专利名称：立式列管高效节能加热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到既有热发生装置，又有将产生的热传给流体的装置的设备。例如，油田油气集输热力系统中的水套加热炉、民用采暖和洗浴等加热及传热设备。具体而言是一种立式列管高效节能加热器。
据九十年代中期初步统计，我国油气田各类加热炉已有1.6万多台，总容量达5650MW，相当于我国火力发电装机总容量的9.1％，其平均热效率仅为60％。若对其进行一些技术改造或设备更新，把平均热效率提高到75％，每年可节省相当于79万吨原油的燃料。其中的火筒式间接加热炉，简称“水套炉”，是国内油气田普遍应用的加热及热交换设备。它以天然气或原油为燃料将水加热，再以水为传热介质将热量传递给流动状态的原油、天然气或油水混合液，使其达到集输工艺要求的温度。此类加热炉一般为卧式结构，由承压壳体、火筒、烟管、水平油盘管等组成。其主要缺点不但是热效率较低，而且钢材耗用量较大，对保温材料要求高，制造成本较高，带压运行，需经常加水，一旦熄火易结冻，搬迁和安装也不太方便。经检索，已有十多篇相关专利文献。其中的“火筒式热管加热炉”(专利号89209568.7)与上述“火筒式间接加热炉”基本相同。“火管导热辐射干式加热炉”(专利号95231442.8)，结构与上述“水套炉”相似，但省去了炉体外的水包等配套部件，不用水作传热介质，而由火管对导热辐射器进行加热，导热辐射器再对其上方的油盘管辐射加热，克服了上述“水套炉”部分缺点，但其热效率仍然较低。“立式热管原油加热炉”(专利号94235552.0)和“挡板式导热油炉”(专利号94228838.6)，都以油性介质代替水作为传热介质，结构比较复杂，导热油使用年限不长价格也不低，其热效率也不够高。“复合式热管原油加热器”(专利号95231924.1)，采用复合化学工质作为热交换介质，其热效率有所提高，但结构也较复杂。
鉴于已有技术的上述缺点和不足之处，本实用新型的目的就在于提供一种结构形式与众不同，并且采用ZGM复合化学介质的立式列管高效节能加热器，不但能进一步提高热效率，节省大量宝贵的油气能源，而且能减少钢材用量，进一步降低制造成本，提高安全工作性能，延长使用寿命。
上述目的是由下述技术方案实现的本加热器包括常压壳体、燃烧系统、传热系统和烟气通道四大部分。其中的常压壳体是立式圆筒体，上顶部焊接椭圆封头，筒体和上封头外表面都有保温层。筒体中部前侧面有检查孔，后侧面有温度计插孔，下部后侧面靠近燃烧室的上方有受热流体进出管口和单井油、气计量检测进出管口。燃烧系统置于筒体底部，由底板、顶立柱、燃烧室、耐火材料和燃烧道组成。顶立柱置于燃烧室内，燃烧室内壁有耐火材料衬里。燃烧道置于燃烧室的前侧面，燃烧室与燃烧道交接处上方有观火孔管，燃烧室底部侧面有清灰口。传热系统置于筒体的内腔，由传热复合化学介质管、受热流体立式列管、列管上部连通弯头和列管下部连通短管组成。传热介质管插入受热流体列管的内腔，并且二者保持同轴心。介质管下部比受热列管长，其长出的部分伸入燃烧室内。每相邻两根立式列管的上端焊接一个连通弯头，下端则焊接一根连通短管，由上部的连通弯头和下部的连通短管把各立式列管依次串联起来，成为一路连通管，受热流体即从立式列管与介质管二者之间的环形空腔流过。烟气通道由下隔烟板、上隔烟板、烟囱短节和烟囱组成。下隔烟板置于筒体下部并作为燃烧室的上盖，上隔烟板置于筒体上部并作为立式列管的扶正固定板，烟囱短节焊接在椭圆封头中心孔上。
上述立式列管高效节能加热器中的传热介质管与受热流体立式列管二者之间，上端在列管内壁焊接一个固定扶正伸缩套，列管下端口与介质管之间焊接环形平封头。这样既可保持二者同轴心，又能保证有足够的过流面积。
上述立式列管高效节能加热器中的传热介质管采用薄壁金属圆管，其上、下两端封堵，内部抽成真空并充入ZGM复合化学介质。
上述立式列管高效节能加热器中的上、下隔烟板上都有若干个烟气孔，下隔烟板上的烟气孔置于其后部及两侧，上隔烟板上的烟气孔置于其前部及两侧。
按照上述技术方案制造成的立式列管高效节能加热器，与在用的水套炉对比，具有下述主要优点1.ZGM复合化学介质与水对比，前者具有沸点低(55℃)，水为100℃，等量介质由相同的常温加热到100℃，前者所需热量只是水的55％，节省45％；或者说，如果等量介质吸收相同的热量，使水温升至100℃，而ZGM复合化学介质的温度可达到近160℃。在100℃时，前者的汽化潜热为786卡/千克，水为539卡/千克，前者是后者的1.46倍。所以节能可达45％以上。还因结构设计有所创新，本加热器的热效率可达90％左右。
2.以45kW的同等功率为例，水套炉外形尺寸为Φ800×3000，需用钢材945kg，本加热器外形尺寸为Φ700×2000，需用钢材570kg，可节省钢材40％左右。
3.本加热器壳体为常压壳体，无需压力表、水位计和安全阀及壳体以外的水包、管路等许多配件，对保温材料也无较高的要求，ZGM复合化学介质用量很少，价格不高，使用寿命10年以上。进一步降低了制造成本。
4.水套炉需经常加水，冬季熄火易结冻，事故较多；本加热器传热介质管中的ZGM复合化学介质是在真空封闲状态反复汽化、液化，高温不分解，无损耗，无环境污染，熄火也不结冻、安全可靠。
5.本加热器可整体搬迁吊装就位，有利于快速安装施工，变动工况适应性强，操作和管理简便，使用寿命长(5年以上)，维护费用低。
6.本加热器结构根据各种需要稍加改变，还可用于采暖、洗浴等场合，也可与太阳能、余热利用等技术相结合，形成高效节能配套新产品。
附
图1是本实用新型立式列管高效节能加热器整体结构剖视图。
附图2是
图1的A-A断面俯视示意图。
附图3是其内部的传热列管组装展开示意图。
结合附图对本实用新型的实施例阐述如下附图中，1是底板，2是燃烧器连接法兰，3是燃烧道，4是观火孔管，5是下隔烟板，6是受热流体立式列管，7是检查孔，8是传热复合化学介质管，9是常压圆筒体，10是保温层，11是上隔烟板，12是椭圆封头，13是烟囱短节，14是烟囱，15是列管上部连通弯头，16是温度计，17是受热流体进出管口，18是单井油、气计量检测进出管口，19是列管下部连通短管，20是清灰口，21是顶立柱，22是耐火材料衬里，23是燃烧室。B是高温烟气室，C是低温烟气室，D是下隔烟板上的烟气孔。
如附
图1、2所示，本加热器包括常压壳体、燃烧系统、传热系统和烟气通道四大部分。其常压壳体是立式圆筒体9，上顶部焊接椭圆封头12，其外表面有保温层10。筒体9中部前侧面有检查孔7，后侧面有温度计16，下部后侧面有受热流体如原油进出管口17和单井油、气计量检测进出口管18。燃烧系统置于筒体9的底部，由底板1、顶立柱21、燃烧室23、耐火材料22衬里和燃烧道3组成。顶立柱21置于燃烧室23内，燃烧室23内壁有耐火材料22衬里。燃烧道3置于燃烧室23的前侧面，其外端口有连接法兰2与燃烧器(图中未画)连接。燃烧室23与燃烧道3交接处上方有观火孔管4，燃烧室23底部侧面有清灰口20。传热系统置于筒体9的内腔，由传热复合化学介质管8、受热流体立式列管6、列管上部连通弯头15和列管下部连通短管19组成。传热介质管8插入受热流体列管6的内腔，并且二者保持同轴心，介质管8下部比列管6长，其长出的部分伸入燃烧室23内。由图3可见，每相邻两根列管6的上端焊接一个弯头15，而下端则焊接一根短管19。本实施例由上部的6个连通弯头15和下部的5根短管19把12根立式列管6依次串联起来，成为一路连通管，受热流体即从其一个管口17进入，由另一个管口17流出。由
图1可见，烟气通道由下隔烟板5、上隔烟板11、烟囱短节13和烟囱14组成。下隔烟板5置于圆筒体9下部并作为燃烧室23的上盖。上隔烟板11置于圆筒体9上部并作为立式列管6的扶正固定板。烟囱短节13焊接在椭圆封头12中心孔上。圆筒体9内的下隔烟板5与上隔烟板11之间为高温烟气室B。上隔烟板11以上为低温烟气室C。由图2可见，下隔烟板5的后部及两侧有若干个烟气孔D。
图1中的上隔烟板11的烟气孔则分布在前部及两侧(图中未画)。图2中的两根进出管口18，用来对单口油井的油、气进行计量和检测，其两根立式列管和介质管的结构形式与其它的相同，两根立式列管由上部弯头连通。
本加热器的工作原理是利用低压天然气做燃料，经过燃烧器(图中未画)与空气混合，在燃烧室23充分燃烧。产生的火焰和高温烟气对介质管8下部伸入燃烧室23内的部分加热，使介质管8内的ZGM复合化学介质快速沸腾生成高温蒸汽。高温蒸汽在真空介质管内连续不断的上升过程中，由内向外将热量传递给立式列管6环腔中的受热流体(原油、天然气或井产混合液)。失去热量后的介质又不断冷凝成液体，沿介质管内壁下落到底部，再次被加热变为高温蒸汽上升。间接加热过程如此往复进行。与此同时，燃烧室23内产生的800℃左右的高温烟气穿过下隔烟板5的烟气孔D，进入高温烟气室B，对立式列管6的外壁直接加热，由外向内将热量传递给立式列管6环腔中的受热流体。失去大部分热量的烟气继续上升，再穿过上隔烟板11的烟气孔进入低温烟气室C，再次对上部连通弯头15的外壁进行加热，其余热再次被吸收，最后由烟囱14排放出去。由此可见，立式列管6环腔中的受热流体同时受到内、外两面间接、直接加热，所以升温极快，几分钟即可达到要求的温度，燃烧系统和传热系统很快即可达到热平衡状态；本加热器烟囱排放的烟气中，余热已被最大限度吸收利用。这就是其热效率可达到90％左右的根原因，也正是本实用新型的独到之处。
本加热器根据用户要求，可选用某种燃烧器及其相配套的自动监控装置，实现无人值守全自动化安全运行。
权利要求1.一种立式列管高效节能加热器，包括常压壳体、燃烧系统、传热系统和烟气通道四大部分，其特征是常压壳体为立式圆筒体，上顶焊接椭圆封头，筒体和上封头外表面都有保温层，筒体中部前侧面有检查孔，后侧面有温度计插孔，下部后面靠近燃烧室的上方有受热流体进出管口和单井油、气计量检测进出管口，燃烧系统置于筒体底部，由底板、顶立柱、燃烧室、耐火材料衬里和燃烧道组成，顶立柱置于燃烧室内腔，燃烧室内壁有耐火材料衬里，燃烧道置于燃烧室的前侧面，燃烧室与燃烧道交接处上方有观火孔管，燃烧室底部侧面有清灰口，传热系统置于筒体内腔，由传热复合化学介质管、受热流体立式列管、列管上部连通弯头和列管下部连通短管组成，传热介质管插入受热流体列管的内腔，并且二者保持同轴心，介质管下部比受热流体立式列管长，其长出的部分伸入燃烧室内，每相邻两根立式列管的上端焊接一个连通弯头，下端则焊接一根连通短管，由上部的连通弯头和下部的连通短管把各立式列管依次串联起来，成为一路连通管，烟气通道由下隔烟板、上隔烟板、烟囱短节和烟囱组成，下隔烟板置于筒体下部并作为燃烧室的上盖，上隔烟板置于筒体上部并作为立式列管的扶正固定板，烟囱短节焊接在椭圆封头中心孔上。
2.根据权利要求1所述的立式管高效节能加热器，其特征是传热介质管与受热流体立式列管二者之间上端焊接一块固定扶正伸缩套，立式列管下端口与介质管之间焊接环形平封堵头。
3.根据权利要求1所述的立式列管高效节能加热器，其特征是传热介质管采用薄壁金属圆管，其上、下两端封堵，内部抽成真空并充入ZGM复合化学介质。
4.根据权利要求1所述的立式列管高效节能加热器，其特征是上、下隔烟板上都有若干个烟气孔，下隔烟板上的烟气孔置于其后部及两侧，上隔烟板上的烟气孔置于其前部及两侧。
专利摘要本实用新型是一种立式列管高效节能加热器,属于加热和热交换设备。由常压立式圆筒壳体、燃烧系统、传热系统和烟气通道组成。燃烧系统在筒体下部,传热系统在筒体内腔,烟气通道在筒体内腔及顶部。传热系统由受热流体立式列管、传热介质管、列管上部连通弯头和列管下部连通短管组成。介质管插入列管中,介质管内充入ZGM复合化学介质。主要优点是高效节能,造价较低,安全可靠,安装快速方便,适用于油、气集输及其它供热场合。
文档编号F24H1/22GK2473529SQ0123676
公开日2002年1月23日 申请日期2001年4月26日 优先权日2001年4月26日
发明者龚国琳, 刘忠林, 赵斌, 巩玉娥 申请人:刘忠林, 龚国琳