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采用油田伴生气加热的井口原油增温系统设计

点击:2014 日期:[ 2014-04-26 22:21:34 ]
                     采用油田伴生气加热的井口原油增温系统设计                                  史丹妮   林立                                  (中国石油大学)   摘要:针对油田伴生气浪费现状,研究设计了一套采用油田伴生气加热的.井口原油增温系统。系统采用蛇形管换热器结构,具有体积小、热效率高等特点。设计选用了全自动燃气燃烧器和智能仪表出口油温控制器,可使该装置在无人值守的条件下长期可靠地工作。   关键词:伴生气原油 增温系统蛇形管换热器 智能仪表     原油从高温高压的环境到了地面上常温常压的普通环境,随着原油的逐渐冷却,其原有的流动性逐渐降低,粘性加大,十分不利于管道运输。因此在将原油输送前,对原油进行加热是十分必要的。另外,在采油过程中,井口抽出原油时往往存在一定量的可燃性伴生气,通常的处理方法是在原油输送过程中采取直接放空的办法,也就是排人大气中将其处理掉,造成了资源的浪费 。为了解决上述问题,笔者设计了一套利用油田的伴生气加热井口原油的增温系统。     1 加热炉的结构设计与计算     1.1 设计条件及结构     设计目标:油田井口原油(含水60%)的加热;进油口温度:约15~C;出油口温度:约75~C;原油流量:3t/d。加热炉主体结构如图1所示。     1.2 热力学计算     采用加热炉热力学相关计算 确定了实际空气需要量为2.09×10 m。/s;实际燃烧产物量为2.98×10 m /s;实际燃烧温度为1260~(2。确定加热炉的燃烧室内径0.6m,高1.6m;炉墙为双层结构,内层(耐热层)采用轻质粘土耐火砖,外层(保温层)采用蛭石水泥板。                  1.3 燃烧器选择     意大利百得燃烧器公司生产的系列燃烧器输出功率范围广,全部产品均符合低NO 和其它燃烧生成物最低排放量的要求。有一段式、两段式或滑动比例调节可供选用;燃烧器配以先进的控制系统,控制箱在出厂前已安装;连接妥当,用户只需将有关讯号输入,燃烧器即能全自动操作;同时采用高压电子自动点火系统,以一组高灵敏度电阻监控,配以自动燃料一空气比例控制系统,使其达到最佳燃烧效果。百得燃烧器性能优越,燃烧充分,不会造成空气、环境污染。并且在相同的要求下,它的结构尺寸最精简。因此系统选用百得SPARKGAS1 1 P型燃气燃烧器。     1.4 换热器设计     换热器是加热炉的核心部件,承担着传热任务,也是加热炉中主要受压部件。其设计目标是在满足工艺上提出的换热面积的同时,力求确定一种结构简单,制作容易,具有良好抗泄漏、抗腐蚀、传热良好和维修方便的结构形式。诸多换热结构中,由于蛇形管换热结构具有传热面积大、结构简单、制作容易、接缝少而利于抗泄漏和抗腐蚀、热损失小、传热效果佳等优点,故选用蛇形管式的换热器。具体计算过程 及计算结果如表1所示。最终确定了换热器的外形尺寸为高度1.08m,直径0.4m。     2 加热炉控制系统设计     2.1 气路控制系统     燃气系统工作流程为:在自动控制状态下,燃气加热炉将温度传感器信号输入燃气控制系统,电源开启,启动风机运行,调节机构9驱动助燃风门至高火位置,开始前吹扫;检漏装置8自动进入检漏程序,燃气压力继电器对两个串联的燃气电磁阀5之间的部位进行压力检测,如燃气电磁阀经检测无泄漏,则继续 吹扫至预定的时间后,调节机构驱动助燃风门及燃气调节蝶阀6返回低火位置;经低火位置验证后,点火变压器工作,使电极10产生电火花后,电磁阀5缓慢开启,燃气进入燃烧头12,由电火花燃烧形成火焰;点着火焰经火焰探测杆11验证后,燃烧控制系统进入正常燃烧状态。正常运行过程中,燃烧控制系统的空气/燃气联动调节机构9随燃气炉温度调节信号的变化,对风门和燃气流量调节蝶阀实施同步调节,使燃烧负荷与燃气炉的需热要求相匹配。当燃烧控制系统接收到燃气炉停机信号后,主燃气阀立即关闭,火焰熄灭,按预定时间进行后吹扫后,风机关闭,系统停止运行。燃气控制系统控制流程如图2所示。                     燃气控制系统的运行过程顺序为:风机启动一前吹扫一燃气控制阀检漏一电极点火一火焰建立一正常燃烧(含燃气、空气流量的连续比例调节过程)一正常熄火一后吹扫一停机。燃气控制系统工作流程如图3所示。     2.2 加热炉电气控制系统     介绍采用XST单输入通道数字式智能仪表控制井口加热炉加热原油的控制系统。温度传感器检测加热炉出口原油的温度后,通过智能仪表控制燃气的供给量,以调节加热炉出口温度。压力开关用来检测加热炉进口原油的压力,低于设计值时加热炉立即熄火,防止干烧加热炉,发生意外。                                       系统在开燃气电磁阀之前,风机必须处于工作状态,即风机未开,燃气电磁阀不能开启;点火电极由火焰检测器单独控制。系统的电气原理见图4。控制过程:电源开通,1G断路器开通后,压力开关J接通,按下仪表启动按钮SB2,1C线圈自锁、接通,仪表开始接通;随后风机接通,过一段时间燃气电磁阀正常开启;同时在点火前,火焰检测器FR检测到燃烧头没有火焰,点火电极接通,给燃烧器点火,在火焰检测器检测到燃烧头有连续的火焰时,常闭开关开启,使燃烧器保持大火燃烧状态,系统开始正常工作。当压力开关检测到人口原油的压力低于设定值时,开关迅速开启,断开燃气供给FV,气路切断。当智能仪表检测到温度不在控制范围内时,风机与电磁阀关闭,停止给燃烧器供气。                         3 结论     提出了采用油田伴生气加热的井口原油增温系统设计的整体指导思想、研究内容、研究的技术路线和方案,论述了系统各部分的原理和特点。并且从市场的需求出发,对增温系统的结构选型、方案设计、燃烧器的开发、安全性能等进行了研究,设计了用以改善原油流动性的井口加热炉。该装置采用圆筒立式结构方案,内置螺旋蛇管式换热器。该结构具有体积小、换热效率高、更换维修方便等特点,能够实现将含水量60% 的原油从15℃直接增温到75℃输出,最大日处理能力约为3t。        参考文献     [1]: 赵晓,燕继勇.高效燃烧器在燃气锅炉水套炉上的应用[J .内蒙古石油化工,2003,29(1):13—15.     [2] 何红梅,黄禹忠.降低工厂天然气放空量的合理优化流程[J].节能技术,2003,21(3):37—38.     [3] 袁宝歧,蔡惕民,袁名炎编.加热炉原理与设计[M].北京:航空工业出版社,1989.     [4] 卿定彬.工业炉用热交换装置[M .北京:冶金工业出版社,1986.
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