一种脉动真空加热炉及加热炉控制系统的制作方法

本技术涉及油气集输加热设备领域，特别是涉及一种脉动真空加热炉及加热炉控制系统。

背景技术：

1、把分散的油井所生产的石油、伴生天然气和其他产品集中起来，经过必要的处理、初加工，合格的油和天然气分别外输到炼油厂和天然气用户的工艺全过程称为油气集输。加热炉是油气集输领域的关键设备，在油气田应用范围广、用量大，它主要用于给油气水混合物加热、降粘、补充热量，以达到集输目的。

2、目前小功率加热炉，仍然采用人工点火方式，同时不具备安全联锁保护功能，点火爆燃情况时有发生。特别是小功率加热炉以油井伴生湿气作燃气，使用简易燃烧器，存在安全、环保和能源浪费等诸多问题。普遍存在的小功率加热炉由于现场无稳定电源，只能选择自然通风式燃烧器，大多不符合国家法规标准要求，不仅存在安全隐患，还存在空气系数超标，燃气浪费，炉效低，排放不达标，不能自控运行等问题，增加了人工成本和管理成本。

3、2020年，国家应急管理部颁布《淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录(第一批)》，要求淘汰无火焰检测和熄火保护系统的燃气加热炉和导热油炉。油气田在用的很多小功率加热炉在整改之列。因此对油气田小功率加热炉技术进行创新，开发安全，节能，环保，智能化，长寿命的加热炉，以服务油气生产需要，具有重要的经济和社会效益。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明第一方面提供了一种脉动真空加热炉，加热效率高，安全可靠，使用寿命长，适用性强，不依赖动力电源，满足各油气田对于小功率加热炉的使用需求。

2、本发明的技术方案是：

3、一种脉动真空加热炉，用于加热被加热介质，包括炉体，所述炉体内包括相互贯通的上部蒸汽空间和下部传热介质水空间，所述蒸汽空间内布设有换热器，所述换热器内填充有所述被加热介质；所述传热介质水空间内填充有传热介质水，所述传热介质水中布设有脉动燃烧器，所述炉体的顶部设置有真空阀；其中，

4、所述脉动燃烧器将所述传热介质水加热变为水蒸汽，所述炉体内产生正压，将所述真空阀打开，通过水蒸汽携带作用，将所述炉体内的空气全部排出，所述换热器开始换热，所述真空阀关闭，建立并维持无不凝性气体的超导换热环境，从而使所述水蒸汽与所述换热器内的被加热介质在所述超导换热环境内进行热交换。

5、作为优选方案之一，所述真空阀包括真空阀本体，所述真空阀本体的相邻两侧分别开设有真空阀入口和真空阀出口，所述真空阀入口与所述炉体内部连通；所述真空阀本体的顶部设有盖板；所述真空阀本体的内部设有阀芯组件，所述阀芯组件的顶部插入有贯穿所述盖板的导向杆，所述阀芯组件的底部活动卡接在所述真空阀入口处；其中，

6、当所述炉体内的压力高于外界大气压时，所述阀芯组件的底部远离所述真空阀入口；当所述炉体内的压力不高于外界大气压时，所述阀芯组件的底部卡接在所述真空阀入口；从而保证所述炉体内的压力在热交换过程中不高于外界大气压。

7、作为优选方案之一，所述脉动燃烧器包括空气耦合室、空气阀、燃气耦合室、燃气阀、燃烧室、尾管、烟气耦合室、火花塞和排气管；其中，

8、所述空气耦合室的出口与所述空气阀的入口连通，所述空气阀的出口与所述燃烧室连通，所述空气阀将空气将所述空气耦合室内的空气吸入所述燃烧室内；所述燃气耦合室的出口与所述燃气阀的入口连通，所述燃气阀的出口与所述燃烧室连通，所述燃气阀将所述燃气耦合室内的燃气吸入所述燃烧室内；

9、所述火花塞设于所述燃烧室的顶部，将所述燃烧室内的混合后的空气和燃气点燃；所述尾管与所述燃烧室的出口连通，以使燃烧后的空气和燃气形成的烟气流通；所述烟气耦合室与所述尾管的出口连通；所述排气管与所述烟气耦合室的出口连通，以排出所述烟气。

10、作为优选方案之一，所述脉动燃烧器还包括烟气外循环系统，所述烟气外循环系统包括烟气调节阀和回烟管路，所述烟气调节阀的入口与所述排气管上靠近所述烟气耦合室的侧壁开口连通，所述烟气调节阀的出口与所述回烟管路的入口连通，所述回烟管路的出口与所述空气耦合室的入口连通，其中所述排气管排出的部分烟气经过所述烟气调节阀和所述回烟管路进入所述空气耦合室与空气预混合，以降低所述燃烧室燃烧产生的氮氧化物。

11、作为优选方案之一，所述脉动燃烧器还包括燃气控制系统，所述燃气控制系统的出口与所述燃气耦合室的入口连通，其中，

12、预热盘管通过所述燃气控制系统与所述燃气耦合室连通，所述预热盘管用于防止燃气冷凝，所述燃气控制系统上沿所述燃气耦合室的方向依次还设置有球阀、测压仪表、燃气过滤器、流量计、调压阀和放散阀。

13、作为优选方案之一，位于所述传热介质水中的所述脉动燃烧器包括所述燃烧室、所述尾管和所述烟气耦合室；位于所述蒸汽空间内的所述换热器的开口伸出所述炉体上部的任意一侧，所述换热器内通过所述开口流通有所述被加热介质；

14、所述炉体上还设置有液位传感器和温度传感器，所述液位传感器用于监测所述传热介质水相对于所述传热介质水空间的高度，所述温度传感器用于监测所述传热介质水的温度。

15、作为优选方案之一，所述换热器包括螺旋式盘管、往复式盘管和管板式换热器中的任意一种。

16、作为优选方案之一，所述空气阀包括空气阀壳体，所述空气阀壳体的入口设置有空气阀背板，所述空气阀壳体的出口与所述燃烧室连通；其中，

17、所述空气阀背板朝所述出口的方向固定连接有空气阀主板，所述空气阀背板和所述空气阀主板上分别排布有多个孔型，所述空气阀背板的孔型和所述空气阀主板的孔型在轴向上呈一一对应的配组关系；

18、在相对应的孔型之间设置有空气阀膜片，所述空气阀膜片用于将所述空气阀背板的孔型和所述空气阀主板的孔型连通和隔断；

19、所述空气阀背板和所述空气阀主板之间设置有与所述空气阀膜片错开布置的空气阀垫片，所述空气阀垫片用于调节所述空气阀背板和所述空气阀主板之间的距离。

20、作为优选方案之一，所述燃气阀包括燃气阀壳体，所述燃气阀壳体的入口设置有燃气阀背板，在所述燃气阀背板外覆盖有燃气阀盖，所述燃气阀壳体的出口与所述燃烧室连通；其中，

21、所述燃气阀背板朝所述出口的方向固定连接有燃气阀主板，所述燃气阀背板和所述燃气阀主板上分别排布有多个孔型，所述燃气阀背板的孔型和所述燃气阀主板的孔型在轴向上呈一一对应的配组关系；

22、在相对应的孔型之间设置有燃气阀膜片，所述燃气阀膜片用于将所述燃气阀背板的孔型和所述燃气阀主板的孔型连通和隔断；

23、所述燃气阀背板和所述燃气阀主板之间设置有与所述燃气阀膜片错开布置的燃气阀垫片，所述燃气阀垫片用于调节所述燃气阀背板和所述燃气阀主板之间的距离。

24、本发明第二方面还提供了一种加热炉控制系统，应用于如上所述的脉动真空加热炉，包括控制器、多个传感器和显示器，多个所述传感器用于实时监测所述脉动真空加热炉的工作状态，并将所述工作状态以电信号的形式反馈至所述控制器，所述显示器将所述电信号转化为工作参数，基于所述工作参数，所述控制器控制所述脉动真空加热炉处于目标工作状态。

25、与现有技术相比，本技术包括以下优点：

26、本发明提出一种脉动真空加热炉，用于加热被加热介质，包括炉体，所述炉体内包括相互贯通的上部蒸汽空间和下部传热介质水空间，所述蒸汽空间内布设有换热器，所述换热器内填充有所述被加热介质；所述传热介质水空间内填充有传热介质水，所述传热介质水中布设有脉动燃烧器，所述炉体的顶部设置有真空阀；其中，所述脉动燃烧器将所述传热介质水加热变为水蒸汽，所述炉体内产生正压，将所述真空阀打开，通过水蒸汽携带作用，将炉体内的空气全部排出，所述换热器开始换热，所述真空阀关闭，建立并维持无不凝性气体的超导换热环境，从而使所述水蒸汽与所述换热器内的所述被加热介质在所述超导换热环境内进行热交换，通过采用本技术的技术方案：

27、通过脉动燃烧器的加热模式，存在至少以下五点显著优势：

28、1、热效率高，空气过剩系数低，排烟温度低，脉动燃烧加热炉热效率可达92％，节约燃气；

29、2、燃烧强度与传热强度高，燃烧强度能达到稳态燃烧器度的10倍以上，实测传热强度可达到稳态燃烧的4倍以上，因此可把燃烧室和对流受热面可以做得很小，显著节约钢材，减小加热炉体积；

30、3、安全可靠，燃烧室体积很小，无明火外露，不会引发火灾及爆炸事故，运动件结构简单，可靠性高、维护简单；

31、4、适用性强，能够可靠燃烧油井伴生湿气，不需鼓风机，无需外部电源；同时不依赖动力电源，能够在用水用电均不方便的偏远环境下使用；

32、5、脉动燃烧产生的脉动，可使污垢难以在受热面沉积，具备良好自洁功能。

33、在本技术中，通过在炉体上设置真空阀，至少存在以下显著优势：

34、利用水蒸汽在炉体内与换热器之间进行间壁式传热，实现换热器的高效超导传热；炉体内不需要补水，不会结垢；炉体内部形成真空无氧超导传热环境，换热强度高，不会对内构件造成腐蚀，获得长久使用寿命；传热介质水温度≤100℃，可经济地获得较低的排烟温度，降低排烟热损失，因此可获得较高的加热炉热效率(≥90％)。

35、综上所述，本发明因具有上述诸多主要的有益技术效果，适用于油气田的原油、天然气的集输加热，伴热水的小功率加热，能够可靠燃烧油井伴生湿气，能在不具备动力电源的边远井站，依靠小功率太阳能发电装置实现脉动燃烧器的连续运行，具备完备的自动控制、安全连锁保护功能，具有安全环保、长寿命、智能控制等优势，具有良好的规模推广应用前景。