一种火筒式加热炉的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种火筒式加热炉，包括壳体、燃烧装置和排烟装置。其中壳体包括外壳体和内壳体，被加热介质经外壳体和内壳体之间的空间连续流动，内壳体内填充含有纳米金属颗粒的热媒，燃烧装置包括燃烧器和火筒，排烟装置包括烟囱和烟筒。在内壳体内的热媒中添加纳米金属颗粒使得热媒的导热系数增加，而且当热媒吸收火筒的温度升高时，在纳米金属颗粒的影响作用下热媒分子的扰动作用更加剧烈，进而提高了加热炉的加热效率。
【专利说明】一种火筒式加热炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及油田采油领域原油加热降粘工艺的技术范畴，尤其涉及一种在热媒中加入纳米金属颗粒的火筒式加热炉。
【背景技术】
[0002]原油具有黏度高，难流动的特点，但原油的黏度对温度十分敏感，只要温度升高其黏度就会大幅降低。为将油井井场采出的油气及时地输送到联合站或者将经过处理的原油进行长距离运输，需要对原油进行加热降粘工艺的处理。原油加热炉则是对管道内的原油进行加热降粘、保持原油在集输过程中流动性的主要设备之一。当前，我国很多油田的原油品质差、凝点高、黏度大，为此很多油田都使用水套式加热炉的结构模式为原油加热降粘。在水套式加热炉中，燃料在火筒中燃烧后，产生高温烟气，其热能以辐射、对流等传热形式将热量传给水套中的水，使水的温度升高，并部分汽化，水及其蒸汽再将热量传递给油管中的原油，原油吸收热量温度升高，采用这种间接加热的方法是为了防止原油结焦。然而，水的导热系数较低，以纯水作为加热工质的火筒式加热炉的加热效率较低，造成油气资源的浪费。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种火筒式加热炉，采用在热媒中加入高导热性纳米颗粒以提高热媒的导热能力，进而改善火筒式加热炉的加热效率。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提高加热炉的加热效率。
[0005]为实现上述目的，本发明向水套的热媒中添加纳米金属颗粒来提高水的导热系数及增加分子间的扰动作用，提供了一种石油工业中应用的火筒式加热炉的新型传热模式，提高了加热炉的加热效率。本发明采用的技术方案是:
[0006]—种火筒式加热炉，包括壳体、燃烧装置和排烟装置，其中壳体包括外壳体和内壳体，被加热介质在外壳体和内壳体之间的空间连续流动，内壳体内填充含有纳米金属颗粒的热媒；燃烧装置包括燃烧器和火筒，火筒位于内壳体的下部，横向延伸至位于壳体外部的燃烧器，并与燃烧器相连；排烟装置包括烟囱和烟筒，烟筒位于内壳体的下部与火筒平行，横向延伸至位于壳体外部的烟囱，并与烟囱相连，烟囱和下方的燃烧器相连。
[0007]进一步地，火筒和烟筒置于内壳体的下部，内壳体内填充含有纳米金属颗粒的热媒，内外壳体间的环形空间装有待加热的流体。
[0008]进一步地,壳体外表面构成圆柱形,在垂直于壳体的外表面的两侧面设有挡板。
[0009]优选地，纳米金属颗粒的材料选自于金、铝、铜、铁、钼、钯、铱、铑、锇、钌、钛、钴、钒、镁、银、锌、锡等金属中的一种，或者是几种金属组成的合金、或混合物，纳米金属颗粒的粒径为20-100nm。其有益效果是，通过添加纳米金属颗粒使得热媒的导热系数增加，同时，由于纳米金属颗粒具有很好的悬浮特性，当热媒吸收火筒的温度升高时，在纳米金属颗粒的影响作用下热媒分子的扰动作用更加剧烈，进而提高了加热炉的加热效率。
[0010]优选地，热媒选自水或者导热油。
[0011]进一步地，壳体顶部和底部有被加热介质的进液口和出液口。
[0012]在本发明的较佳实施方式中，待加热的流体从外壳体底部的开口进入，连续流入内外壳体间的环形空间，通过内壳体中的热媒，流体得到传热加热，然后从外壳体顶部的开口流出。
[0013]进一步地，火筒式加热炉为间接式加热炉。
[0014]进一步地，火筒式加热炉外部安装有压力表、温度计或安全阀，作为工艺控制和安全防护的部件。
[0015]进一步地，火筒式加热炉固定于支架上方。
[0016]由此可见，本发明具有如下技术效果:
[0017]本发明将火筒式加热炉的工程应用与传热学的基本原理相结合，其工作原理是将燃料燃烧产生的高温火焰和烟气热量，通过火筒壁的传热来加热内壳体内含有纳米金属颗粒的热媒，该热媒由于含有金属颗粒使得导热系数大幅提高，同时随温度的升高，热媒内的布朗运动更加明显，流体分子扰动更加剧烈。采用这类双重强化传热技术可有效改善石油工业常规火筒式加热炉的传热模式，可以很大程度上提升加热炉的加热效率。
[0018]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的一个较佳实施例的火筒式纳米金属颗粒加热炉横截面示意图；
[0020]图2是本发明的一个较佳实施例的火筒式纳米金属颗粒加热炉纵截面示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图所示，本实施例的主体结构包括:外壳体1、内壳体2、烟筒3、火筒4、支架5、挡板6、压力表7、烟囱8、燃烧器9、进液口 10和出液口 11。
[0022]下面结合附图对本发明的技术原理做进一步的说明。
[0023]本发明所涉及的一种火筒式加热炉如图1和图2所示，包括外壳体1、内壳体2、烟筒3、火筒4、支架5、挡板6、压力表7、烟囱8和燃烧器9。外壳体I及内壳体2均为承压容器，火筒4置于内壳体的下部,火筒4与燃烧器9相连,烟筒3与烟囱8相连，内壳体内填充含有纳米金属颗粒的热媒，该热媒是一种含有纳米金属颗粒的中间传热媒介，选自水或者导热油，加热炉壳体垂直于壳体的外表面的两侧有挡板6,底部有支架5成为支撑构件。火筒4横向延伸至位于壳体外部的燃烧器9，并与燃烧器9相连，烟筒3位于内壳体2的下部与火筒4平行，横向延伸至位于壳体外部的烟囱8，并与烟囱8相连，烟囱8和下方的燃烧器9相连。
[0024]在一个本发明的较佳实施例中，纳米金属颗粒热媒是在以水为基液的热媒中添加质量分数为2-5%的纳米金属颗粒制备所得。
[0025]该火筒式加热炉的燃料可以用天然气或者是雾化燃油，燃料在火筒3内燃烧产生高温火焰和烟气，高温烟气流在火筒3内流动，通过火筒壁面将燃料燃烧产生的热能传递给内壳体的热媒工质，通过热媒载体将热能传给待加热的原油，最终烟气温度降低并通过烟筒4所连接的烟囱8排出。
[0026]在一个本发明的较佳实施例中，如附图2所示的箭头方向，待加热的流体从外壳体底部的进液口 10连续流入内外壳体间的环形空间，经过内壳体2中的热媒传热，流体得到升温降粘，然后从外壳体顶部的出液口 11流出。
[0027]另外，加热炉外部装有压力表7用于加热炉工艺与安全监控。
[0028]在本发明的另一个实施例中，加热炉外部装有温度计或安全阀，作为工艺控制和安全防护的部件。
[0029]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种火筒式加热炉，其特征在于，包括壳体、燃烧装置和排烟装置，其中: 所述壳体包括外壳体和内壳体，被加热介质在所述外壳体和所述内壳体之间的环形空间连续流动，所述内壳体内填充含有纳米金属颗粒的热媒； 所述燃烧装置包括燃烧器和火筒，所述火筒位于所述内壳体的下部，横向延伸至位于所述壳体外部的所述燃烧器，并与所述燃烧器相连； 所述排烟装置包括烟?和烟筒，所述烟筒位于所述内壳体的下部与所述火筒平行，横向延伸至位于所述壳体外部的所述烟囱，并与所述烟囱相连，所述烟囱和下方的所述燃烧器相连。
2.根据权利要求1所述的火筒式加热炉，其特征在于，所述外壳体和所述内壳体均为压力容器。
3.根据权利要求1所述的火筒式加热炉，其特征在于，所述壳体的外表面构成圆柱形，在垂直于所述壳体的外表面的两侧面设有挡板。
4.根据权利要求1所述的火筒式加热炉，其特征在于，所述纳米金属颗粒的材料选自于金、招、铜、铁、钼、钮、铱、错、锇、钌、钛、钴、银、镁、银、锌、锡等金属中的一种，或者是几种金属组成的合金、或混合物。
5.根据权利要求1所述的火筒式加热炉，其特征在于，所述纳米金属颗粒的粒径为20-100nm，含量为 2-5%。
6.根据权利要求1所述的火筒式加热炉，其特征在于，所述热媒选自水或者导热油。
7.根据权利要求1所述的火筒式加热炉，其特征在于，所述壳体的顶部和底部设置有所述被加热介质的进液口和出液口。
8.根据权利要求1所述的火筒式加热炉,其特征在于,所述火筒式加热炉为间接式加热炉。
9.根据权利要求1所述的火筒式加热炉，其特征在于，所述火筒式加热炉的外部安装有压力表、温度计或安全阀。
10.根据权利要求1所述的火筒式加热炉，其特征在于，所述火筒式加热炉固定于支架上方。
【文档编号】F24H7/02GK104374085SQ201410554430
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】段欣悦, 徐明海, 巩亮, 徐会金, 李勇铜 申请人:中国石油大学(华东)