制备过热蒸汽的方法和蒸汽加热炉.pdf

本发明涉及制备过热蒸汽的方法和蒸汽加热炉，是一种应用于油田原油热采工艺过程中，为加热油层提供过热蒸汽的方法及其加热炉。制备蒸汽方法包括：加热制备蒸汽；汽与颗粒水分离；制备过热蒸汽；过热蒸汽与分离水混合；过热蒸汽送注汽井口。过热蒸汽炉特征是：炉内为两层盘管结构。两层盘管分别有进口和出口。外盘管出口连接高压汽水分离器的蒸汽入口。内盘管的进口连接高压汽水分离器的出汽口。外盘管产生的蒸汽经过高压汽水分离器，进入过热器。经过汽水分离后进入过热器的汽不含杂质，管内壁不会结垢。提高内盘管使用寿命，预防内盘管爆裂。本办法制备的蒸汽干度高，能提高油层温度，降低原油粘度，提高采油的效果。

1、  一种制备过热蒸汽的方法，主要应用于油田原油热采工艺过程中，为加热油层提供过热蒸汽，其包括：
a、在加热炉内加热蒸发器(3)制备蒸汽；其特征在于：
b、汽水分离：蒸汽经蒸汽管线(6)进入汽水分离器(9)，分离出蒸汽中的水；
c、制备过热蒸汽：分离出的汽通过汽管线(7)进入加热炉(2)的过热器(4)再加热，产生过热蒸汽；
d、过热蒸汽与水混合：过热蒸汽经过过热蒸汽管线(8)到达汽水混合器(11)，从汽水分离器(9)分离的水经分离水管线(10)至汽水混合器(11)，过热蒸汽与水在混合器(11)内混合；
e、送注汽井口：混合后的过热蒸汽加压经注汽管线(12)送入热采注汽的井口。

2、  一种过热蒸汽炉(2)是由燃烧器(1)、炉体(15)、烟囱(16)和安全阀等所组成，炉体(15)内有耐火保温层(13)，其特征在于：炉体(15)内的辐射管为内外两层盘管结构，外盘管(4)与内盘管(3)之间的距离在100-500毫米之间，内盘管(4)为过热器，外盘管(3)为蒸发器，两层盘管分别有进口和出口，外盘管(3)出口连接高压汽水分离器(9)的蒸汽入口(19)，内盘管(4)的进口连接高压汽水分离器(9)的出汽口(28)。

3、  如权利要求2所述的过热蒸汽炉(2)，其特征在于：炉体(15)内靠近燃烧器(1)的盘管内侧，有复合隔热层(14)，复合隔热层(14)的厚度为10-30毫米。

4、  一种高压汽水分离器(9)由高压罐体(20)等组成，罐体(20)为圆柱形，罐体(20)上有温度计、液位计和安全阀安装接口(22)(24)(26)，其特征在于：罐体(20)下部有蒸汽入口(19)，灌顶(2)部有出汽口(28)，罐底部有出水口(17)，罐内有至少两层孔板(21)(25)，即水下孔板(21)和均汽孔板(25)，孔的直径为8-12毫米之间，罐体(20)内顶部有除沫器(27)。

5、  如权利要求4所述的高压汽水分离器(9)，其特征在于：孔板(21)(25)的形状为锥形，锥度在90-150度之间，孔板(21)(25)厚度在3-10毫米之间，孔板(21)(25)焊接在罐体(20)内部。

6、  如权利要求4所述的高压汽水分离器(9)，其特征在于：罐体(20)底部出水口上有一个防涡板(18)。

制备过热蒸汽的方法和蒸汽加热炉
所属技术领域
本发明涉及制备过热蒸汽的方法和蒸汽加热炉，是一种应用于油田原油热采工艺过程中，为加热油层提供过热蒸汽的方法及其加热炉。提高注汽干度，并能根据工艺需要随时调节注汽温度。采用外螺旋盘管加热产生蒸汽，经外置的汽水分离器脱水后，干汽进入加热炉内螺旋盘管二次加热产生过热蒸汽；并可以将分离出的水在混合器内与过热蒸汽混合，达到调节稠油热采注蒸汽温度的目的。
背景技术
目前，油田针对稠油地层采油难的问题，开展原油热采工艺，其中包括蒸汽吞吐和蒸汽驱工艺。适合采用蒸汽吞吐的稠油一般指原油粘度在150mPa.s以上，如果原油粘度在1-5×10⁴mPa.s之间，则采用蒸汽驱工艺。采用蒸汽吞吐和蒸汽驱工艺后，稠油开采效果有明显提高。蒸汽吞吐采油就是将一定量高温高压饱和蒸汽注入油层，焖井数天，以加热油层中的原油，然后开井回采。中国专利申请号为03156478.X，就是一个利用过热蒸汽注入油藏的热采方法专利申请。
经实践和实验室模拟试验表明，注入油层饱和蒸汽的干度是影响蒸汽吞吐和蒸汽驱采油效果的首要因素，对稠油热采效果影响极大。这一结论性的论述已经编入石油工业出版社《采油技术手册》第八分册——稠油热采工程技术中。可见注入油层饱和蒸汽的干度对蒸汽吞吐和蒸汽驱采油的重要性。然而，由于现场制备蒸汽的加热炉提供的是湿蒸汽，汽压为9-18MPa，干度为50-63％之间。湿蒸汽干度不能提高，严重影响蒸汽吞吐和蒸汽驱采油效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备蒸汽方法和蒸汽加热炉，提高过热蒸汽的干度，同时还可以根据采油现场的需要，对过热蒸汽的温度进行调解，以适应不同井深，不同油层热采工艺对过热蒸汽温度的需要。
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：
a、加热制备蒸汽：通过水管线将水送入加热炉的蒸发器(外盘管)，水加热为蒸汽。蒸汽中含有汽和颗粒状水。
b、汽与颗粒水分离：由外盘管(蒸发器)来的湿蒸汽进入汽水分离器，分离出蒸汽中的颗粒水，从而提高汽的干度。一般经过汽水分离器分离后的蒸汽干度为100％，清除颗粒状水。
c、制备过热蒸汽：分离出的汽通过汽管线进入加热炉过热器(内盘管)再加热，产生过热蒸汽。过热蒸汽干度为100％，温度可达400-540℃。
d、过热蒸汽与分离水混合：过热蒸汽经过过热蒸汽管线到达汽水混合器，从汽水分离器分离水经分离水管线至汽水混合器。过热蒸汽与水在混合器内混合。从而调节过热蒸汽温度仍保持有热采工艺所需要的过热度(过热蒸汽温度与相应压力下饱和温度之差值)，干度仍保持在100％。
e、送注汽井口：混合后的过热蒸汽加压送入热采注汽井口，直至送达地下油层，提高油层温度，降低原油粘度，提高采油效果。
为实现上述制备过热蒸汽方案，我公司研制了过热蒸汽炉、汽水分离器。
过热蒸汽炉是由燃烧器、炉体、烟囱和安全阀等所组成，炉体内有耐火保温层，其特征在于：炉体内的辐射管为内、外两层盘管结构。外盘管与内盘管之间的距离在100-500毫米之间。内盘管为过热器，外盘管为蒸发器。两层盘管分别有独立的进口和出口。外盘管出口由蒸汽管线，连接高压汽水分离器的蒸汽入口。内盘管的进口有汽管线，连接高压汽水分离器的出汽口。蒸发器(外盘管)产生的蒸汽经过高压汽水分离器，将蒸汽中的含有杂质的颗粒状高盐份水过滤，然后进入过热器(内盘管)。经过汽水分离后进入过热器的汽为纯净汽，基本不含杂质。过热器(内盘管)长期使用，管内壁不会产生积盐现象。提高内盘管使用寿命，预防内盘管爆裂。
为了调解炉体内温度，使盘管受热均匀，预防靠近燃烧器的局部盘管温度过高，在靠近燃烧器的盘管内侧，有复合隔热层。复合隔热层的厚度为10-30毫米。
为了实现汽水分离，保障汽水分离器的分离效果，设计了新颖的汽水分离器，其结构是：高压汽水分离器由高压罐体等组成，罐体为圆柱形，罐体上有温度计、液位计和安全阀安装接口，其特征在于：罐体下部有蒸汽入口，灌顶部有出汽口，罐底部有出水口，罐内有至少两层孔板，即水下孔板和均汽孔板，孔的直径为8-12毫米之间。罐体内顶部有除沫器。蒸汽从罐体下部蒸汽入口进入罐内，纯净汽通过孔板到达灌顶部，从出汽口排出；颗粒状水被孔板阻挡，聚集成水滴，流到罐底部。水聚集可以漫过水下孔板。罐内水超过一定高度，可以从罐底部出水口排出。罐体顶部设除沫器，当汽通过除沫器时，将其中经两级孔板未清除干净的高盐份水滴进一步除去，确保进入过热器的蒸汽纯净，以确保过热器上不积盐，保证过热器安全可靠运行。
为了加工制作方便，罐体的高度在1800-3500毫米之间，罐体直径在400-800毫米之间。
为了便于孔板上聚集的水流下，孔板的形状为锥形，锥度在90-150度之间，孔板厚度在3-10毫米之间，孔板焊接在罐体内部。
为了防止水从罐底流出时，罐内水产生漩涡，罐体底部出水口上有一个防涡板。
本发明的有益效果是：经过本发明制备的过热蒸汽干度为100％，温度可达400℃左右。能为开展热采得油井提供100％干度的过热蒸汽，同时还可以根据现场热采工艺的需要，对过热蒸汽的温度进行调节，以适应不同井深，不同油层对过热蒸汽温度的需要。本发明还收到了意想不到的效果：经过汽水分离后进入过热器(内盘管)的汽为纯净汽，不含杂质。所以过热器(内盘管)长期使用，内壁不会产生结垢现象。提高过热器(内盘管)使用寿命，预防内盘管爆裂，提高蒸汽加热炉安全性和实用性能。同时，分离器分离出的水也可以注入地层，得到很好利用，不需要就地外排或往站内拉运，既利用了其热能，又保护了环境。从本发明为热采提供过热蒸汽的方法和所产生的积极效果看，本发明具有独特的创意，具有新颖性和很好的现场实用性，值得在稠油热采现场推广使用。
附图说明
附图1是本发明制备过热蒸汽的流程示意图。
附图2是过热蒸汽炉结构剖面示意图。
附图3高压汽水分离器的结构示意图。
图中，1.燃烧器，2.过热蒸汽炉，3.蒸发器(外盘管)，4.过热器(内盘管)，5.水管线，6.蒸汽管线，7.汽管线，8.过热蒸汽管线，9.汽水分离器，10.分离水管线，11.汽水管线，12.注汽管线，13.耐火保温层，14.复合隔热层，15.炉体，16.烟囱，17.出水口，18.防涡板，19.蒸汽入口，20.罐体，21.水下孔板，22.温度计，23.压力表接口，24.液位计接口，25.均汽孔板，26.安全阀接口，27.除沫器，28.出汽口。
具体实施方式
实施例(附图1)：以一个蒸发量为15t/h的蒸汽加热炉为例进行说明。a、首先加热制备蒸汽：通过水管线(5)将水送入加热炉的蒸发器(3)，即外盘管。水被加热转化为蒸汽，此时为饱和蒸汽。饱和蒸汽中含有汽和颗粒状水，蒸汽温度高于100℃。
b、汽水分离：将饱和蒸汽通过蒸汽管线(6)送入汽水分离器(11)，即内盘管，将水从饱和蒸汽中分离出来，得到汽干度为100％。完全清除了饱和蒸汽中的颗粒状水。
c、制备过热蒸汽：分离出地汽通过汽管线(7)进入加热炉过热器(4)即内盘管，再加热，产生过热蒸汽。过热蒸汽干度为100％，温度达到400-540℃。
d、过热蒸汽与分离水混合：过热蒸汽经过过热蒸汽管线(8)到达汽水混合器(11)。从汽水分离器(9)分离的水经分离水管线(10)也到达汽水混合器(11)。过热蒸汽与水在混合器(11)内混合。降低过热蒸汽温度，但过热蒸汽的干度仍保持在100％，注入地层的仍为过热蒸汽。
e、送注汽井口：混合后的过热蒸汽加压通过注汽管线(12)送入热采注汽井口。每小时提供注入蒸汽15吨，能满足一口井热采过程的要求。
所采用的过热蒸汽炉(2)实施例(附图2)：燃烧器(1)可以采用燃气燃烧器，也可以采用燃油燃烧器，还可以采用油气两用燃烧器，安装在炉体(15)的端部。炉体(15)采用圆柱形卧式，炉体(15)直径为2500-3200毫米，长度为6000-8000毫米。炉体(15)内壁有隔热保温层(13)。过热蒸汽炉还包括烟囱(16)和安全阀等。炉体(15)内有盘管(4)(3)，盘管(4)(3)为内外两层。内盘管(4)是过热器，外盘管(3)是蒸发器。外盘管(4)与内盘管(3)之间的距离200毫米。外盘管(4)与内盘管(3)采用直径为85毫米的无缝钢管焊接制成，内盘管(4)盘好后直径为1400毫米，外盘管(3)盘成直径1700毫米。外盘管(3)在炉体(15)端部设有进口和出口。内盘管(4)在炉体(15)端部设也有进口和出口。外盘管(3)出口通过蒸汽管线(6)连接高压汽水分离器(9)的蒸汽入口(19)。内盘管(4)的进口通过连接高压汽水分离器(9)的出汽口(28)。蒸发器(3)(外盘管)产生的蒸汽经过高压汽水分离器(9)，将蒸汽中的含有杂质的颗粒状水过滤后，进入过热器(4)(内盘管)的汽为纯净汽，不含杂质。长时间使用内盘管(4)内壁不会产生结垢现象。
高压汽水分离器(9)实施例(附图3)：罐体(20)高3000毫米，罐体(20)为圆柱形，罐体(20)直径在600-800毫米，采用20-40毫米钢板焊接成。罐体(20)上有温度计接口(22)、液位计接口(24)和安全阀接口(26)，分别安装温度计、液位计和压力安全阀。罐体(20)下部距离罐底400毫米处有一个蒸汽入口(19)，采用直径为100毫米管焊接在罐体(20)上。灌体(20)顶部的出汽口(18)采用100毫米管焊接。罐底部的出水口(17)为25毫米管焊接。罐体(20)内部有两层孔板(21)、(25)。水下孔板(21)距离罐底800毫米，均汽孔板(25)距离罐底2200毫米。孔板(21)、(25)采用8毫米厚钢板，制成圆锥形，锥度为120度。孔板(21)、(25)上均匀布满直径为8毫米的孔。罐体(20)内顶部有除沫器(27)，可以防止蒸汽携带更细小的含盐水滴进入过热器，从而避免在过热器上积盐引起过热爆管，造成安全事故。罐体底部出水口(17)上有一个防涡板(18)，防止水从罐底流出时罐内水产生漩涡。