ПЕРЕДВИЖНАЯ ПАРООБРАЗУЮЩАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F22B1/18 F22B29/00 

Изобретение относится к области нефтедобывающией промышленности, к производству специализированной технологической техники и может быть использовано при новом проектировании установок для депарафинизации скважин, скважинных труб, фонтанной арматуры магистральных трубопроводов, нефтепромыслового оборудования и ликвидации аварий на месторождениях.

Известны парообразующие установки, содержащие энергетический блок с парогенератором и горелочным устройством для зажигания топливной смеси [1, 2, 3, 4, 5, 6]
Известны также парообразующие установки [6, 7, 8, 9]
Известна передвижная паровая установка (ППУ-1600), эксплуатирующаяся на промыслах Российской Федерации, вырабатывающая перегретый пар с температурой 310^oC, давлением 10 МПа в количестве не более 1,6 м³/час в течение 3 3,5 часов (см. Каталог нефтяного оборудования, средств автоматизации приборов и спецматериалов, т. II, М. ВНИИОЭНГ, 1994, с. 165).

ППУ-1600 смонтирована на шасси автомобиля "КрАЗ" и состоит из следующих основных узлов: парогенератора с паровым котлом со змеевиками; горелочного устройства с форсунками; запального устройства; цистерны для воды; бака топливного; механического ручного и шестеренчатого топливного насоса; плунжерного механического водяного насоса и группы механизмов с трансмиссией, служащих для привода водяного, топливного насоса и вентилятора для подачи воздуха в парогенератор; источника электропитания: водопаровой и топливной систем и системы подачи воздуха в парогенератор.

Недостатком установки ППУ-1600 является эксплуатационная ненадежность, заключающаяся в следующем:
змеевики парогенератора быстро выходят из строя в результате отложения на их внутренней поверхности накипи солей;
вода подается в змеевики без магнитной обработки;
замерзание водяного насоса, водяной и топливной системы при отрицательных температурах, так как отсутствуют теплонагреватели;
большой удельный расход дизельного топлива;
большая массоемкость цистерны, топливного бака и группы механизмов, насосов;
малый срок эксплуатации парогенератора.

Цель изобретения уменьшение удельного расхода топлива на выработку пара и повышение эксплуатационной надежности.

Поставленная цель достигается тем, что установка снабжена системой зажигания и стабилизации горения водоэмульгированного дизельного топлива в горелочном устройстве с форсунками, топливным насосом, водяным насосом с системой магнитной обработки воды, выполненных гидроприводными и задействованные от гидросистемы автомобиля, а вентилятор взаимодействует с регулируемым электроприводом от электрогенератора, при этом теплонапряженные элементы парогенератора дополнительно покрываются антикоррозионным защитным покрытием, а водотопливная система содержит теплонагреватель для подогрева системы при эксплуатации при отрицательных температурах.

Предложенное техническое решение предусматривает монтаж ППУ с шасси автомобиля "КрАЗ" на шасси автомобиля, например "Урал", с более широкими функциональными возможностями. Монтаж ППУ на шасси автомобиля, например "Урал", с водотопливной системой, содержащей гидроприводные водяной и топливный насосы, гидропривод которых соединен с гидросистемой автомобиля, в отличие от прототипа установки ППУ-1600, у которой водо-топливная система содержит механический плунжерный водяной насос и шестереночный топливный насос, механический привод которых соединен с дополнительным редукторно-трансмиссионным механизмом, последний соединен с механическим приводом автомобиля "КрАЗ".

На фиг. 1 схематически изображена передвижная парообразующая установка, общий вид; на фиг. 2 принципиальная схема передвижной парообразующей установки.

Передвижная парообразующая установка (ППУ), согласно изобретению, содержит шасси 1 автомобиля "Урал"; бак для дизельного топлива 2, цистерну 3 для воды, гидроприводной топливный насос 4, гидроприводной водяной насос 5, энергетический блок 6 с парогенератором и блоком системы 7 зажигания и стабилизации горения водоэмульгированного дизельного топлива, источник электропитания электрогенератор 8, электродвигатель 9 с электроприводом для вентилятора высокого давления 10, блок управления, контроля и сигнализации 11.

Энергетический блок 6 содержит следующие основные узлы:
парогенератор со змеевиками 12 (см. фиг. 2);
горелочное устройство 13 с форсунками и устройством зажигания водоэмульгированного дизельного топлива и датчиком контроля режима горения топлива (на фиг. 2 не показаны);
блок-система 7 зажигания и стабилизации горения водоэмульгированного дизельного топлива, имеющего топливную систему для подачи топлива к форсункам горелочного устройства 13, водяную систему для подачи воды в змеевики 12 парогенератора, систему подачи воздуха с вентилятором высокого давления 10 и источник электропитания электрогенератор 8.

Парообразующая установка работает следующим образом.

При задействовании гидросистемы автомобиля, при открытых запорно-регулирующих вентилях 14, 15 производится подача жидкости в гидропривод водяного насоса 5, который начинает нагнетать под давлением воду из цистерны 3 по трубопроводу через открытый запорный вентиль 16, фильтр очистки воды от механических примесей 17, аппарат магнитной обработки воды 18, водяную систему насоса 5, открытый запорный вентиль 19, обратный клапан 20, - вода поступает в змеевики 12 (внутренний цилиндрический, потолочный спиральный и наружный цилиндрический) парогенератора энергетического блока 6. Проходя по змеевикам, вода нагревается горелочным устройством 13, превращается в перегретый пар, который поступает в паровую систему по трубопроводу из змеевиков через регулирующий вентиль 21, открытый запорный вентиль 22, обратные клапаны 23, 24. К потребителю пар также поступает в трубопровод через запорный вентиль 25 для подогрева воды в холодное время в цистерну 3. Из цистерны 3 вода поступает в блок-систему 7 зажигания и стабилизации горения топлива.

К форсункам горелочного устройства 13 поступает дизельное топливо по топливной системе с одновременной подачей воды в змеевик 12. Топливо нагнетается задействованным гидроприводным топливным насосом 4. Задействование топливного насоса производится от гидросистемы автомобиля "Урал" при открытых запорнорегулирующих вентилях 26, 27. Топливный насос нагнетает под давлением топлива из топливного бака 2 по трубопроводу через открытый запорный вентиль 28, через фильтр очистки топлива 29 от механических примесей; топливную систему насоса 4, регулирующий вентиль 30, фильтр очистки топлива 31, электромагнитный клапан 32, открытый запорный вентиль 33 (вентиль 33 открывается при подаче топлива, розжиге топлива, в случае отключения и регулировки в блок-системе 7 зажигания и стабилизации горения топлива); или через открытый запорный вентиль 34 в блок-систему 7 через открытый запорный вентиль 35 к форсункам горелочного устройства 13. Водоэмульгированное дизельное топливо распыляется форсунками горелочного устройства 13 и зажигается запальным устройством (на фиг. 2 не показано) дистанционно с блока управления 11 из кабины водителя.

Перед подачей воды и топлива задействуется привод электрогенератора 8 от вала коробки передач отбора мощности автомобиля "Урал" и включается электрогенератор, подающий электропитание в систему электропривода электродвигателя 9 и в блок управления, контроля и сигнализации 11. Включается электропривод электродвигателя 9 вентилятора 10 (вал электродвигателя механически соединен с валом крыльчатки вентилятора). Вентилятор нагнетает воздух по воздуховоду через регулирующую заслонку 36 (регулируемую с блока управления, контроля и сигнализации 11) в межкорпусное пространство парогенератора к горелочному устройству 13 в зону распыления водоэмульгированного дизельного топлива к форсункам. Нагнетаемый вентилятором 10 воздух поддерживает оптимальный режим горения водоэмульгированного топлива, обеспечивая нагрев воды в змеевиках и превращение воды в перегретый пар заданных параметров (давления и температуры).

Энергетический блок 6 имеет блок-систему 7 зажигания и стабилизации горения топлива, которая содержит на линии подачи топлива гидродинамический диспергатор 37, электромагнитный клапан с кавитатором 38, на линии дозирования воды фильтр 39, редукционный клапан 40, автоматический дозирующий клапан 41 и дренажный вентиль 42. Блок-система 7 зажигания и стабилизации горения топлива подготавливает водоэмульгированное дизельное топливо определенного состава и количества, которое подается автоматически к форсункам горелочного устройства 13.

Парообразующая установка в паровой системе содержит предохранительные клапаны 43, 44. Клапан 43 является предохранительным, контрольным и срабатывает при повышении давления пара в парогенераторе ниже предельно-допустимого (10,5 МПа); клапан 44 является предохранительным, рабочим и срабатывает при повышении давления пара выше предельно-допустимого рабочего (10,8 МПа).

Клапан обратный 2 предотвращает возврат пара или воды из парогенератора в насос 5. Клапаны обратные 23, 24 предотвращают возврат пара, нефти или газа из скважины потребителя пара.

Вентиль регулирующий 21 служит для регулировки подачи пара и управляется с блока управления, контроля и сигнализации 11 из кабины водителя. Вентиль запорный 45 служит для сообщения змеевиков 12 парогенератора с атмосферой, открывается при окончании работы ППУ. Вентиль регулирующий 46 служит для регулирования давления топлива в топливной системе энергетического блока 6 и открывается при розжиге топлива и закрывается, когда устанавливается нормальное горение водоэмульгированного дизельного топлива в горелочном устройстве, характеризующееся бездымным выхлопом.

Электромагнитный клапан 47 и запорные вентили 34, 35, 48 открываются, когда включается в работу после розжига водоэмульгированного топлива блок-система 7 зажигания и стабилизации горения топлива и закрываются при окончании работы ППУ.

В технологических линиях (водяной, паровой, топливной системы) ППУ содержатся дренажные вентили 49 55 и дренажные устройства 56 65.

ППУ содержит элементы автоматики, контроля и сигнализации параметров воды, пара, топлива. Приборы контроля, сигнализации и органы управления установлены в блоке управления, контроля и сигнализации 11, которые соединены кабелем с элементами технологической линии ППУ, ППУ имеет систему автоматической защиты, обеспечивает нормальный режим работы энергетического устройства и защищает его при аварийных режимах. Защита осуществляется путем отсечки водоэмульгированного топлива, подаваемого к форсункам при увеличении температуры пара выше нормы (310^oC) датчиком температуры; при достижении уровня воды в цистерне 3 нижнего предела датчиком реле уровня; при увеличении или снижении давления пара выше или ниже нормы электроконтактными манометрами.

В технологических линиях ППУ установлены приборы контроля и датчики (на фиг. 2 не показаны) температуры пара на выходе из парогенератора, давления пара на выходе из парогенератора, температуры водоэмульгированного топлива перед форсунками, а также датчика 66 уровня дизельного топлива в топливном баке 2 и датчика уровня воды 67 в цистерне 3.

Гидроприводные насосы благодаря низким скоростям движения поршней обладают повышенной долговечностью с большим ресурсом элементов по сравнению с насосами с механическим приводом, которые используют в известной технологической технике. Гидроприводные насосы имеют способность перекачивать высоковязкие среды, например, дизельное топливо при низких температурах, имеют меньшую степень износа в сравнении с поршневыми насосами с механическим приводом и отличаются более высокой общей производительностью, т.е. более низким потреблением энергии привода. За счет сокращения затрат на техобслуживание предлагаемые гидроприводные насосы дадут в результате эксплуатации положительный технико-экономический эффект.

Энергетический блок снабжен системой зажигания и стабилизации горения водоэмульгированного дизельного топлива в горелочном устройстве с форсунками, что позволит с высокой эффективностью экономить топливные ресурсы, управлять работой энергетического блока в автоматизированном режиме. Техническое решение испытано на стационарных энергетических установках, представляет собой конкурентоспособное изделие и защищено патентом.

Передвижная парообразующая установка включает в себя целый ряд патентоспособных и конкурентоспособных технических решений и устройств, элементы парогенератора, подвергающиеся высокотемпературному воздействию, покрыты металлокерамикой для увеличения ресурса работы за счет исключения прогара, что дает положительный экономический эффект в процессе эксплуатации энергетического блока и всей установки в целом; в системе подачи воды встроен аппарат магнитной обработки воды для уменьшения отложений накипи солей на внутренних поверхностях трубопроводов и увеличения надежности; вентилятор подачи воздуха в энергетический блок имеет электропривод; топливный насос выполнен в виде гидронасоса, связанного с гидроприводом автомобиля; водяной гидронасос имеет гидропривод; гидроприводные насосы имеют положительные технико-экономические характеристики и минимальные эксплуатационные затраты; для водяной и топливной емкостей использованы современные материалы с целью уменьшения металлоемкости, увеличения прочности и повышения надежности; в трубопроводной обвязке установлена надежная арматура, дополнительные устройства для предварительного подогрева воды и топлива.

Блок зажигания и стабилизации горения топлива и блок управления, контроля и сигнализации выполнены с учетом современных требований к электроаппаратуре, требований техники безопасности, пожаробезопасности энергетических блоков, санитарных и экологических требований к установке, психоэнергономических требований к рабочему месту оператора установки. Блок управления, обвязка с крановым и клапанным оборудованием, выполненные на достаточно высоком технологическом уровне, на более современных элементах с использованием новых технологий, обеспечат расширение функциональных возможностей предлагаемой передвижной парообразующей установки на шасси автомобиля "Урал".

Предлагаемая парообразующая установка с производительностью пара не более 1,6 м³/час, давлением 10 МПа и температурой 310^oC, позволит уменьшить удельный расход дизельного топлива на выработку пара, повысить эксплуатационную надежность, увеличить срок работы парогенератора, упростить управление за счет автоматизации работой установки. Устройство в комплексе становится патентоспособным и конкурентоспособным на рынке Российской Федерации и за рубежом.

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, в производстве специализированной технологической техники, используемой на базах производственного обслуживания промыслов. Сущность изобретения: передвижная парообразующая установка смонтирована на шасси автомобиля "Урал", имеет расширенные функциональные возможности. Предлагаемая установка снабжена источником электропитания с системой зажигания и стабилизации горения в горелочном устройстве с форсунками энергетического блока; топливный и водяной насосы выполнены гидроприводными, а вентилятор взаимодействует с регулируемым электроприводом. Использование предлагаемой установки позволит предприятию получить положительный экономический эффект за счет сокращения эксплуатационных расходов и первоначальных затрат на приобретение. 2 ил.

Передвижная парообразующая установка, содержащая установленные на автомобиле парогенератор с форсуночным устройством и запальным устройством зажигания дизельного топлива, водотопливную систему с водяным и топливным насосами и вентилятором подачи воздуха, отличающаяся тем, что установка снабжена системой зажигания и стабилизации горения водоэмульгированного дизельного топлива, подводимого к форсункам горелочного устройства, при этом топливный и водяной насосы выполнены гидроприводными и соединены с гидросистемой автомобиля, вентилятор подачи воздуха к горелочному устройству содержит регулируемый электропривод, водяная система подачи воды содержит аппарат магнитной обработки воды, теплонапряженные элементы парогенератора покрыты антикоррозионным покрытием, а водотопливная система содержит теплонагреватель для подогрева данной системы при эксплуатации при отрицательных температурах.