ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2005 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к транспортированию нефти, и может быть использовано при подготовке нефти на промыслах для уменьшения вязкости продукции скважин при перекачке к пунктам назначения.

Известен водогрейный котел, содержащий корпус с размещенными в нем топкой, дымогарными трубами, сообщенными со стороны входа в них с топкой, и водную камеру, причем дымогарные трубы и водная камера объединены в два автономных блока - наружный и внутренний, соединенные между собой посредством фланцевого соединения, водная камера выполнена в виде системы теплообменных труб, сообщенных между собой посредством системы тангенциально установленных криволинейных сопел, причем каждое сопло со стороны выхода из него воды выполнено в виде щелевого диффузорного канала, дымогарные трубы установлены внутри теплообменных труб, при этом дымогарные трубы наружного и внутреннего блоков сообщены между собой посредством выполненных в корпусе оборотных камер с формированием трехходовой системы тяги, со стороны наружной поверхности дымогарные трубы выполнены с винтовыми направляющими планками, а со стороны внутренней поверхности в дымогарных трубах выполнена двухходовая винтовая нарезка с формированием гребней переменной высоты с реверсивным направлением закрутки потока продуктов сгорания внутри дымогарных труб, при этом теплообменные трубы со стороны коллектора снабжены заглушками с просечками, посредством которых теплообменные трубы сообщены с коллектором (см. патент RU №2173433, по кл. F 24 Н 1/00 от 03.11.2000 г., опубл. 10.09.2001 г.).

Недостатком устройства является сложность конструкции, ограниченность его использования, так как в случае использования на нефтепромыслах требуется дополнительное обустройство, например наличие теплообменников, дополнительных помещений и т.д.

Известен также водогрейный котел, содержащий корпус с центральной камерой сгорания, образующей кольцевую полость, сообщенную с радиально подводящими и отводящими трубами кольцевого водяного коллектора (см. а.с. СССР №779756, F 24 Н 1/28, 1980 г.). Коллектор установлен во входном участке камеры сгорания. В кольцевой полости равномерно расположены дымогарные трубы, подключенные к поворотному газоходу, также расположенному в кольцевой полости в зоне входного участка камеры сгорания. Поворотный газоход размещен с зазором относительно ближайшей торцевой стенки кольцевой полости и сообщен проемом с камерой сгорания. Подводящие и отводящие трубы водяного коллектора расположены в проеме.

Недостатком такого водогрейного котла является низкий коэффициент полезного действия за счет небольшой продолжительности контакта обогреваемой поверхности с топочными газами и малой площади нагрева.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому водогрейному котлу является водогрейный котел, содержащий заключенный в герметичный корпус водяной объем, внутри которого помещены жаровая камера и дымогарные трубы, сообщенные входными участками с жаровой камерой, а выходными с коллектором, связанным с дымовой трубой, при этом котел снабжен нагревательными элементами типа трубок Фильда, каждая наружная труба которых помещена с некоторым кольцевым зазором в дымогарную трубу, причем внутренние трубы впускными концами подключены с подводящему трубопроводу питательной воды, а открытые концы наружных труб - к водяному объему котла (см. патент RU №2116579 по кл. F 24 Н 1/00 от 06.01.1997 г., опубл. 27.07.1998 г.).

Устройство по сравнению с аналогами позволяет интенсифицировать теплопередачу и увеличить поверхность нагрева.

Недостатками устройства являются низкий коэффициент полезного действия (КПД) за счет малой площади теплоотдачи и не полного использования тепла сгоревшего топлива, а также ограниченность использования за счет малой производительности и специфичности топочного газа, кроме того, при использовании в качестве топочного газа попутного сероводородсодержащего происходит быстрое засорение дымогарных труб продуктами горения, что значительно снижает надежность эксплуатации устройства.

Решаемая техническая задача состоит в повышении эффективности работы водогрейного котла за счет увеличения КПД и производительности, а также возможности работы на попутном сероводородсодержащем газе, в увеличении площади теплоотдачи при уменьшении габаритов водогрейного котла и его веса, повышении надежности и продолжительности эксплуатации, т.е. увеличении межремонтного периода.

Поставленная задача решается описываемым водогрейным котлом, содержащим корпус с заключенным в него водяным объемом, коллектор с дымовой трубой, дымогарные трубы.

Новым является то, что корпус дополнительно снабжен устройством для циркуляции нагреваемой среды, выполненным в виде змеевика, например однопоточным трубчатым змеевиком для огневого подогрева газообразных и жидких сред под давлением с уменьшенным расстоянием между рядами труб змеевика, и размещенным в верхней части водяного объема, верхним и нижним коллекторами распределения тепла, установленными внутри корпуса с водяным объемом, при этом дымогарные трубы расположены под устройством для циркуляции нагреваемой среды в ряд и соединены с коллекторами распределения тепла, так что центральная труба с нижним, а боковые с верхним коллектором, снабженным дымоходом, причем в центральную дымогарную трубу установлена газовая горелка низкого и среднего давления для печи подогрева нефти, а вовнутрь боковых дымогарных труб установлены циркуляционные трубы, кроме того, входные концы боковых дымогарных труб и нижнего коллектора снабжены объемными крышками.

Совокупность отличительных признаков позволяет повысить эффективную работу и расширить функциональные возможности водогрейного котла за счет работы на попутном газе низкого и среднего давления, снизить межремонтный период, так как в дымогарных трубах не оседают на стенки продукты сгорания попутного (сероводородсодержащего) газа, а сразу выносятся струей воздуха или пара в атмосферу, а для циркуляции нагреваемой среды используется однопоточный трубчатый змеевик для огневого подогрева газообразных и жидких сред под давлением с уменьшенным расстоянием между рядами труб змеевика, позволяющий снизить габариты и вес водогрейного котла, повысить продолжительность эксплуатации за счет уменьшения коррозии и отсутствия прогара, а также увеличить производительность водогрейного котла, тем самым снизить материальные затраты, повысить КПД котла за счет увеличения площади теплоотдачи и наиболее полного использования сгоревшего топлива.

Анализ известных аналогичных решений из патентной и научно-технической литературы позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом объекте, т.е. о соответствии заявляемого решения критерию изобретения “изобретательский уровень”.

На фиг.1 показан общий вид водогрейного котла с фронтальным сечением по А-А,

на фиг.2 - разрез В-В фиг.1,

на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.1,

на фиг.4 - разрез С-С фиг.2.

Водогрейный котел содержит корпус 1 с заключенным в него водяным объемом 2, верхний коллектор 3 с дымовой трубой 4, дымогарные трубы 5, корпус 1 дополнительно снабжен устройством 6 для циркуляции нагреваемой среды, выполненным в виде змеевика и размещенным в верхней части водяного объема 2, коллектором 7 распределения тепла, при этом оба коллектора, включая коллектор 3 с дымовой трубой 4, установлены внутри корпуса 1 с водяным объемом 2. Дымогарные трубы 5 расположены под устройством 6 для циркуляции нагреваемой среды в ряд и соединены с коллекторами распределения тепла 3 и 7, так что центральная дымогарная труба 5′ с нижним 7, а боковые 5′′ с верхним 3 коллектором, снабженным дымоходом с дымовой трубой 4, причем в центральную трубу 5′ установлено горелочное устройство 8, а вовнутрь боковых дымогарных труб 5′ и 5" установлены циркуляционные трубы 9. Входные концы дымогарных труб 5′ и 5" и нижнего коллектора 7 снабжены объемными крышками 10, 10′ и 11 соответственно.

Водогрейный котел работает следующим образом.

Попутный сероводородсодержащий газ с содержанием сероводорода 3,6% под давлением 0,01-0,5 атм поступает в газовую горелку низкого и среднего давления для печи подогрева нефти 8, установленную в центральную дымогарную трубу 5′, где полностью сгорает и образованное при этом тепло через центральную дымогарную трубу 5′ поступает в нижний коллектор 7. Из нижнего коллектора 7 тепло поступает в боковые дымогарные трубы 5", оборудованные циркуляционными трубами 9, и верхний коллектор 3 с дымовой трубой 4.

Расположение нижнего 7 и верхнего 3 коллекторов внутри водяного объема 2 позволяет полностью без потерь использовать тепло сгорающего топлива по назначению, т.е. для нагрева водяного объема 2. Тепло через дымогарные трубы 5′ и 5" передается также водяному объему 2, заключенному в корпус 1, и затем устройству 6 для циркуляции нефти, выполненному в виде змеевика и размещенному в верхней части водяного объема 2 над дымогарными трубами 5′ и 5". В качестве устройства 6 используют однопоточный трубчатый змеевик для огневого подогрева газообразных и жидких сред под давлением с уменьшенным расстоянием между рядами труб змеевика. При накоплении шлама в дымогарных трубах 5′ и 5", а также в нижнем коллекторе 7 снимают объемные крышки 10, 10′ и 11 соответственно и производят их очистку.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого водогрейного котла складывается за счет уменьшения габаритов, в том числе веса, увеличения площади теплоотдачи, возможности использования его на нефтепромыслах и работы на попутном сероводородсодержащем газе, повышения продолжительности эксплуатации и производительности, увеличения КПД и снижения материальных затрат.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к транспортированию нефти, и может быть использовано при подготовке нефти на промыслах для уменьшения вязкости продукции скважин при перекачке к пунктам назначения. Водогрейный котел содержит корпус с заключенным в него водяным объемом, верхний коллектор с дымовой трубой, дымогарные трубы, корпус дополнительно снабжен устройством для циркуляции нагреваемой среды, выполненным в виде змеевика и размещенным в верхней части водяного объема, коллектором распределения тепла, при этом оба коллектора, включая коллектор с дымовой трубой, установлены внутри корпуса с водяным объемом. Дымогарные трубы расположены под устройством для циркуляции нагреваемой среды в ряд и соединены с коллекторами распределения тепла так, что центральная дымогарная труба с нижним, а боковые с верхним коллектором, снабженным дымоходом с дымовой трубой, причем в центральную трубу установлено горелочное устройство, а внутрь боковых дымогарных труб установлены циркуляционные трубы. Входные концы дымогарных труб и нижнего коллектора снабжены объемными крышками. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Водогрейный котел, содержащий корпус с заключенным в него водяным объемом, коллектор с дымовой трубой, дымогарные трубы, отличающийся тем, что корпус дополнительно снабжен устройством для циркуляции нагреваемой среды, выполненным в виде змеевика и размещенным в верхней части водяного объема, верхним и нижним коллекторами распределения тепла, установленными внутри корпуса с водяным объемом, при этом дымогарные трубы расположены под устройством для циркуляции нагреваемой среды в ряд и соединены с коллекторами распределения тепла так, что центральная труба с нижним, а боковые с верхним коллектором, снабженным дымоходом, причем в центральную дымогарную трубу установлено горелочное устройство, а внутрь боковых дымогарных труб установлены циркуляционные трубы, кроме того, входные концы дымогарных труб снабжены объемными крышками.2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что устройство для циркуляции нагреваемой среды представляет собой однопоточный трубчатый змеевик для огневого подогрева газообразных и жидких сред под давлением с уменьшенным расстоянием между рядами труб змеевика.3. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что в центральную дымогарную трубу установлена газовая горелка низкого и среднего давлений для печи подогрева нефти.