一种适用于油气田的热回收液氮蒸发系统的制作方法

本发明涉及油气田开发设备技术领域，特别是涉及一种适用于油气田的热回收液氮蒸发系统。

背景技术：

氮气不易燃、易爆，无腐蚀，低融于油或水，且无毒无污染，因此，在油气田领域应用广泛，从而可提供高纯度氮气的液氮增压设备技术得以快速发展。液氮增压设备的原理是将成品液氮通过泵进行增压，增压后的液氮在蒸发器通过热量交换进行气化，为油气田作业提供高纯度氮气。

目前，液氮增压设备上的蒸发系统的热量来源于以下几种方式：一是利用热回收蒸发系统对设备自身的发动机、液压系统和润滑系统作业过程中产生的废热进行回收，将回收来的热量在水浴式蒸发器中对液氮进行气化，这样的方式工作过程中节能且设备结构紧凑，但随着环保对设备排放要求的提高，发动机排放也越来越高，同等功率下能回收的废热减少，设备制造成本和作业成本大幅增加，且不利于环境保护；二是采用直燃式蒸发器，即利用直燃式蒸发器中燃油燃烧产生的热量对液氮进行气化，由于在蒸发器内有火焰直接燃烧，无法满足防爆要求，也不利于环境保护；三是利用空温式蒸发器，通过空气中的热量对液氮进行气化，氮气排放温度一般会比环境温度低15℃，适用地域范围小，多数采用空气换热和电辅热的组合方式，但因空温式蒸发器在换热过程中表面结霜，一般持续作业时间不超过8小时，且设备体积大，移运不方便；四是使用电加热，将电加热器产生的热量通过介质传递到蒸发器中对液氮进行气化，可满足环保要求，但作业耗电量太大，以油气田常用180k液氮设备为例，仅用于液氮气化的电功率就在600kw以上，作业现场取电不方便，作业成本高。

技术实现要素：

本发明为了克服液氮增压设备上的蒸发系统的热量来源方式的各种不足之处，提供了一种新型热回收液氮蒸发系统，将热泵引入到液氮增压设备中的热量回收系统和蒸发系统中，该系统充分发挥热泵特性，利用逆卡诺原理，通过工质吸取环境空气中蕴含的低温热量，电能只是用来驱动热泵压缩机、风扇等部件，能耗比高达3.2以上，在转化同样热量的情况下，采用热泵的蒸发系统耗电量相对于锅炉、电加热等方式可节省40％以上的能源。该系统既保持了作业过程中的清洁，满足环保要求，又大大降低作业过程中的电能消耗，节约作业成本。

解决上述技术问题的技术方案如下：

一种适用于油气田的热回收液氮蒸发系统，包括相对独立的蒸发系统和热量回收系统，所述的蒸发系统和热量回收系统通过热交换器连接，两系统由热交换器换热；

所述的热量回收系统包括依次连接在第一媒介传输管道上的空气换热器、热泵压缩机和膨胀阀，冷媒通过空气换热器从外界环境中吸收热量，将冷媒进行蒸发，蒸发后的冷媒经热泵压缩机压缩后形成高温气体，压缩后的高温气体经热交换器释放出热量传递给蒸发系统中的媒介，同时冷媒被热交换器冷凝，通过膨胀阀进入空气换热器，如此循环往复，不断往热交换器传递热量；

所述的蒸发系统包括依次连接在第二媒介传输管道上的储液箱、增压泵和蒸发器，蒸发系统中的媒介在热交换器中吸收热量后，进入储液箱，通过增压泵加压后进入蒸发器中，在蒸发器中与液氮进行热交换，将液氮蒸发为氮气，经过蒸发器后，蒸发系统中的媒介温度降低，然后再进入热交换器中吸收热量，如此循环往复，在蒸发器中持续不断地蒸发液氮。

进一步地说，所述的冷媒为氟利昂。

进一步地说，所述的蒸发器为水浴式蒸发器。

进一步地说，所述的蒸发系统中的媒介为热量传递介质，包括水、导热油或防冻液中的任意一种。

本发明的有益效果是：

本方法首次将热泵技术引入液氮蒸发系统中，利用逆卡诺原理，从环境空气中吸收热量，能耗比可达3.2以上，相对电加热而言，极大降低电量消耗，节约作业成本，且保证了热量来源的清洁性，满足环保要求，同时不受环境温度的限制，可长时间持续作业，进一步实现环保清洁、降本增效的目的。

本发明具有以下优点：

(1)热量回收系统和蒸发系统相互独立，利用高效热交换器进行换热，减少热量回收系统中冷媒的用量和泄漏点，安全可靠；

(2)采用热泵，利用逆卡诺原理，将从外界环境中吸收的热量转化为可用热量，极大的降低电量消耗，节能环保；

(3)蒸发系统采用水浴式蒸发器对液氮进行蒸发，蒸发过程安全环保。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图中：1为热泵压缩机，2为空气换热器，3为膨胀阀，4为热交换器，5为储液箱，6为增压泵，7为蒸发器，8为第一媒介传输管道，9为第二媒介传输管道。

具体实施方式

实施例1：

一种适用于油气田的热回收液氮蒸发系统，包括相对独立的蒸发系统和热量回收系统，蒸发系统和热量回收系统通过热交换器4连接，两系统由热交换器换热；热量回收系统包括依次连接在第一媒介传输管道8上的空气换热器2、热泵压缩机1和膨胀阀3，氟利昂冷媒通过空气换热器2从外界环境中吸收热量，将冷媒进行蒸发，蒸发后的冷媒经热泵压缩机1压缩后形成高温气体，压缩后的高温气体经热交换器释放出热量传递给蒸发系统中的媒介，同时氟利昂冷媒被热交换器4冷凝，通过膨胀阀3进入空气换热器2，如此循环往复，不断往热交换器4传递热量；蒸发系统包括依次连接在第二媒介传输管道9上的储液箱5、增压泵6和水浴式蒸发器7，蒸发系统中的媒介在热交换器4中吸收热量后，进入储液箱5，通过增压泵6加压后进入水浴式蒸发器7中，在水浴式蒸发器7中与液氮进行热交换，将液氮蒸发为氮气，经过蒸发器7后，蒸发系统中的媒介温度降低，然后再进入热交换器4中吸收热量，如此循环往复，在水浴式蒸发器7中持续不断地蒸发液氮。

其中，蒸发系统中的媒介为热量传递介质，由实际工况决定采用何种媒介，包括水、导热油或防冻液中的任意一种。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明属于油气田开发设备技术领域，具体地涉及一种适用于油气田的新型热回收液氮蒸发系统，包括相对独立的蒸发系统和热量回收系统，蒸发系统和热量回收系统通过热交换器连接，两系统由热交换器换热；热量回收系统包括依次连接在第一媒介传输管道上的空气换热器、热泵压缩机和膨胀阀；蒸发系统包括依次连接在第二媒介传输管道上的储液箱、增压泵和蒸发器。该系统既保持了作业过程中的清洁，满足环保要求，又大大降低作业过程中的电能消耗，节约作业成本。

技术研发人员：平宗保;程可忠;张文明;袁圣杰;连开武;徐海霞;刘均;刘元良;刘有仓
受保护的技术使用者：烟台杰瑞石油装备技术有限公司
技术研发日：2019.03.15
技术公布日：2019.06.14