27的殼程入口 270連接，換 熱器的殼程出口 271經(jīng)過(guò)一號(hào)管道31與第一對(duì)流管束26的入口 261連通， 第一對(duì)流管束26的出口 262經(jīng)過(guò)二號(hào)管道32與第一輻射管束25的入口 252 連通，第一輻射管束25的出口 253經(jīng)過(guò)三號(hào)管道33與換熱器27的管程入口 273連通，換熱器27的管程出口 274經(jīng)過(guò)四號(hào)管道34與第二輻射管束28的 入口 284連通，第二輻射管束28的出口 285經(jīng)過(guò)五號(hào)管道35與第二對(duì)流管 束29的入口 295連通，第二對(duì)流管束29的出口 296與蒸汽排放管36連通。水泵16安裝在供水管30上，供水管30上裝有閥門18，蒸汽排放管36 上裝有閥門19。請(qǐng)參照?qǐng)D4、圖5、圖6、圖7、圖8，本實(shí)用新型的鍋爐系統(tǒng)中，蒸汽 的末級(jí)加熱是由第二對(duì)流管束29完成的，第二對(duì)流管束29布置在煙道入口 端，也就是布置在煙道內(nèi)的高溫區(qū)域。這部分區(qū)域的溫度較高，接近爐膛， 即接近最大比熱區(qū)，可保證蒸汽質(zhì)量，而離爐膛火焰中心區(qū)域又較遠(yuǎn)，最大 熱負(fù)荷遠(yuǎn)低于輻射段，不會(huì)發(fā)生傳熱惡化。第一對(duì)流管束26布置在煙道的出 口端，也就是布置在煙道內(nèi)的低溫區(qū)域。第一、第二輻射管束25、 28由內(nèi)螺紋管水平往復(fù)排列構(gòu)成。第二對(duì)流管 束29由內(nèi)螺紋管水平往復(fù)排列構(gòu)成。內(nèi)螺紋管是在管子內(nèi)壁上開出單道或多道的螺旋形槽道的管子，它具有 防止或推遲傳熱惡化的作用。請(qǐng)參照?qǐng)D4，本實(shí)用新型注汽鍋爐的水汽流程如下從水處理裝置來(lái)的溫度為2(TC左右的給水通過(guò)水泵16升壓后，經(jīng)過(guò)供水 管30進(jìn)入換熱器27的殼程入口 270，進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱的目的是將給水溫度提 高到煙氣露點(diǎn)溫度i2rc以上，以避免煙氣凝露腐蝕對(duì)流管束。預(yù)熱后的溫水 由換熱器27的殼程出口 271輸出，經(jīng)過(guò)一號(hào)管道31進(jìn)入第一對(duì)流管束26的 入口261，吸收了煙道內(nèi)的熱量后水溫上升到約199'C左右，再由對(duì)流管束2 6的出口 262輸出，經(jīng)過(guò)二號(hào)管道32進(jìn)入第一輻射管束25的入口 252，在爐 膛22內(nèi)進(jìn)一步加熱，水溫上升到約334。C左右，再由第一輻射管束25的出口 253輸出，經(jīng)過(guò)三號(hào)管道33進(jìn)入換熱器27的管程入口 273，與給水進(jìn)行熱交 換，熱交換后水溫降至252"C左右，從換熱器27的管程出口 274輸出，經(jīng)過(guò) 四號(hào)管道34進(jìn)入第二輻射管束28的入口 284，在爐膛22內(nèi)二次加熱，水溫 上升到約37(TC左右，再由第二輻射管束28的出口 285輸出，經(jīng)過(guò)五號(hào)管道 35進(jìn)入第二對(duì)流管束29的入口 295,在煙道23內(nèi)的高溫區(qū)進(jìn)行汽化或過(guò)熱， 蒸汽溫度上升到395X:左右，然后由第二對(duì)流管束29的出口 296輸出，經(jīng)過(guò) 蒸汽排放管36送至油井。
權(quán)利要求1.一種超臨界壓力注汽鍋爐，具有燃燒器、爐膛、煙道、供水管，爐膛和煙道之間通過(guò)聯(lián)接管連通，鍋爐的外部布置有換熱器；其特征是爐膛內(nèi)布置有第一、第二輻射管束，煙道內(nèi)布置有第一、第二對(duì)流管束，所述供水管與換熱器的殼程入口連通，換熱器的殼程出口經(jīng)過(guò)一號(hào)管道與第一對(duì)流管束的入口連通，第一對(duì)流管束的出口經(jīng)過(guò)二號(hào)管道與第一輻射管束的入口連通，第一輻射管束的出口經(jīng)過(guò)三號(hào)管道與換熱器的管程入口連通，換熱器的管程出口經(jīng)過(guò)四號(hào)管道與第二輻射管束的入口連通，第二輻射管束的出口經(jīng)過(guò)五號(hào)管道與第二對(duì)流管束的入口連通，第二對(duì)流管束的出口與蒸汽排放管連通。
2. 如權(quán);j要求1所述的超臨界壓力注汽鍋爐，其特征是所述第一對(duì)流 管束布置在煙道出口端，第二對(duì)流管束布置在煙道入口端。
3. 如權(quán)利要求l所述的超臨界壓力注汽鍋爐，其特征是所述第一、第 二輻射管束都是由內(nèi)螺紋管水平往復(fù)排列構(gòu)成。
4. 如權(quán)利要求l所述的超臨界壓力注汽鍋爐，其特征是所述第二對(duì)流 管束由內(nèi)螺紋管水平往復(fù)排列構(gòu)成。
專利摘要一種超臨界壓力注汽鍋爐，具有燃燒器、爐膛、煙道、供水管，爐膛內(nèi)布置有第一、第二輻射管束，煙道內(nèi)布置有第一、第二對(duì)流管束，供水管與換熱器的殼程入口連通，換熱器的殼程出口經(jīng)過(guò)一號(hào)管道與第一對(duì)流管束的入口連通，第一對(duì)流管束的出口經(jīng)過(guò)二號(hào)管道與第一輻射管束的入口連通，第一輻射管束的出口經(jīng)過(guò)三號(hào)管道與換熱器的管程入口連通，換熱器的管程出口經(jīng)過(guò)四號(hào)管道與第二輻射管束的入口連通，第二輻射管束的出口經(jīng)過(guò)五號(hào)管道與第二對(duì)流管束的入口連通，第二對(duì)流管束的出口與蒸汽排放管連通；本實(shí)用新型將蒸汽末級(jí)加熱的管束從輻射段移到對(duì)流段，避免了傳熱惡化，蒸汽壓力可達(dá)26MPa，解決了高壓深井區(qū)塊、超稠油區(qū)塊開采難的問(wèn)題。
文檔編號(hào)F22B3/00GK201050773SQ20072018169
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者孫新利, 敏 徐, 李亞奇, 樊海軒, 王建和, 繆素景, 蘇廣文, 韓建荒 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣第八建設(shè)有限公司