Водогрейный котел

 

Изобретение предназначено для нагрева воды и нефти и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности. Водогрейный котел содержит заключенный в корпус водяной объем, жаровую камеру, коллектор с дымовой трубой, дымогарные трубы, входные участки которых соединены с жаровой камерой, а выходные - с коллектором дымовой трубы. Корпус снабжен устройством для циркуляции нефти, выполненным в виде змеевика. Жаровая камера расположена снаружи корпуса и жестко соединена с ним со стороны входных участков дымогарных труб и снабжена горелочным устройством, размещенным в ее центральной торцевой части. Кроме того, жаровая камера выполнена по принципу “труба в трубе”, снабжена внутри циркуляционными трубками, расположенными по длине ступенчато для циркуляции воды из жаровой камеры в корпус с заключенным водяным объемом. Также жаровая камера снабжена воздушным кожухом, соединенным с патрубком подачи воздуха в горелку низкого и среднего давления через вентилятор. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей водогрейного котла и сокращение его межремонтного периода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к транспортированию нефти, и может быть использовано при подготовке нефти на промыслах для уменьшения вязкости продукции скважин при перекачке к пунктам назначения.

Известен водогрейный котел, содержащий корпус с размещенными в нем топкой, дымогарными трубами, сообщенными со стороны входа в них с топкой, и водяную камеру, причем дымогарные трубы и водяная камера объединены в два автономных блока - наружный и внутренний, соединенные между собой посредством фланцевого соединения, водяная камера выполнена в виде системы теплообменных труб, сообщенных между собой посредством системы тангенциально установленных криволинейных сопел, причем каждое сопло со стороны выхода из него воды выполнена в виде щелевого диффузорного канала, дымогарные трубы установлены внутри теплообменных труб, при этом дымогарные трубы наружного и внутреннего блоков сообщены между собой посредством выполненных в корпусе оборотных камер с формированием трехходовой системы тяги, со стороны наружной поверхности дымогарные трубы выполнены с винтовыми направляющими планками, а со стороны внутренней поверхности в дымогарных трубах выполнены двухходовая винтовая нарезка с формированием гребней переменной высоты с реверсивным направлением закрутки потока продуктов сгорания внутри дымогарных труб, при этом теплообменные трубы со стороны коллектора снабжены заглушками с просечками, посредством которых теплообменные трубы сообщены с коллектором [см. патент RU №2173433, кл. F 24 Н 1/00 от 03.11.2000, опубл. 10.09.2001].

Недостатками устройства являются сложность конструкции, ограниченность его использования, так как в случае использования на нефтепромыслах требуется дополнительное обустройство, например наличие теплообменников, дополнительных помещений и т.д.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому водогрейному котлу является водогрейный котел, содержащий заключенный в герметичный корпус водяной объем, внутри которого помещена жаровая камера и дымогарные трубы, сообщенные входными участками с жаровой камерой, а выходными - с коллектором, связанным с дымовой трубой, при этом котел снабжен нагревательными элементами типа трубок Фильда, каждая наружная труба которых помещена с некоторым кольцевым зазором в дымогарную трубу, причем внутренние трубы впускными концами подключены с подводящему трубопроводу питательной воды, а открытые концы наружных труб - к водяному объему котла [см. патент RU №2116579, кл. F 24 Н 1/00 от 06.01.1997, опубл. 27.07.1998].

Устройство, по сравнению с аналогом является менее простым.

Недостатками устройства являются ограниченность использования за счет материальных затрат при использовании на нефтепромыслах, сложность конструкции при изготовлении, эксплуатации и ремонте за счет засорения дымогарных труб продуктами горения при использовании попутного сероводородсодержащего газа.

Решаемая техническая задача состоит в расширении функциональных возможностей водогрейного котла за счет использования его на нефтепромыслах с целью уменьшения вязкости при перекачке продукции скважин, например, на установки подготовки нефти, а также упрощении конструкции, позволяющей работать на попутном газе низкого и среднего давления, в том числе и сероводородсодержащем, снижении межремонтного периода за счет устранения засорения дымогарных труб продуктами горения.

Поставленная задача решается описываемым водогрейным котлом, содержащим заключенный в корпус водяной объем, жаровую камеру, коллектор с дымовой трубой, дымогарные трубы, входные участки которых соединены с жаровой камерой, а выходные - с коллектором дымовой трубы.

Новым является то, что корпус дополнительно снабжен устройством для циркуляции транспортируемой среды, выполненным в виде змеевика, а жаровая камера расположена снаружи корпуса и жестко соединена с ним со стороны входных участков дымогарных труб и снабжена горелочным устройством, размещенным в ее центральной торцевой части, при этом жаровая камера выполнена по принципу “труба в трубе”, снабжена внутри циркуляционными трубками, расположенными по трубе ступенчато для циркуляции воды из жаровой камеры в корпус с заключенным водяным объемом и жестко соединена с корпусом котла, кроме того, жаровая камера снабжена воздушным кожухом, соединенным с патрубком подачи воздуха в горелку низкого и среднего давления через вентилятор.

Новым является также то, что длина устройства для циркуляции транспортируемой среды составляет 120-154 м при диаметре труб 114 мм и находится в прямой зависимости от объема водогрейного котла.

Совокупность отличительных признаков позволяет расширить функциональные возможности водогрейного котла за счет работы на попутном газе низкого и среднего давления, снизить межремонтный период, так как в дымогарных трубах не оседают на стенки продукты сгорания попутного (сероводородсодержащего) газа, а сразу выносятся струей воздуха или пара в атмосферу, снизить материальные затраты, так как для эффективной работы устройства используется попутный газ, нагрев продукции скважины происходит не специальными средствами, а за счет охлаждения наружной поверхности жаровой камеры.

Анализ известных аналогичных решений из патентной и научно-технической литературы позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом объекте, т.е. о соответствии заявляемого решения критерию изобретения “изобретательский уровень”.

На фиг.1 показан общий вид водогрейного котла с фронтальным сечением; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.2.

Устройство содержит (см. Фиг.1, Фиг.2) корпус 1 с заключенным водяным объемом 2, жаровую камеру 3, коллектор с дымовой трубой 4, дымогарные трубы 5, входные участки 6 которых соединены с жаровой камерой 3, а выходные 7 - с коллектором дымовой трубы 4. Корпус 1 дополнительно снабжен устройством 8 для циркуляции транспортируемой среды 9, выполненным в виде змеевика.

Жаровая камера 3 расположена снаружи корпуса 1 и жестко соединена с ним со стороны входных участков 6 дымогарных труб 5 и снабжена горелочным устройством 10, размещенным в ее центральной торцевой части, при этом жаровая камера 3 выполнена по принципу “труба в трубе”, снабжена внутри циркуляционными трубками 11, расположенными по длине ступенчато для циркуляции воды из жаровой камеры 3 в корпус 1 с заключенным водяным объемом 2 и жестко соединена с корпусом котла. Кроме того, жаровая камера 3 снабжена воздушным кожухом 12, соединенным с патрубком подачи воздуха 13 в горелку 10 низкого и среднего давления через вентилятор 14. Длина устройства 8 для циркуляции транспортируемой среды 9 составляет 120-154 м при диаметре труб 114 мм и находится в прямой зависимости от объема водогрейного котла.

Водогрейный котел работает следующим образом.

Попутный сероводородсодержащий газ с содержанием сероводорода 3,1% под давлением 0,07 атм поступает последовательно сначала в камеру сгорания горелки 10, перемешивается с воздухом, поступающим из патрубка подачи воздуха 13 через вентилятор 14, затем в жаровую камеру 3, где полностью сгорает, а образуемое при этом тепло поступает через входные участки 6 дымогарных труб 5, направляется через их выходные 7 участки в коллектор с дымовой трубой 4, при этом дымогарные трубы 5 не засоряются продуктами сгорания попутного сероводородсодержащего газа, что существенно снижает межремонтный период. Тепло через дымогарные трубы последовательно передается водяному объему 2, заключенному в корпус 1, и устройству 8 для циркуляции транспортируемой среды 9 (нефти), выполненному в виде змеевика.

Проведенные исследования показали, что змеевик 9, по которому движется нефть, должен быть длиной 120-154 м при диаметре труб 114 мм. При длине змеевика меньше 120 м наблюдается некачественный нагрев нефти со всеми вытекающими отсюда последствиями, увеличение длины змеевика больше 154 м приводит к увеличению сопротивления в нем, возникает необходимость увеличения габаритов котла, что связано с дополнительными материальными затратами. Расположение жаровой камеры 3 снаружи корпуса 1 и размещение ее со стороны входных участков 6 дымогарных труб 5, снабжение ее горелочным устройством 10, размещенным в ее центральной торцевой части, выполнение ее по принципу “труба в трубе”, установление внутри циркуляционных трубок 11, расположенных по длине ступенчато (см. фиг.3), обеспечивает в совокупности равномерность нагрева воды за счет равномерного охлаждения наружной поверхности жаровой камеры 3 и дополнительной площади нагрева, а также исключает процессы застоя воды в жаровой камере. Снабжение жаровой камеры 3 воздушным кожухом 12 и соединение его с патрубком подачи воздуха 13 в горелку 10 через вентилятор 14 позволяет полнее охладить наружную поверхность жаровой трубы 3 и увеличить теплотворную способность горелки 10, т.е. увеличить ее КПД, особенно в холодное время года, что в целом стабилизирует процессы нагрева транспортируемой среды (нефти) и перекачки ее в пункты назначения.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого водогрейного котла складывается за счет расширения функциональных возможностей - работы на попутном газе низкого и среднего давления в любое время года, упрощения конструкции, как в изготовлении, так при эксплуатации и ремонте, а также снижения материальных затрат, так как нагрев транспортируемой продукции происходит за счет охлаждения наружной поверхности жаровой камеры, а не специальными средствами при оптимальной работе водогрейного котла.

Формула изобретения

1. Водогрейный котел, содержащий заключенный в корпус водяной объем, жаровую камеру, коллектор с дымовой трубой, дымогарные трубы, входные участки которых соединены с жаровой камерой, а выходные - с коллектором дымовой трубы, отличающийся тем, что корпус дополнительно снабжен устройством для циркуляции нефти, выполненным в виде змеевика, а жаровая камера расположена снаружи корпуса и жестко соединена с ним со стороны входных участков дымогарных труб и снабжена горелочным устройством, размещенным в ее центральной торцевой части, при этом жаровая камера выполнена по принципу “труба в трубе”, снабжена внутри циркуляционными трубками, расположенными по длине ступенчато для циркуляции воды из жаровой камеры в корпус с заключенным водяным объемом, кроме того, жаровая камера снабжена воздушным кожухом, соединенным с патрубком подачи воздуха в горелку низкого и среднего давления через вентилятор.

2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что длина устройства для циркуляции нефти составляет 120-154 м, при диаметре труб 114 мм и находится в прямой зависимости от объема водогрейного котла.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3