一种适用于稠油热采余热回收的高差压板式换热器

1.本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种适用于稠油热采余热回收的高差压不等流道板式换热器。


背景技术：

2.石油是仅次于煤炭的化石能源，是经济发展必不可少的战略资源。在常规石油可供利用量日益减少的今天，可采储量是常规石油2.7倍的稠油正在成为人类生产生活中不可或缺的能源。
3.热力采油是稠油开采最基本的方法，根据对油层加热的方式可以分为两类：一类是把热流体注入油层，如蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油；另一类是在油层内燃烧来加热油层，如火烧油层、thai等。在稠油热采最常见的第一类方法中，井口采出液多为携带大量余热的高温油气水混合物，在从各个井口输送至处理站的过程中存在大量热量耗散，既增加了稠油热采生产能耗，又对环境造成了热污染。因此，在井口进行余热回收是油田降低余热耗散，提高能效，减少环境污染的有效手段。
4.在井口进行采出液的余热回收，最直接的方法就是利用采出液加热给水泵后锅炉给水，不会对油田注汽锅炉造成太大影响。在这个方案中，如何使换热器同适应高温高粘高密度油气水三相流和高压水是难点所在。
5.换热器的种类有很多，其中板式换热器与管式换热器是应用最为广泛的两种，但常规板式换热器无法应用于注汽锅炉泵后给水这种高压流体的换热；管式换热器和微通道换热器可进行高压换热，但当换热介质为油气水三相流时，极易出现热流通道堵塞的情况，运行稳定性很差。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种适用于稠油热采余热回收的高差压板式换热器，利用井口采出液余热加热注汽锅炉泵后给水，在回收采出液余热、降低生产能耗、提高油田能效的同时，不会对锅炉及后续油田生产工艺造成太大影响。
7.为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
8.一种适用于稠油热采余热回收的高差压板式换热器，该换热器包括冷热流体换热芯体、压紧板、冷流体进出口封头及与其相连的接管及法兰、热流体进出口封头及与其相连的接管及法兰。
9.采用宽直流道与高压小流道相间隔的结构，分别适应高温高粘高密度油气水三相流和高压水，并采用冷热流体纯逆流方式。
10.板对由光板片与槽道板片或两个槽道板片组成，构成耐高压冷流体的小流道；相邻板对由金属侧板分开，构成耐高温高粘高密热流体的宽直流道；多个板对与金属侧板共同构成了冷热流体的换热芯体。
11.所述板对间热流宽直通道为矩形通道；板对内部冷流小通道为z字形通道，截面可
根据传热面积、传热效率、通道阻力及经济性等要求选择半圆形、交错半圆、圆形、交错矩形、矩形等不同形状，其中，半圆形通道传热效率高、通道阻力小、经济性好，可在大部分情况下作为优选。
12.高温高粘高密度的油气水三相流，含气率较低时采用自上而下流动的方式布置，含气率较高时则采用自下而上流动的方式布置。
13.换热器芯体及压紧板采用扩散焊工艺制造，进出口封头与芯体之间采用激光焊工艺连接。
14.换热器芯体和封头等直接与油气水三相流接触的部件采用耐氯化物腐蚀能力强、综合力学性能好、强度高的材料加工。
15.换热器芯体和封头等直接与油气水三相流接触的表面可进行锌铝共渗处理，可以增加板片表面硬度、作为牺牲阳极为铁基体提供保护、在腐蚀过程中形成一层保护层，从而有效地降低腐蚀速率，提高换热器的使用寿命。
16.相对于现有技术，本发明的有益效果为：
17.本发明提供了一种适用于稠油热采余热回收的高差压不等流道板式换热器，采用宽直流道与高压小流道相间隔的结构以及扩散焊的工艺，可实现高温高粘高密度油气水三相流和高压水之间的稳定换热。换热器冷流通道为由光板片与槽道板片或两个槽道板片构成的耐高压小通道，热流通道为相邻板对与侧板构成的耐高温高粘高密流体的宽直通道，可使油气水三相流保持层流流动，解决了油气水三相流流动阻力大、易结垢、排气不畅且流道不易清洗、流体压差大等困难，流动压降小、流动及排气通畅、通道易清洗。本发明能够在回收采出液余热、降低稠油生产能耗及污染、提高稠油采收率的同时，不会对锅炉及后续油田生产工艺造成太大影响。
附图说明
18.图1为本发明油气水三相换热器的主视图
19.图2为本发明油气水三相换热器的侧视及多种微通道结构图
20.图3为本发明油气水三相换热器的俯视图与热流通道图
21.图中标号：1.板对；2.侧板；3.压紧板；4.冷流体进口封头；5.冷流体出口封头；6.冷流体进口接管；7.冷流体出口接管；8.冷流体进口法兰；9.冷流体出口法兰；10.热流体进口封头；11.热流体出口封头；12.热流体进口接管；13.热流体出口接管；14.热流体进口法兰；15.热流体出口法兰
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
23.一种适用于稠油热采余热回收的高差压板式换热器，如图所示，该换热器包括由多个厚度为2λ1的板对和厚度为λ3的侧板共同构成的换热器芯体，厚度为λ2的压紧板，冷流体进出口封头及与其相连的接管及法兰，热流体进出口封头及与其相连的接管及法兰。
24.采用宽直流道与高压小流道相间隔的结构，分别适应高温高粘高密度油气水三相流和高压水，并采用冷热流体纯逆流方式。
25.热流通道为由相邻板对与侧板构成的宽度为d2的耐高温高粘高密流体的矩形宽
直通道，通道结构简单、具有较大截面积，可使热流处于层流状态，解决了油气水三相流流动阻力大、易结垢、排气不畅且流道不易清洗、冷热流体差压大等困难，流动压降小、流动及排气通畅、通道易清洗，适用于稠油热采余热回收等场合。
26.冷流通道为由光板片与槽道板片或两个槽道板片构成的宽度为d1，间距为δ的耐高压小通道，通道截面可根据传热面积、传热效率、通道阻力以及经济性等要求选择半圆形、交错半圆、圆形、交错矩形、矩形等不同形状(如图2所示)。其中，半圆形微通道传热效率高、通道阻力小、经济性好，可在大部分情况下作为优选，仅当所需冷流换热面积较大时，选用其他通道截面。
27.换热器芯体及压紧板采用扩散焊工艺制造，承压能力强，接头质量好，不存在熔焊缺陷与过热组织的热影响区，可应用于高压流体的换热；进出口封头与芯体之间采用激光焊的工艺加工。
28.换热器芯体和封头等直接与油气水三相流接触的部件采用耐氯化物腐蚀能力强、综合力学性能好、强度高的材料加工。
29.换热器芯体和封头等直接与油气水三相流接触的表面可进行锌铝共渗处理，可以增加板片表面硬度、作为牺牲阳极为铁基体提供保护、在腐蚀过程中形成一层致密的保护层，从而有效地降低腐蚀速率，提高换热器的使用寿命。
30.高温采出液自输送管道中引出，经热流体进口接管12进入热流体进口封头10，在封头中进行流量分配，使采出液均匀进入各宽直流道中换热，换热后的采出液汇集在热流体出口封头11，经热流体出口接管13进入输送管道；高压水经锅炉给水泵加压后，经冷流体进口接管6进入冷流体进口封头4，在封头中进行流量分配，是高压水均匀进入高压小流道中换热，换热后的高压水汇集在冷流体出口封头5，经冷流体出口接管7进入锅炉。