一种高温高压蒸汽发生及循环利用系统的制作方法

本发明属于节能环保领域，具体涉及一种能够实现各类高温高压水、湿蒸汽及过热蒸汽循环利用的高温高压蒸汽发生及循环利用系统。

背景技术：

高温高压蒸汽作为一种高品质热源，已广泛用作各类换热设备的加热介质以及石油化工行业工艺介质。在换热领域，当高温高压蒸汽作为温度较高待加热工质的热源时，热源蒸汽将自身部分显热、部分乃至全部潜热传递给待加热介质后，自身温度略有下降或者不变，仍具有较高的温度值；高温高压热源蒸汽流经换热设备及输送管道时，克服各类沿程及局部阻力引发压力损失，自身压力将适当降低。故而，热源蒸汽流经此类换热设施后变为压力低于初始压力的高温高压水、湿蒸汽或者过热蒸汽。在稠油、超稠油开采领域，蒸汽热采已成为改善稠油采收率的有效手段。注入油藏的高温蒸汽，携带的热量对原油进行加热，原油粘性会急剧下降，流动性增强，从而提高油藏采收率。稠油热采井下工具及其工艺管柱是成功高效实施热采工艺的关键组件，其旨在实现对各油层之间的分隔以及注蒸汽流量的控制。高温高压蒸汽测试平台是研究、优化、开发热采井下工具及其工艺管柱的硬件基础。该平台进口介质为高温高压湿蒸汽、饱和蒸汽或过热蒸汽，出口介质为压力略有下降的湿蒸汽或者过热蒸汽。

高温高压蒸汽流经上述部分换热设施、研究平台后，自身压力下降、温度下降或者不变，所携带能量不足，不能再次返回换热设施、研究平台入口直接作为热源使用。现有传统工艺，通常采用开放式系统，制取新的高温高压蒸汽以满足换热设施及上述平台的需要，而将换热设施或者上述研究平台的所排出的高温高压水、湿蒸汽或过热蒸汽直接用循环冷却水冷却下来，从而造成了极大地能源浪费。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高温高压蒸汽发生及循环利用系统，该系统结构设计合理，使用方便，能够有效解决高温高压蒸汽用汽单元直接外排高温高压水、湿蒸汽及过热蒸汽造成极大能源浪费的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种高温高压蒸汽发生及循环利用系统，包括：蒸汽发生与利用单元、节能回热单元及调湿补水单元；

所述蒸汽发生与利用单元，包括：高压水缓冲罐、增压泵、升温器、补热器、用汽单元和降温器，高压水缓冲罐下部出口经增压泵连接至升温器冷侧入口，升温器冷侧出口与补热器连通，补热器出口经温湿调节器连接至用汽单元，用汽单元出口与降温器热侧入口接通，降温器热侧出口接至高压水缓冲罐上部入口；

所述节能回热单元包括蒸汽压缩机和节流降压器，蒸汽压缩机出口接至升温器热侧入口，升温器热侧出口与节流降压器连通，节流降压器出口经高压贮存罐连接至降温器冷侧入口，降温器冷侧出口与蒸汽压缩机入口端连通；

补热器、温湿调节器及高压贮存罐分别通过管路与调湿补水单元相连。

优选地，在高压水缓冲罐顶部设置第一控制阀，底部设置排水背压阀，第一控制阀和排水背压阀的出口分别接至冷却器。

进一步优选地，补热器出口与温湿调节器的第一入口接通。

进一步优选地，所述调湿补水单元包括给水箱和高压泵，给水箱出口端与高压泵入口端连通，高压泵的出口端分为四个支路，第一支路经第二控制阀接至给水箱上部入口；第二支路经第三控制阀连接至补热器入口端；第三支路经第四控制阀与温湿调节器第二入口接通；第四支路经第五控制阀接至高压贮存罐下部入口。

优选地，节能回热单元的蒸汽压缩机侧介质为高压蒸汽，节流降压器侧介质为高压水。

优选地，高压贮存罐设置于节能回热单元的最低位置处。

优选地，高压贮存罐底部出口经排水阀与冷却器入口接通。

优选地，在用汽单元的进口管路和出口管路之间还设有用汽单元旁路控制阀。

优选地，在用汽单元的进口管路上设有干度仪、温度计和第一压力表。

优选地，在高压水缓冲罐上设有第二压力表。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的高温高压蒸汽发生及循环利用系统，包括蒸汽发生与利用单元、节能回热单元与调湿补水单元；在蒸汽发生与利用单元的降温器处，用汽单元外排高温高压水、湿蒸汽或过热蒸汽，将自身全部潜热及部分显热传递给节能回热单元中的导热介质，自身转变为具有一定过冷度的高温高压水，再经增压泵补压至用汽单元入口蒸汽压力后，进入升温器。在蒸汽发生与利用单元的升温器处，节能回热单元内升温、经蒸汽压缩机升压后的导热介质又将更多的能量返还给升压后用汽单元外排流体，近似实现了用汽单元外排高温高压水、湿蒸汽或过热蒸汽自身储能的零损耗。因此，本系统将用汽单元外排高温高压水、湿蒸汽或者过热蒸汽直接升压、升温恢复至用汽单元入口处蒸汽温度压力参数，从而充分回收利用用汽单元外排介质储能，具有明显的节能环保效益，且系统结构设计合理、使用方便。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

其中，1-高压水缓冲罐；2-增压泵；3-升温器；4-补热器；5-温湿调节器；6-用汽单元；7-降温器；8-蒸汽压缩机；9-节流降压器；10-高压贮存罐；11-排水背压阀；12-冷却器；13-给水箱；14-高压泵；V1-第一控制阀；V2-第二控制阀；V3-第三控制阀；V4-第四控制阀；V5-第五控制阀；V6-用汽单元旁路控制阀；V7-排水阀；X1-蒸汽干度仪；T1-温度表；P1-第一压力表；P2-第二压力表。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明公开的高温高压蒸汽发生及循环利用系统，包括：蒸汽发生与利用单元、节能回热单元及调湿补水单元。

蒸汽发生与利用单元，包括：高压水缓冲罐1、增压泵2、升温器3、补热器4、用汽单元6和降温器7，高压水缓冲罐1下部出口经增压泵2接至升温器3冷侧入口，升温器3冷侧出口与补热器4接通，补热器4出口经温湿调节器5接至用汽单元6，用汽单元6出口与降温器7热侧入口接通，降温器7热侧出口接至高压水缓冲罐1上部入口；

节能回热单元包括蒸汽压缩机8和节流降压器9，蒸汽压缩机8出口接至升温器3热侧入口，升温器3热侧出口与节流降压器9接通，节流降压器9出口经高压贮存罐10接至降温器7冷侧入口，降温器7冷侧出口与蒸汽压缩机8入口接通；

补热器4、温湿调节器5及高压贮存罐10分别通过管路与调湿补水单元相连。

优选地，节能回热单元的蒸汽压缩机8侧介质为高压蒸汽，节流降压器9侧介质为高压水。

在高压水缓冲罐1顶部设置第一控制阀V1，第一控制阀V1为排气阀。在高压水缓冲罐1底部设置排水背压阀11，第一控制阀V1和排水背压阀11的出口分别接至冷却器12。补热器4出口与温湿调节器5的第一入口接通。

所述调湿补水单元包括给水箱13和高压泵14，给水箱13出口与高压泵14接通，高压泵14出口分四个支路，第一支路经第二控制阀V2接至给水箱13上部入口，第二控制阀V2为高压泵14出口至给水箱回路上的控制阀；第二支路经第三控制阀V3接至补热器4入口，第三控制阀V3为高压泵14出口至补热器4支路上的控制阀；第三支路经第四控制阀V4与温湿调节器5第二入口接通，第四控制阀V4为高压泵14出口至温湿调节器5支路上控制阀；第四支路经第五控制阀V5接至高压贮存罐10下部入口，第五控制阀V5为高压泵14出口至高压贮存罐10下部进口支路上控制阀。

高压贮存罐10设置于节能回热单元的最低位置处，高压贮存罐10底部出口经排水阀V7与冷却器12入口接通。

在用汽单元6的进口管路和出口管路之间还设有用汽单元旁路控制阀V6。

优选地，在用汽单元6的进口管路上设有蒸汽干度仪X1、温度计T1和第一压力表P1。在高压水缓冲罐1上设有第二压力表P2。

本发明的高温高压蒸汽发生及循环利用系统，在工作时：

为叙述方便，用汽单元入口蒸汽的干度为蒸汽干度仪X1测得，记为X1；入口蒸汽的温度由温度计T1测得，记为T1；入口蒸汽的压力由第一压力表P1测得，记为P1；高压水缓冲罐1内压力由第二压力表P2测得，记为P2。

假定用汽单元入口蒸汽为湿蒸汽或过热蒸汽，出口蒸汽为湿蒸汽或者过热蒸汽，且满足条件如下：

入口蒸汽为湿蒸汽时，X1＜1，T1为P1对应的饱和温度；

入口蒸汽为过热蒸汽时，T1高于P1对应的饱和温度；

用汽单元出口蒸汽为湿蒸汽或过热蒸汽时，压力均为P2；

则需满足P2<P1。

给水由给水箱13流出，在高压泵14泵送作用下，依次进入补热器4、温湿调节器5、用汽单元旁路控制阀V6、降温器7热侧，最后经高压水缓冲罐1上部入口进入高压水缓冲罐1。在高压泵14的不断补水下，高压水缓冲罐1内液位逐步上升，不凝结性气体由高压水缓冲罐1顶部排气阀V1排出，经冷却器12排入外界环境。当高压水缓冲罐1充满液态水后，开启并调节排水背压阀11，使得高压水缓冲罐1内压力逐步升高并维持至第二压力表P2测得压力。对于节能回热单元，在高压泵14的泵送作用下，将一定量的给水，经控第五控制阀V5输送入高压贮存罐10及降温器7的热侧。

启动增压泵2、补热器4，增压泵2将来自高压水缓冲罐1内高压水由压力P1升高至P2，压力为P2的高压水在补热器4处吸热升温，变为用汽单元6入口处目标参数的高温高压蒸汽。接着，高温高压蒸汽经用汽单元旁路控制阀V6进入降温器7热侧，将热量传递给降温器7冷侧导热介质，自身转变为具有一定过冷却的高压水，流入高压水缓冲罐1。高压水缓冲罐1下部出水，继续经增压泵2升压后进入升温器3冷侧，从升温器3热侧导热介质吸热；吸热后高温高压介质，该高温高压介质的压力由用汽单元6入口管道上第一压力表P1测得。必要时在补热器4处对其适当补热，流经补热器4后转变为高温高压蒸汽，经温湿调节器5进入用汽单元6。当补热器4出口蒸汽温度、干度过高时，给水可由高压泵14出口，流经第四控制阀V4进入温湿调节器5第二入口，以保证温湿调节器5出口达到目标蒸汽温度和蒸汽干度，该目标蒸汽温度与蒸汽干度由设置在用汽单元6进口管路上的温度计和干度仪测得。与此同时，节能回收模块内导热介质，在降温器7冷侧吸收来自热侧用汽单元外排高温高压水、湿蒸汽或者过热蒸汽的潜热及部分显热，汽化为高温蒸汽后进入蒸汽压缩机8；高温蒸汽在蒸汽压缩机8作用下，进一步升压、升温，之后进入升温器3热侧，将自身热量传递给升温器4冷侧高压水，自身转变为高压水。导热高压水经节流降压器9节流降压后，流经高压贮存罐10，再次进入降温器7冷侧，将用汽单元外排介质部分热能在降温器7处取出，并在升温器3处将更多的热能返还给用汽单元外排介质，如此循环往复。

本系统中，节能回热单元内导热高压水在降温器冷却将用汽单元外排介质部分热能取出，并在升温器处将更多的热能返还给用汽单元外排介质，近似实现了用汽单元外排高温高压水、湿蒸汽或者过热蒸汽自身储能的零损耗。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。