用于钻井平台的余热回收换热器.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102937388 A(43)申请公布日 2013.02.20CN102937388A*CN102937388A*(21)申请号 201110232598.3(22)申请日 2011.08.15F28D 7/02(2006.01)F28F 9/24(2006.01)F28F 21/08(2006.01)(71)申请人杨永利地址 712021 陕西省咸阳市秦都区彩虹一路1号内133号2单元3层6号(72)发明人杨永利(74)专利代理机构上海科琪专利代理有限责任公司 31117代理人裴希文(54) 发明名称用于钻井平台的余热回收换热器(57) 摘要本发明的用于钻井平台的余

2、热回收换热器包括外壳、导流板和双螺旋悬浮式盘管；所述外壳为腔体，其一端设有烟气进口、其另一端设有烟气出口，所述烟气进口与柴油发动机的排气口连接；所述导流板设置在所述外壳内，且靠近所述外壳的烟气进口；所述双螺旋悬浮式盘管设置在所述外壳内，所述双螺旋悬浮式盘管用于输送被加热流体媒质。本发明的用于钻井平台柴油机烟气的余热回收，换热器换热效率高、阻力小、换热面积大、产生热快、温度可控制、固定性能优良、且清洁。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页1/1页21.一种用于钻井平台的余

3、热回收换热器，其特征在于，包括外壳、导流板和双螺旋悬浮式盘管；所述外壳为腔体，其一端设有烟气进口、其另一端设有烟气出口，所述烟气进口与柴油发动机的排气口连接；所述导流板设置在所述外壳内，且靠近所述外壳的烟气进口；所述双螺旋悬浮式盘管设置在所述外壳内，所述双螺旋悬浮式盘管用于输送被加热流体媒质。2.如权利要求1所述的用于钻井平台的余热回收换热器，其特征在于，所述双螺旋悬浮式盘管的媒质进入口靠近所述外壳的烟气出口，且穿过所述外壳的侧壁伸出所述外壳外，管内的被加热流体媒质从靠近所述烟气出口的位置流至靠近所述烟气进口的位置，再由所述双螺旋悬浮式盘管的媒质出口排出，所述双螺旋盘管的媒质出口穿过所述外壳的

4、侧壁伸出所述外壳外。3.如权利要求1所述的用于钻井平台的余热回收换热器，其特征在于，所述导流板呈半椭球状，面积较小的一端靠近所述外壳的烟气进口，面积较大的一端靠近所述双螺旋悬浮式盘管，所述导流板的外侧壁上设有螺旋状导流槽。4.如权利要求1所述的用于钻井平台的余热回收换热器，其特征在于，所述双螺旋悬浮式盘管的横截面均呈椭圆形。5.如权利要求1所述的用于钻井平台的余热回收换热器，其特征在于，所述外壳、导流板和双层螺旋盘管均采用ND钢材料制成。6.如权利要求1所述的用于钻井平台的余热回收换热器，其特征在于，所述双螺旋悬浮式盘管是一根椭圆直管按一定尺寸比例绕制，先绕一个大圈再绕一个小圈。权 利 要 求

5、 书CN 102937388 A1/4页3用于钻井平台的余热回收换热器技术领域0001 本发明涉及换热器，尤其涉及一种用于钻井平台的余热回收换热器。背景技术0002 一个钻井队通常配备多台柴油发动机，用于带动泥浆泵、钻机，为设备保温，为生活区供电等。研究表明，柴油发动机燃料的能量只有约35被发电机组转化为动力或电能，约有30随废气排出，25%被发动机冷却水带走，通过机身散发等其它损失约占10左右，而目前占柴油发动机燃料近55热值的排气余热和冷却水余热资源基本上被白白浪费掉。0003 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，利用换热器可收集柴油发动机排出的烟气余热。发明内容0004 本发明

6、的目的在于提供一种用于钻井平台的余热回收换热器，换热效率高、固定性能优良、且清洁。0005 为了达到上述的目的，本发明提供一种用于钻井平台的余热回收换热器，包括外壳、导流板和双螺旋悬浮式盘管；所述外壳为腔体，其一端设有烟气进口、其另一端设有烟气出口，所述烟气进口与柴油发动机的排气口连接；所述导流板设置在所述外壳内，且靠近所述外壳的烟气进口；所述双螺旋悬浮式盘管设置在所述外壳内，所述双螺旋盘管用于输送被加热流体媒质。0006 上述用于钻井平台的余热回收换热器，其中，所述双螺旋悬浮式盘管的媒质进入口靠近所述外壳的烟气出口，且穿过所述外壳的侧壁伸出所述外壳外，管内的被加热流体媒质从靠近所述烟气出口的

7、位置流至靠近所述烟气进口的位置，再由所述双螺旋悬浮式盘管的媒质出口排出，所述双螺旋悬浮式盘管的媒质出口穿过所述外壳的侧壁伸出所述外壳外。0007 上述用于钻井平台的余热回收换热器，其中，所述导流板呈半椭球状，面积较小的一端靠近所述外壳的烟气进口，面积较大的一端靠近所述双层螺旋盘管，所述导流板的外侧壁上设有螺旋状导流槽。0008 上述用于钻井平台的余热回收换热器，其中，所述双螺旋悬浮式盘管的横截面均呈椭圆形。0009 上述用于钻井平台的余热回收换热器，其中，所述外壳、导流板和双螺旋浮动盘管均采用ND钢材料制成。0010 上述用于钻井平台的余热回收换热器，其中，所述双螺旋悬浮式盘管是一根椭圆直管按

8、一定尺寸比例绕制，先绕一个大圈再绕一个小圈。0011 本发明的用于钻井平台的余热回收换热器采用双螺旋悬浮式盘管作为换热元件，成倍数的增大了换热面积，另外，被加热流体媒质在管内成螺旋线流动形式，可破坏管壁的介膜层，增加传热面的热传递，使得所述用于钻井平台的余热回收换热器产热快、产热量说 明 书CN 102937388 A2/4页4大；由于该换热器传热效率高，要在换热器的被加热流体媒质进口处安装流量调节器，以控制热流体媒质飞温度；本发明的用于钻井平台的余热回收换热器的双螺旋悬浮式盘管在热媒温度、压力变化和离心力作用下，以及被加热水流动力的冲动下，使盘管自由上下，左右浮动和高频振动，可使水垢不易粘附

9、在管壁上，螺旋盘管产生的热伸冷缩变化也可使管内垢片碎裂脱落，然后被水带出，实现自动除垢；本发明的用于钻井平台的余热回收换热器中双螺旋悬浮式盘管在壳体内具有较大的弹性伸缩空间，当被加热流体媒质和螺旋盘管遇到冷热或震动产生膨胀冷缩变化时，由于螺旋盘管在壳体内呈悬浮状的特殊结构会将能量在壳体内就得到释放缓解，因此螺旋盘管与壳体接口处不会受到冲击，不易泄露，固定性能优良；本发明的用于钻井平台的余热回收换热器在柴油发动机的振动和烟气吹动作下，能自动有效的减少积碳，保持所述双螺旋悬浮式盘管130表面清洁；由于本发明用于钻井平台的余热回收换热器单位面积换热量大，在传热量相当的条件下，所占空间仅为管壳式换热器

10、的1/2-1/3，且其结构紧凑合理，因此本发明换热器体积小，现场安装、拆卸、维护、维修、使用简单方便。附图说明0012 本发明的用于钻井平台的余热回收换热器由以下的实施例及附图给出。0013 图1是本发明用于钻井平台的余热回收换热器的示意图。0014 图2是本发明中双螺旋悬浮式盘管的横截面示意图。具体实施方式0015 以下将结合图1图2对本发明的用于钻井平台的余热回收换热器作进一步的详细描述。0016 参见图1，本发明实施例的用于钻井平台的余热回收换热器包括外壳110、导流板120和双螺旋悬浮式盘管130；所述外壳110为腔体，其一端设有烟气进口111、其另一端设有烟气出口112，所述烟气进口

11、111与柴油发动机的排气口连接，用于收集柴油发动机的排气口排出的烟气；所述导流板120设置在所述外壳110内，且靠近所述外壳110的烟气进口111；所述双螺旋悬浮式盘管130设置在所述外壳110内，所述双螺旋悬浮式盘管130用于输送被加热流体媒质；从所述烟气进口111进入的烟气先流经所述导流板120，再流经所述双螺旋悬浮式盘管130，最后从所述烟气出口112排出，被加热流体媒质流经所述双层螺旋盘管130时与柴油发动机排出的烟气交换热量，被加热流体媒质吸收烟气余热。0017 本发明的用于钻井平台的余热回收换热器采用双螺旋悬浮式盘管作为换热元件，成倍数的增大了换热面积，另外，被加热流体媒质在管内成

12、螺旋线流动形式，可破坏管壁的介膜层，增加传热面的热传递，使得所述用于钻井平台的余热回收换热器产热快、产热量大；由于该换热器传热效率高，要在换热器的被加热流体媒质进口处安装流量调节器，以控制热流体媒质温度；说 明 书CN 102937388 A3/4页5本发明的用于钻井平台的余热回收换热器的螺旋盘管在热媒温度、压力变化和离心力作用下，以及被加热水流动力的冲动下，使盘管自由上下，左右浮动和高频振动，可使水垢不易粘附在管壁上，螺旋盘管产生的热伸冷缩变化也可使管内垢片碎裂脱落，然后被水带出，实现自动除垢；本发明的用于钻井平台的余热回收换热器中双螺旋盘管在壳体内是悬浮式的，具有较大的弹性伸缩空间，当被加

13、热流体媒质和螺旋盘管遇到冷热或震动产生膨胀冷缩变化时，由于浮式螺旋盘管特殊结构会将能量在壳体内就得到释放缓解，因此螺旋盘管与壳体接口处不会受到冲击，不易泄露，固定性能优良；本发明的用于钻井平台的余热回收换热器在柴油发动机的振动和烟气吹动作下，能自动有效的减少积碳，保持所述双螺旋盘管130表面清洁；由于本发明用于钻井平台的余热回收换热器单位面积换热量大，在传热量相当的条件下，所占空间仅为管壳式换热器的1/2-1/3，且其结构紧凑合理，因此本发明换热器体积小，现场安装、拆卸、维护、维修、使用简单方便。0018 较佳地，所述双螺旋悬浮式盘管130的媒质进入口131靠近所述烟气出口112，所述媒质进入

14、口131穿过所述外壳110的侧壁伸出所述外壳110的腔体外，所述双螺旋悬浮式盘管130管内的被加热流体媒质从靠近所述烟气出口112的位置成螺旋线流动形式流至靠近所述烟气进口111的位置，再由所述双螺旋悬浮式盘管130的媒质出口132排出，所述媒质出口132穿过所述外壳110的侧壁伸出所述外壳110的腔体外。0019 较佳地，所述导流板120呈半椭球状，面积较小的一端靠近所述烟气进口111，面积较大的一端靠近所述双螺旋悬浮式盘管130，所述导流板120的外侧壁上设有螺旋状导流槽（图1中未示）；从所述烟气进口111进入的烟气流经所述导流板120时，在所述螺旋状导流槽的导流作用下形成螺旋状烟气气流，

15、所述螺旋状烟气气流与进入所述双螺旋悬浮式盘管130的被加热流体媒质进行强化换热，使管内被加热流体媒质在逆向流动时形成三个热能的梯级利用区域，即预热、加热、过热，使被加热流体媒质得到了充分的换热，大大的提高了换热效率。0020 制作所述双螺旋悬浮式盘管130的方法是，一根椭圆直管按一定尺寸比例先绕制一个大管圈133，再绕制一个小管圈134，完成第一匝绕制，接着又绕制一个大管圈、一个小管圈，完成第二匝绕制，如此重复，直至绕制的匝数满足设计要求的双螺旋状；较佳地，所述大管圈133的直径为25cm，所述小管圈134的直径为20cm。大小管圈间距5 cm。0021 较佳地，所述外壳110、导流板120和

16、双螺旋悬浮式盘管130均采用ND钢（即09CrCuSb钢）材料制成，ND钢是目前最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀”用钢材，可抵御含硫烟气结露点腐蚀，而且ND钢还具有耐氯离子腐蚀的能力，大大提高了所述用于钻井平台的余热回收换热器的使用寿命；由于所述用于钻井平台的余热回收换热器采用了ND钢制作，与其它管壳式热交换器相比，换热量提高了35倍，在汽-水换热中，传热系数K值在4500K6500K之间，在水-水换热中，传热系数K值在32005000之间。0022 参见图2，较佳地，所述双螺旋悬浮式盘管130的横截面均呈椭圆形，在换热面积说 明 书CN 102937388 A4/4页6相同的情况下，椭圆管受到的阻力F（烟气流动过程中产生的）远小于圆管受到的阻力，相对圆形管柴油机排烟的背压减小1/3左右，使柴油机安全运行得到保障。说 明 书CN 102937388 A1/1页7图1图2说 明 书 附 图CN 102937388 A