海上稠油平台多头自调节油气混燃装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海洋石油稠油热采工程领域平台注汽技术相配套的油气混燃装置，特别涉及一种海上稠油平台蒸汽发生装置用的油气双燃料混燃器。
【背景技术】
[0002]当前，海上油田已探明稠油储量相当可观，但稠油因其重质组分含量高、粘度大、流动性差，开采难度极大，海上平台稠油热采注热技术的研宄刚刚起步，很多方面还不成熟，这都成为制约海上稠油经济有效开发的关键因素。因此，非常有必要开展海上稠油热采工程相关的关键技术与设备研宄。
[0003]目前，针对陆上稠油油田热采技术相配套的油田注蒸汽装置及其燃烧器已有代表性的产品，并已在新疆、辽河、胜利等油田进行了试验和应用，但由于陆上稠油油田热采燃料就地取材且相对单一以及设备占地面积和重量要求相对海上平台并不严格等实际工况，其注蒸汽装置主要为卧式，且其体积过于庞大，这就决定了所配置的燃烧器需为长火焰形式，且其燃料主要为煤气、煤或煤矸石等，或者采用天然气、合格原油或重质油等单燃料模式。而海上稠油平台受空间和重量成本的限制，其热采注蒸汽装置往往需要采用立式，其所配置的燃烧器也就需为短火焰形式；同时海上平台油井的产出物主要为原油及伴生气等，为达到节能减排的目的，平台设备用户的燃料应该能够首先充分利用自产的伴生气，在伴生气量不足的年份补充原油，尽量满足油气双燃料混燃模式，在这种情况下，陆上稠油油田注蒸汽装置所配置的燃烧器将不再适用，而需要依据海上稠油平台热采的实际，研发出具有短火焰、油气混燃、自动控制进气量等特点的稠油平台注蒸汽装置专用的燃烧器。
【发明内容】
[0004]为了克服现有陆上稠油油田热采所配燃烧器用于海上稠油平台时存在的缺陷和不足，本发明的目的是研发一种适合海上稠油平台热采注蒸汽装置的多头自调节油气双燃料混燃器。该油气混燃装置依据多混燃头、鼠笼式高压喷嘴、双层螺旋式燃烧片、扩压混燃腔、轴流式驱灰器、多分支喷淋器等特殊结构，具备装置紧凑，油气双燃料混燃，油气任意比例混合，燃油雾化、高压送风、热能转化率高，自动控制进油气量，短火焰且火焰均匀，火焰方向和长度可自调节，烟灰自清洁和双重清洗等特点。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种海上稠油平台多头自调节油气混燃装置，为平台热采注汽装置提供充足的热源，它主要由混燃器本体、多分支喷淋器、混燃头、燃料供应器、轴流式驱灰器、变频式送风系统和油气混燃控制系统等几部分组成。该油气混燃装置采用模块化设计，通过混燃器本体上部的法兰盘直接与平台上的热采注汽装置相联接，平台自产的合格原油由输油管汇送至鼠笼式高压燃油喷嘴，燃油雾化后喷入混燃头，伴生气由输气管汇送至鼠笼式燃气喷嘴，喷入油气预混室与雾化油进行混合，而空气由变频式送风系统的送风管汇送至鼠笼式空气喷嘴，喷入混燃室与油气接触并经自动点火器点火后油气燃烧产生火焰，火焰流经喉燃室增速减压进入增压室，其内截面不断增大的流道使得火焰流速逐渐降低而压力不断增大，接着经双层螺旋燃烧片形成内外旋向相反的螺旋式短火焰，最后由在轴流式驱灰器辅助作用下送入热采注汽装置，与此同时火焰的方向和长度依据注汽装置盘管内的蒸汽流量和温度自行调节。油气混燃控制系统通过监测进燃气量经由三向转换阀自动控制进燃油量，实现油气任意比例的混合，并通过监测混燃器本体内的温度经由气电转换器自动控制输油总管和输气总管的进油气量以及送风机的送风量，以保证盘管内的蒸汽温度保持恒定。
[0006]混燃器本体由里而外依次布置轴流式驱灰器与混燃头和燃料供应器，且在混燃头上部布置多分支喷淋器。混燃器本体选用压力容器材料Q345R，主罐腔通体内衬双向不锈钢或者超级双向不锈钢，混燃器本体采用立式容器的形式，分为主罐体和排污管两部分。主罐体采用柱形筒体和椭圆形封头相结合的构造，上部柱形筒体的顶端设置法兰盘，法兰盘上均匀布置28?40个螺孔，通过双头螺柱实现整个油气混燃器与平台热采注汽装置间的联接，并且油气混燃器与平台热采注汽装置间通过金属垫片进行密封；柱形筒体的中部设置带有圆孔的凸台，与多分支喷淋器的主干管间采用过盈配合实现多分支喷淋器与混燃器本体间的固定。主罐体下部的椭圆形封头中央部位设置柱形凸台，柱形凸台的中间设有密封腔，密封腔采用阶梯形圆形孔眼结构，其内放置密封填料，而柱形凸台的边缘均匀布置8个螺钉孔；柱形凸台的周围分别布置排污管和变频式送风系统的吹风管，排污管与吹风管支干段的轴线垂向放置且处于同一圆周上，同时排污管与吹风管分两侧对称布置；排污管与吹风管外侧的主罐体腔壁上沿圆周方向均匀布置3个圆形孔眼，孔眼的轴线与混燃器本体的中心线间呈15°。排污管出口与吹风管的主干段180°反向布置，多分支喷淋器自冲洗作业后的较大烟灰颗粒和冲洗液所携带的油泥等会一起落入主罐体的底部，并最终汇集至排污管后经排污管出口排出；排污管出口通过法兰盘和螺栓与排污管汇相联接，并且法兰间通过丁腈橡胶垫进行密封。
[0007]燃料供应器为整个油气混燃装置提供合格原油、伴生气、空气等燃料，同时实现高压燃油雾化、燃气高速喷射和高压送风，其材质选用双向不锈钢，它由燃油供应系统、燃气供应系统、送风系统和燃料盘组成，整个燃料供应器通过燃料盘将燃油供应系统、燃气供应系统和送风系统集于一体，燃料供应器与混燃头的数量相等。燃料供应器自燃料盘中心向外依次辐射布置I个燃油主喷嘴、8个燃气喷嘴、8个空气喷嘴和8个燃油支喷嘴，同时燃气喷嘴、空气喷嘴和燃油支喷嘴依次呈鼠笼式排列且其轴线均与燃油主喷嘴的轴线相平行。燃气喷嘴和燃油支喷嘴一一对应且其轴线处于同一角度，燃气喷嘴和燃油支喷嘴中间均匀布置空气喷嘴且与空气喷嘴交错排列。
[0008]燃料供应器的燃料盘由圆形钢板加工而成，其中央的圆形孔眼与燃油主喷嘴间过盈配合而实现固定，由内而外依次加工分层布置的圆形孔眼并分别与燃气喷嘴、空气喷嘴和燃油支喷嘴过盈配合，每层均匀布置8个孔眼且层间孔眼交错排列；燃料盘的边缘均匀布置16个螺钉孔，并通过紧定螺钉实现混燃头与燃料供应器间的联接；燃料盘的外环面与主罐体腔壁上的孔眼通过圆周焊的方式实现燃料供应器和混燃头在混燃器本体上的固定。
[0009]燃料供应器的燃油供应系统包括输油管汇和燃油喷嘴，输油管汇用来将合格原油由日用储罐输送至燃油喷嘴，油压满足3.0MPa以上，它包括输油总管、多路阀、输油支管和输油接头，合格原油流经输油总管并由多路阀统一分配给各输油支管，其中分配给输油主支管的燃油最多以保证燃油主喷嘴的燃油供应量，而分配给各输油分支管的燃油量相等且其总供应量为输油主支管内燃油流量的4倍，输油管汇通过输油接头与各燃油喷嘴进行联接。燃油喷嘴用来实现高压燃油雾化，为满足雾化效果，燃油粘度需在50°C时低于500cp，燃油喷嘴分为燃油主喷嘴和燃油支喷嘴且其结构相同，每个燃油喷嘴采用柱形厚壁筒构造，中间的流道由下而上依次为圆锥面、柱面和倒圆锥面，且下锥面的锥度大于上锥面，而下锥面的高度则小于上锥面；下锥面内沿锥面螺旋布置旋流齿，旋流齿轴向间距和旋流齿宽不断缩小，高压燃油经旋流齿产生高速旋转后，由中间的柱面流道喷射而出，经旋流离心作用而破碎并变成细油滴，雾化后的细油滴粒径小于75 μm，同时细油滴从上锥面流道喷射进混燃头内，上锥面的雾化角设计为25°?35°。
[0010]燃料供应器的燃气供应系统包括输气管汇和燃气喷嘴，而送风系统包括送风管汇和空气喷嘴，输气管汇和送风管汇均由输气总管、分气路由、输气支管和输气接头组成，伴生气或空气经输气总管并由分气路由均匀配送给各输气支管，输气管汇和送风管汇通过输气接头分别与各燃气喷嘴和空气喷嘴相联接。燃气喷嘴和空气喷嘴中间的流道均分为主气道和支气道，其中主气道均采用圆柱面，其轴线分别与燃气喷嘴或空气喷嘴的轴线重合，而支气道则由圆形柱面和喇叭口形锥面相结合，支气道柱面处的总横截面积等于主气道的截面积，燃气或空气经主气道换向进入支气道柱面稳流后由喇叭口形锥面喷出。输气管汇用来将伴生气由燃气储罐输送至燃气喷嘴，燃气喷嘴用来实现高压燃气的高速喷射并与雾化后的细油滴充分混合，每个燃气喷嘴结构相同且均包括呈180°对称布置的两个支气道，燃气喷嘴支气道的出口分别正对燃油主喷嘴和燃油支喷嘴，且燃气喷嘴支气道的轴线与其主气道、燃油主喷嘴和燃油支喷嘴的轴线处于同一垂面上，同时燃气喷嘴支气道的轴线与水平面间呈30°。送风管汇用来将变频式送风机产生的空气输送至空气喷嘴，空气喷嘴用来实现高压送风，每个空气喷嘴结构相同，且为保证充足的高压送风量和油气混均后充分燃烧，每个空气喷嘴均设有两层排列的支气道，每层含有三个沿圆周方向均匀布置的支气道，其中一个空气喷嘴支气道的出口正对燃油主喷嘴，而另外两个空气喷嘴支气道的出口正对两个相邻的燃油支喷嘴，所有空气喷嘴支气道的轴线与水平面间呈15°。由此，燃油主喷嘴共配置八个燃气喷嘴支气道和十六个空气喷嘴支气道，且各燃气喷嘴支气道和空气喷嘴支气道交错分布，而每个燃油支喷嘴均对应配置一个燃气喷嘴支气道和四个