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一种用于油田的封闭式采暖系统

阅读：5发布：2021-01-14

专利汇可以提供一种用于油田的封闭式采暖系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于油田新型封闭式采暖系统，包括换热系统、散热系统和热媒循环系统，所述换热系统采用热源蒸气与导热媒进行冷热交换，所述换热系统和散热系统彼此相连，所述热媒循环系统将经过冷热交换后的高温热媒由换热系统输入散热系统，散热降温后再回到换热系统，从而形成一个封闭式采暖系统。本发明还包括热源供给系统。所述换热系统为容积蒸气冷热交换系统、管翅式换热系统或蒸气气动式换热系统。所述散热系统包括负压超导散热器。封闭系统使得设备运行更加安全和环保，负压超导散热器散热效果好，还实现了节能的要求，几种类型的换热器均能进行快速高效的冷热交换，提高了热交换的效率，有效减小了热交换过程中的热能损失。，下面是一种用于油田的封闭式采暖系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于油田的封闭式采暖系统，包括换热系统、散热系统和热媒循环系统，所述换热系统采用热源与导热媒进行冷热交换，所述换热系统和散热系统彼此相连，所述热媒循环系统将经过冷热交换后的高温导热媒由换热系统输入散热系统，散热降温后再回到换热系统，从而形成一个封闭式采暖系统，其特征在于：所述换热系统为容积式蒸气冷热交换系统，所述容积式蒸气冷热交换系统包括容积式冷热交换设备，所述容积式冷热交换设备包括容积罐，所述容积罐内设有蒸气管，所述蒸气管在容积罐内采用双层环形式布设形成双层螺旋盘管，蒸气管的管壁上设有喷气口，所述双层螺旋盘管的两层螺旋盘管之间设有输热管，所述输热管上设有热液出口，所述容积罐的下部设有回液管，所述输热管与回液管分别与所述热媒循环系统相连，所述热媒循环系统包括至少一个热媒循环泵。
2.一种用于油田的封闭式采暖系统，包括换热系统、散热系统和热媒循环系统，所述换热系统采用热源与导热媒进行冷热交换，所述换热系统和散热系统彼此相连，所述热媒循环系统将经过冷热交换后的高温导热媒由换热系统输入散热系统，散热降温后再回到换热系统，从而形成一个封闭式采暖系统，其特征在于：所述的封闭式采暖系统还包括热源供给系统，所述热源供给系统包括油田污水循环系统，油田污水热交换系统和冷媒循环系统，所述油田污水循环系统包括循环泵、污水散热器和污水循环管，所述循环泵和污水散热器通过污水循环管连通，所述油田污水热交换系统包括，风机和冷媒蒸发器，分别设置在所述污水散热器的两侧；所述冷媒循环系统包括压缩机、储液罐、过滤器、膨胀阀和冷媒循环管，所述压缩机、储液罐、过滤器、膨胀阀、冷媒蒸发器通过冷媒循环管依次循环连通，所述换热系统设置在压缩机和储液罐之间，所述换热系统为冷凝机，所述风机向污水散热器鼓风，通过对污水散热器进行强制散热，对冷媒蒸发器内的冷媒进行加热，经过压缩机压缩的冷媒在冷凝机对导热媒换热。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种用于油田的封闭式采暖系统，其特征在于：
所述散热系统包括负压超导散热器，所述负压超导散热器的散热介质为真空超导液。
4.根据权利要求1所述的一种用于油田的封闭式采暖系统，其特征在于：所述热源为热源蒸气或热源液，所述热源蒸气为水蒸汽或油井产出的高温气体，所述热源液为油田污水、油井产出液。
5.根据权利要求1所述的一种用于油田的封闭式采暖系统，其特征在于：所述导热媒为水、超导液、导热油或油井产出液、油田污水。

说明书全文

一种用于油田的封闭式采暖系统

技术领域

[0001] 本发明涉及采暖设备技术领域，具体涉及一种用于油田新型封闭式采暖系统。

背景技术

[0002] 近几年，我国大部分油田的稠油产量日趋增加，而稠油开采最有效的手段是注蒸气热采，高温、高压蒸气的产生必然伴随着大量的能量消耗，其成本约占稠油开采总成本60％。在稠油生产过程中，非井耗气量的比重相对较高。尤其是在北方地区冬季保温用气较多，比如新疆地处北温带，冬季气候寒冷，采暖期较长，稠油热采供热站、污水处理站及集输联合站站内冬季采暖保温，需要大量的热能。

[0003] 而目前，油田冬季取暖大都采用高温、高压蒸气(降至0.3-0.6Mpa)或单井油、气、水混合产出液、油田污水，直接进入站内采暖保温系统循环后其缺点是：

[0004] 第一、潜在的不安全因素多，首先，冬季蒸气采暖方式是将高温、高压蒸气直接降压后进入保温系统，若降压控制不稳、安全阀失灵或保温管线堵塞，将会导致采暖系统压力升高，以至造成采暖管线或散热片爆裂；其次，高温蒸气在各散热器中换热冷凝，释放其气化潜热，这是一个等温过程，散热器温度较高，在140℃左右，易造成工作人员烫伤等；这有，油中含硫化氢等有毒气体，安全系数低，而且造成环境污染。

[0005] 第二、回水温度较高，热能利用率低，无效热损失大，蒸气冷凝后的凝结水，其温度相对较高，经过疏水阀进入回水系统，未通过换热装置直接排入排空池，造成热量的浪费，蒸气采暖的无效热损失较大；如果疏水阀质量不好，维修不善，导致其工作不正常，使得大量蒸气进入回水系统，排至排空池，造成蒸气的浪费。例如，一个60平方米的计量联合站，年耗蒸气费用为1天×14方蒸气×180天×80元/方＝20.16万元/年。

[0006] 第三、日常运行管理工作量比较大，运行成本高，由于蒸气采暖温度高，压力波动大，对蒸气输送管网、阀件及散热器产生的热应力大，使得蒸气输送管网、阀件及散热器的跑、冒、滴、漏现象严重，造成日常维护工作量大。

发明内容

[0007] 本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种成本低廉，安全性高产，节能环保的用于油田的封闭式采暖系统。

[0008] 为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种用于油田的封闭式采暖系统，包括换热系统、散热系统和热媒循环系统，所述换热系统采用热源与导热媒进行冷热交换，所述换热系统和散热系统彼此相连，所述热媒循环系统将经过冷热交换后的高温热媒由换热系统输入散热系统，散热降温后再回到换热系统，从而形成一个封闭式采暖系统。

[0009] 所述换热系统为容积蒸气冷热交换系统、管翅式换热系统或蒸气气动式换热系统。

[0010] 所述容积式蒸气冷热交换系统包括容积式冷热交换设备，所述容积式冷热交换设备包括容积罐，所述容积罐内设有蒸气管，所述蒸气管在容积罐内采用双层环形式布设，蒸气管的管壁上设有喷气口，所述双层螺旋盘管的两层螺旋盘管之间设有输热管，所述输热管上设有热液出口，所述容积罐的下部设有回液管，所述输热管与回液管分别与所述热媒循环设备相连，所述热媒循环系统包括至少一个热媒循环泵。

[0011] 所述管翅式换热系统包括热源总干线，管翅式换热器和散热器，所述热源总干线上设有旁通，管翅式换热器内设有热源管，所述热源管的外表面设置了多个散热翅片，热源管的一端接在总干线的旁通上，另一端从管翅式换热器伸出后与热源总干线上的另一个旁通相连接，真空超导液从管翅式换热器的一端注入，再从管翅式换热器的另一端进入散热器。

[0012] 所述蒸气气动式换热系统包括进气设备，气动加热器，进导热媒设备，循环增压泵，所述进气设备与气动加热器的一个通孔相连接，并在进气设备与气动加热器之间设置了自动控温阀，所述进导热媒设备与气动加热器的另一个通孔相连，循环增压泵设在采暖设备与气动加热器之间，并在气动加热器与散热系统的循环之间设有单向止回阀。

[0013] 所述循环增压泵与仪表控制柜相连，仪表控制柜同时通过自动温控仪与自动温控阀相连。

[0014] 所述的封闭式采暖系统还包括热源供给系统，所述热源供给系统包括油田污水循环系统，油田污水热交换系统和冷媒循环系统，所述油田污水循环系统包括循环泵、污水散热器和污水循环管，所述循环泵和污水散热器通过污水循环管连通，所述油田污水热交换系统包括，风机和冷媒蒸发器，分别设置在所述污水散热器的两侧；所述冷媒循环系统包括压缩机、储液罐、过滤器、膨胀阀和冷媒循环管，所述压缩机、储液罐、过滤器、膨胀阀、冷媒蒸发器通过冷媒循环管依次循环连通，所述换热系统设置在压缩机和储液罐之间，所述换热系统为冷凝机，所述风机向污水散热器鼓风，通过对污水散热器进行强制散热，对蒸发器内的冷媒进行加热，经过压缩机压缩的冷媒在冷凝器对导热媒换热。

[0015] 所述散热系统包括负压超导散热器，所述负压超导散热器的散热介质为真空超导液。

[0016] 所述源热为热源蒸气或热源液，所述热源蒸气为水蒸汽或油井产出的高温气体，所述热源液为油田污水、油井产出液。

[0017] 所述导热媒为水、超导液、导热油或油井产出液、油田污水。

[0018] 本发明的有益效果是：

[0019] 封闭系统使得设备运行更加安全和环保，负压超导散热器或强制对流散热器，散热效果好，同时还实现了节能的要求，几种类型的换热器均能进行快速高效的冷热交换，提高了热交换的效率，有效减小了热交换过程中的热能损失。附图说明

[0020] 图1是本发明的容积蒸气冷热交换系统示意图；

[0021] 图2是本发明的管翅式换热系统示意图；

[0022] 图3是本发明的蒸气气动式换热系统意图；

[0023] 图4是本发明的负压超导散热器示意图；

[0024] 图5是本发明热源供给系统示意图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

[0026] 本发明公开的这种用于油田的封闭式采暖系统，包括换热系统、散热系统和热媒循环系统，所述换热系统采用热源蒸气与导热媒进行冷热交换，所述换热系统和散热系统彼此相连，所述热媒循环系统将经过冷热交换后的高温热媒由换热系统输入散热系统，散热降温后再回到换热系统，从而形成一个封闭式采暖系统。

[0027] 参见图1，是本发明的容积蒸气冷热交换系统示意图。容积罐1-1内设有蒸气管1-2，所述蒸气管在容积罐内采用双层环形式布设，蒸气管的管壁上设有喷气口1-3，喷气口为伞状喷气口，所述双层螺旋盘管的两层螺旋盘管之间设有输热管，所述输热管上设有热液出口1-4，所述容积罐的下部设有回液管，所述输热管与所述回液管分别与热媒循环设备相连，热液出口为多个星状分布的热液出口。容积罐的下部设有回液口1-12。容积式冷热交换设备与热媒循环设备1-10相连，热媒循环设备的另一端与散热设备1-11相连，容积式冷热交换器内的热媒通过热媒循环设备泵入散热设备，在容积罐的顶部设有人孔1-5。在容积罐的上部设有压力探头1-6，压力探头的另一端与仪表控制柜1-8相连接，仪表控制柜同时与盐房自动排放阀1-9相连。在容积罐的上部还设有液位探测装置1-7，所述液位探测装置的另一端与仪表控制柜连接。散热设备为真空超导散热器。热媒可以是为水，超导液，导热油或油井产出液等热导媒。蒸气为水蒸汽或油井产出气等气体。

[0028] 本实施例中的冷热交换系统的工作原理，是利用减压后的压力为0.25Mpa-0.4Mpa，温度145℃，干度84％的蒸气，直接进入容积式蒸气冷热交换器，对容积罐内的水或其他导热液加热，使其温度由70℃升至90℃后，泵入真空超导散热器或其他类型散热器，对室内放热。热交换器内进入的蒸气为双层环形伞状喷头，换热速度快、热效率高，热水出口为星状，保证出口温度不低于90℃，可以准备两台增压泵一台启动，一台备用，确保采暖系统正常运转，在换热器顶部装有压力探头，经仪表柜信号转换后，可令盐房闸门自动打开和关闭，多余热水供盐房使用。

[0029] 参见图2，为本发明的管翅式换热系统示意图。热源总干线2-1，管翅式散热器2-4，散热器2-6，所述热源总干线上设有旁通2-2，热源管2-7设置在管翅式换热器内，所述热源管的外表面设置了多个的散热翅片2-9，其一端接在旁通上，另一端从管翅式换热器伸出后与热源总干线上的另一个旁通相连接，真空超导液从管翅式换热器的一端的注入管
2-5注入，从另一端导出管2-8进入散热器。所述热源总干线与热源管的连接处设有单流阀
2-3。所述热源管为承压管线，其承压性能不小于12Mpa。所述热源总管内的热源为蒸汽或热水。

[0030] 利用蒸气锅炉出口压力9Mpa为动力，温度310℃为热源，在蒸气出口主干线上走一旁通，将极少部分蒸气引入管翅式换热器，在出口上装有单流阀，大壁厚承压蒸气管线对换热器内的免真空超导液进行换热，使其超导液温度快速上升至120℃后，超导液不在吸热，不气化，以液体的型式携带热能泵入传热管网，进行沿途放热，真空超导散热器受热后(或其他类型散热器)，对室内放热使其室内温度为22℃-24℃，达到采暖目的。该换热器内盘管承压设计12Mpa，符合安全生产要求，外要求容积承压0.5Mpa，远大于运行压力0.2Mpa。该换热器吸收的热能，只占锅炉出口运行温度1-3℃，如锅炉提高出口运行压力
0.1-0.2Mpa，就不影响出口温度，该设计蒸气耗量为0，也就是可节采暖蒸气用量100％，并且无热水外排，采暖运行压力为0.2Mpa，安全可靠。

[0031] 本换热系统结构紧凑，由于管翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的表面积可达1000～2500m2/s，能有效提高传热效率，由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数，同时由于隔板、翅片的厚度很薄，具有高导热性，所以使得管翅式换热器可以达到很高的效率。大部分设备不用承受高压高温的影响，很少需要维修费用；热效热比水暖高20％-30％；无外排热水；操作简单，调正好进气量后，减少管理。适应性强，可是用于气-气、气-液、液-液。节能，蒸汽在整个循环中没有损失，节汽100％，节能达到90％以上；采暖热媒为低压超导液，安全可靠。

[0032] 参见图3，是本发明的蒸气气动式换热系统意图。包括进气设备3-1，气动加热器3-2，进水设备3-3，循环增压泵3-4和采暖设备3-5，其特征在于，所述进气设备与气动加热器的一个通孔相连接，并在进气设备与气动加热器之间设置了自动控温阀3-6，所述进水设备与气动加热器的另一个通孔相连，循环增压泵设在采暖设备与气动加热器之间，并在气动加热器与采暖设备的循环之间设有单向止回阀3-7。同时，在所述循环泵增压泵与仪表控制柜14相连，仪表控制柜同时通过自动温控仪3-8与自动温控阀相连。所述进水设备与所述气动加热气之间设置了带有定压阀3-9的溢流水出口。所述进水设备与气动加热气之间设置了带有补水阀的补水进水口3-10。所述仪表控制柜的另一端与盐房自动排水阀3-11相连接。所述循环增压泵与采暖设备之间设置有单向止回阀3-12。所述进气设备设与气动加热器之间设置有单向止回阀3-13。

[0033] 工作时，高压高温蒸气从进气设备进入气动加热器，同时，进水设备也通入水流进入气动加热器内，进气设备的进气量用自动温控阀来控制，而自动温控阀与自动温控仪相连，自温控仪监测经过气动加热器后的水汽温度，自动温控仪通过仪表控制柜来控制，当经过气动加热器后的水汽温度过高时，可以通过仪表控制柜来控制自动温控仪，再通过调节自动温控阀，降低高压高温气体的输入量，从而降低温度；如果经过气动加热器后的水汽温度过低时，可增加气体的输入量。进水压力的大小可以通过定压阀来控制，压力过大时调节定村阀，使过多的水溢流出去，从而降低水压，过低时，可以通过补水阀加水。循环增压泵可以辅助加压，保证水汽的循环。单向止回阀用于保证水汽流不会出现倒流现象。采暖设备通过使用从气动加热器出来的水汽混合物实现取暖。

[0034] 现对蒸气气动式换热系统的工作原理和有益效果分析如下：

[0035] 气动加热器的工作原理与传统的蒸气喷射器有着本质的区别，因此功能上也有显著的差异。一般地，声音的传播速度气体中在300～400m/s之间，水中在1200m/s以上，而气水混合物的声速骤降至10～30m/s。运用这一原理设计的气动加热器，实现了介质由低压向高压的流动。在传统的蒸气喷射器中，水受到蒸气流动的磨擦力进入喉部，而后吸收蒸气的动能，同时完成凝结过程。从性能上看，如果蒸气绝对压力低于进水绝对压力的2倍时，蒸气不能充分膨胀产生较高的流速，因而设备不可能正常工作，也不可能提供较大的循环动力，更不可能提供高于蒸气压力的出水压力。然而，气动加热器的进水是在一个规定的压差作用下完成的，因而解决了死机问题。在两相流室内，极为均匀的气水混合物，在超声速条件下，伴随着复杂的传热传质过程，完成了动能的交换，获得了较高速度能。随后从超临界向亚临界状态的进行转换，在冲波的作用下，速度能突变成压力能，所获得压力在一定条件下，完全可能超过蒸气的初压。气动加热器按“最大扬程原则”设计的，扬程大了，产生噪声的能量被利用了，所以噪声也降了下来。同时由于扬程的增长，噪声的降低使的适应场合更加广泛，性能更加完善。

[0036] 设计创新性与有益效果表现为：1、利用供热站内蒸气采暖的减压装置，将蒸气压力减压至0.4～0.6MPa，通过自动温控阀，提供给气动加热装置；2、利用蒸气做功原理通过气动加热装置将热网循环水加热增压后送至各采暖间，考虑到蒸气流量、压力波动，在热网循环水出口加装自动增压系统，避免由于蒸气压力低，系统循环不畅；3、采用定压阀控制循环系统压力稳定，同时将蒸气冷凝水外排，为了充分利用冷凝水，可考虑将蒸气气动加热系统安装到盐房附近，将冷凝水排入盐池，即回收了冷凝水又合理利用冷凝水的余热；4、利用自动温控仪，通过室外温度与热网循环水的温度检测，自动调节气动加热器的运行负荷，调节范围在30～100％之间；5、采用自动温控系统与自动增压系统，达到采暖系统自动控制，做到无人值守。

[0037] 气动加热器，利用蒸气作功能力提供循环动力，不同于面式热交换器靠水泵实现循环。

[0038] 参见图4，是本发明的负压超导散热器示意图。包括导热媒管线4-2和超导散热设备4-1，导热媒管线中的导热媒4-3将热量传导至超导散热设备内的真空超导液，从而实现利用真空超导液散热的目的。所述的真空超导液一般由乙醇、金属粉末等组成。该散热器所需热媒只有现用散热器的1/15，降低了热媒的使用量，也就等于降低了蒸气的使用量，负压超导液散热器只有底部的导热媒管线一般为1寸管线，其它部分为真空超导液。热效率高于在用散热器20％-30％，传热快、热效率高、所需热媒为真空常压超导液，其传热效率高于水的20％-30％，其特点：无毒、无腐蚀、-40℃不结冰。为大窜联连接，全程为焊接，无漏点，基本无维修费用。

[0039] 参见图5，是本发明热源供给系统的结构示意图，循环泵2、污水散热器4通过污水循环管连通构成油田污水循环系统，污水循环管的进水端接入油井1的油田污水出口，出水端与油井的注水设施相连；污水散热器可选用散热面积大，散热区域集中，在散热区可进行良好通风的散热管或散热片等散热设备，优选为设计具有良好通风效果的，散热性好的紫铜管散热器；风机3和冷媒蒸发器5分别设置在污水散热器的两侧，构成油田污水热交换系统；压缩机6、储液罐8、过滤器9、膨胀阀10、冷媒蒸发器依次通过冷媒循环管连通，构成冷媒循环系统；换热系统设置在压缩机和储液罐之间，所述的换热系统包括冷凝器7，冷凝器由冷媒循环管和冷凝罐组成，冷凝罐的下端设有进水口，供需要加热的冷水注入，上端设有出水口，供加热后的热水输出，热水进入供暖设备后，在供暖场所散热后的回流冷水再通过进水口注入冷凝罐进行加热，完成循环。

[0040] 本热源供给系统运行时，循环泵将油井中的热水抽出，通过污水循环管注入污水散热器中，同时，在一侧用风机向污水散热器鼓风，进行强制散热，风机鼓出的风速以8m/s左右为最佳，经过污水散热器后的热风进入冷媒蒸发器，在蒸发器内进行热交换，对冷媒蒸发器内的低温低压气态冷媒进行加热，使低温低压的气态冷媒变成高温低压气态冷媒，高温低压气态冷媒再经过压缩机加压，形成高温高压气态冷媒后进入冷凝器，在冷凝罐内对需要加热的冷水进行加热后变成低温高压的液态冷媒，再经过膨胀阀的节流降压变成低温低压的气态冷媒进入蒸发器，完成一次循环。冷凝罐下端的进水口注入冷水，在冷凝罐内通过高温高压的气态冷媒加后成为用于供暖的热水，再从冷凝罐上端的出水口输出，热水进入供暖设备后，在供暖场所散热后的回流冷水再通过冷凝罐的进水口注入冷凝罐进行加热，完成循环。

[0041] 本发明所利用的源热蒸气一般为水蒸汽或油井产出高温气体，油井产出的高温气体的使用利用了石油开采过程中产生的热气，不但有效利用了热能，而且起到环保的作用。

[0042] 以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

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一种用于油田的封闭式采暖系统

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