海上稠油平臺多頭自調(diào)節(jié)油氣混燃裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋石油稠油熱采工程領(lǐng)域平臺注汽技術(shù)相配套的油氣混燃裝置，特別涉及一種海上稠油平臺蒸汽發(fā)生裝置用的油氣雙燃料混燃器。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，海上油田已探明稠油儲量相當(dāng)可觀，但稠油因其重質(zhì)組分含量高、粘度大、流動性差，開采難度極大，海上平臺稠油熱采注熱技術(shù)的研宄剛剛起步，很多方面還不成熟，這都成為制約海上稠油經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的關(guān)鍵因素。因此，非常有必要開展海上稠油熱采工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研宄。
[0003]目前，針對陸上稠油油田熱采技術(shù)相配套的油田注蒸汽裝置及其燃燒器已有代表性的產(chǎn)品，并已在新疆、遼河、勝利等油田進(jìn)行了試驗(yàn)和應(yīng)用，但由于陸上稠油油田熱采燃料就地取材且相對單一以及設(shè)備占地面積和重量要求相對海上平臺并不嚴(yán)格等實(shí)際工況，其注蒸汽裝置主要為臥式，且其體積過于龐大，這就決定了所配置的燃燒器需為長火焰形式，且其燃料主要為煤氣、煤或煤矸石等，或者采用天然氣、合格原油或重質(zhì)油等單燃料模式。而海上稠油平臺受空間和重量成本的限制，其熱采注蒸汽裝置往往需要采用立式，其所配置的燃燒器也就需為短火焰形式；同時海上平臺油井的產(chǎn)出物主要為原油及伴生氣等，為達(dá)到節(jié)能減排的目的，平臺設(shè)備用戶的燃料應(yīng)該能夠首先充分利用自產(chǎn)的伴生氣，在伴生氣量不足的年份補(bǔ)充原油，盡量滿足油氣雙燃料混燃模式，在這種情況下，陸上稠油油田注蒸汽裝置所配置的燃燒器將不再適用，而需要依據(jù)海上稠油平臺熱采的實(shí)際，研發(fā)出具有短火焰、油氣混燃、自動控制進(jìn)氣量等特點(diǎn)的稠油平臺注蒸汽裝置專用的燃燒器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有陸上稠油油田熱采所配燃燒器用于海上稠油平臺時存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是研發(fā)一種適合海上稠油平臺熱采注蒸汽裝置的多頭自調(diào)節(jié)油氣雙燃料混燃器。該油氣混燃裝置依據(jù)多混燃頭、鼠籠式高壓噴嘴、雙層螺旋式燃燒片、擴(kuò)壓混燃腔、軸流式驅(qū)灰器、多分支噴淋器等特殊結(jié)構(gòu)，具備裝置緊湊，油氣雙燃料混燃，油氣任意比例混合，燃油霧化、高壓送風(fēng)、熱能轉(zhuǎn)化率高，自動控制進(jìn)油氣量，短火焰且火焰均勻，火焰方向和長度可自調(diào)節(jié)，煙灰自清潔和雙重清洗等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是開發(fā)一種海上稠油平臺多頭自調(diào)節(jié)油氣混燃裝置，為平臺熱采注汽裝置提供充足的熱源，它主要由混燃器本體、多分支噴淋器、混燃頭、燃料供應(yīng)器、軸流式驅(qū)灰器、變頻式送風(fēng)系統(tǒng)和油氣混燃控制系統(tǒng)等幾部分組成。該油氣混燃裝置采用模塊化設(shè)計，通過混燃器本體上部的法蘭盤直接與平臺上的熱采注汽裝置相聯(lián)接，平臺自產(chǎn)的合格原油由輸油管匯送至鼠籠式高壓燃油噴嘴，燃油霧化后噴入混燃頭，伴生氣由輸氣管匯送至鼠籠式燃?xì)鈬娮?，噴入油氣預(yù)混室與霧化油進(jìn)行混合，而空氣由變頻式送風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)管匯送至鼠籠式空氣噴嘴，噴入混燃室與油氣接觸并經(jīng)自動點(diǎn)火器點(diǎn)火后油氣燃燒產(chǎn)生火焰，火焰流經(jīng)喉燃室增速減壓進(jìn)入增壓室，其內(nèi)截面不斷增大的流道使得火焰流速逐漸降低而壓力不斷增大，接著經(jīng)雙層螺旋燃燒片形成內(nèi)外旋向相反的螺旋式短火焰，最后由在軸流式驅(qū)灰器輔助作用下送入熱采注汽裝置，與此同時火焰的方向和長度依據(jù)注汽裝置盤管內(nèi)的蒸汽流量和溫度自行調(diào)節(jié)。油氣混燃控制系統(tǒng)通過監(jiān)測進(jìn)燃?xì)饬拷?jīng)由三向轉(zhuǎn)換閥自動控制進(jìn)燃油量，實(shí)現(xiàn)油氣任意比例的混合，并通過監(jiān)測混燃器本體內(nèi)的溫度經(jīng)由氣電轉(zhuǎn)換器自動控制輸油總管和輸氣總管的進(jìn)油氣量以及送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，以保證盤管內(nèi)的蒸汽溫度保持恒定。
[0006]混燃器本體由里而外依次布置軸流式驅(qū)灰器與混燃頭和燃料供應(yīng)器，且在混燃頭上部布置多分支噴淋器?；烊计鞅倔w選用壓力容器材料Q345R，主罐腔通體內(nèi)襯雙向不銹鋼或者超級雙向不銹鋼，混燃器本體采用立式容器的形式，分為主罐體和排污管兩部分。主罐體采用柱形筒體和橢圓形封頭相結(jié)合的構(gòu)造，上部柱形筒體的頂端設(shè)置法蘭盤，法蘭盤上均勻布置28?40個螺孔，通過雙頭螺柱實(shí)現(xiàn)整個油氣混燃器與平臺熱采注汽裝置間的聯(lián)接，并且油氣混燃器與平臺熱采注汽裝置間通過金屬墊片進(jìn)行密封；柱形筒體的中部設(shè)置帶有圓孔的凸臺，與多分支噴淋器的主干管間采用過盈配合實(shí)現(xiàn)多分支噴淋器與混燃器本體間的固定。主罐體下部的橢圓形封頭中央部位設(shè)置柱形凸臺，柱形凸臺的中間設(shè)有密封腔，密封腔采用階梯形圓形孔眼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)放置密封填料，而柱形凸臺的邊緣均勻布置8個螺釘孔；柱形凸臺的周圍分別布置排污管和變頻式送風(fēng)系統(tǒng)的吹風(fēng)管，排污管與吹風(fēng)管支干段的軸線垂向放置且處于同一圓周上，同時排污管與吹風(fēng)管分兩側(cè)對稱布置；排污管與吹風(fēng)管外側(cè)的主罐體腔壁上沿圓周方向均勻布置3個圓形孔眼，孔眼的軸線與混燃器本體的中心線間呈15°。排污管出口與吹風(fēng)管的主干段180°反向布置，多分支噴淋器自沖洗作業(yè)后的較大煙灰顆粒和沖洗液所攜帶的油泥等會一起落入主罐體的底部，并最終匯集至排污管后經(jīng)排污管出口排出；排污管出口通過法蘭盤和螺栓與排污管匯相聯(lián)接，并且法蘭間通過丁腈橡膠墊進(jìn)行密封。
[0007]燃料供應(yīng)器為整個油氣混燃裝置提供合格原油、伴生氣、空氣等燃料，同時實(shí)現(xiàn)高壓燃油霧化、燃?xì)飧咚賴娚浜透邏核惋L(fēng)，其材質(zhì)選用雙向不銹鋼，它由燃油供應(yīng)系統(tǒng)、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)和燃料盤組成，整個燃料供應(yīng)器通過燃料盤將燃油供應(yīng)系統(tǒng)、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)集于一體，燃料供應(yīng)器與混燃頭的數(shù)量相等。燃料供應(yīng)器自燃料盤中心向外依次輻射布置I個燃油主噴嘴、8個燃?xì)鈬娮臁?個空氣噴嘴和8個燃油支噴嘴，同時燃?xì)鈬娮?、空氣噴嘴和燃油支噴嘴依次呈鼠籠式排列且其軸線均與燃油主噴嘴的軸線相平行。燃?xì)鈬娮旌腿加椭娮煲灰粚?yīng)且其軸線處于同一角度，燃?xì)鈬娮旌腿加椭娮熘虚g均勻布置空氣噴嘴且與空氣噴嘴交錯排列。
[0008]燃料供應(yīng)器的燃料盤由圓形鋼板加工而成，其中央的圓形孔眼與燃油主噴嘴間過盈配合而實(shí)現(xiàn)固定，由內(nèi)而外依次加工分層布置的圓形孔眼并分別與燃?xì)鈬娮?、空氣噴嘴和燃油支噴嘴過盈配合，每層均勻布置8個孔眼且層間孔眼交錯排列；燃料盤的邊緣均勻布置16個螺釘孔，并通過緊定螺釘實(shí)現(xiàn)混燃頭與燃料供應(yīng)器間的聯(lián)接；燃料盤的外環(huán)面與主罐體腔壁上的孔眼通過圓周焊的方式實(shí)現(xiàn)燃料供應(yīng)器和混燃頭在混燃器本體上的固定。
[0009]燃料供應(yīng)器的燃油供應(yīng)系統(tǒng)包括輸油管匯和燃油噴嘴，輸油管匯用來將合格原油由日用儲罐輸送至燃油噴嘴，油壓滿足3.0MPa以上，它包括輸油總管、多路閥、輸油支管和輸油接頭，合格原油流經(jīng)輸油總管并由多路閥統(tǒng)一分配給各輸油支管，其中分配給輸油主支管的燃油最多以保證燃油主噴嘴的燃油供應(yīng)量，而分配給各輸油分支管的燃油量相等且其總供應(yīng)量為輸油主支管內(nèi)燃油流量的4倍，輸油管匯通過輸油接頭與各燃油噴嘴進(jìn)行聯(lián)接。燃油噴嘴用來實(shí)現(xiàn)高壓燃油霧化，為滿足霧化效果，燃油粘度需在50°C時低于500cp，燃油噴嘴分為燃油主噴嘴和燃油支噴嘴且其結(jié)構(gòu)相同，每個燃油噴嘴采用柱形厚壁筒構(gòu)造，中間的流道由下而上依次為圓錐面、柱面和倒圓錐面，且下錐面的錐度大于上錐面，而下錐面的高度則小于上錐面；下錐面內(nèi)沿錐面螺旋布置旋流齒，旋流齒軸向間距和旋流齒寬不斷縮小，高壓燃油經(jīng)旋流齒產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)后，由中間的柱面流道噴射而出，經(jīng)旋流離心作用而破碎并變成細(xì)油滴，霧化后的細(xì)油滴粒徑小于75 μm，同時細(xì)油滴從上錐面流道噴射進(jìn)混燃頭內(nèi)，上錐面的霧化角設(shè)計為25°?35°。
[0010]燃料供應(yīng)器的燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)包括輸氣管匯和燃?xì)鈬娮?，而送風(fēng)系統(tǒng)包括送風(fēng)管匯和空氣噴嘴，輸氣管匯和送風(fēng)管匯均由輸氣總管、分氣路由、輸氣支管和輸氣接頭組成，伴生氣或空氣經(jīng)輸氣總管并由分氣路由均勻配送給各輸氣支管，輸氣管匯和送風(fēng)管匯通過輸氣接頭分別與各燃?xì)鈬娮旌涂諝鈬娮煜嗦?lián)接。燃?xì)鈬娮旌涂諝鈬娮熘虚g的流道均分為主氣道和支氣道，其中主氣道均采用圓柱面，其軸線分別與燃?xì)鈬娮旎蚩諝鈬娮斓妮S線重合，而支氣道則由圓形柱面和喇叭口形錐面相結(jié)合，支氣道柱面處的總橫截面積等于主氣道的截面積，燃?xì)饣蚩諝饨?jīng)主氣道換向進(jìn)入支氣道柱面穩(wěn)流后由喇叭口形錐面噴出。輸氣管匯用來將伴生氣由燃?xì)鈨掭斔椭寥細(xì)鈬娮?，燃?xì)鈬娮煊脕韺?shí)現(xiàn)高壓燃?xì)獾母咚賴娚洳⑴c霧化后的細(xì)油滴充分混合，每個燃?xì)鈬娮旖Y(jié)構(gòu)相同且均包括呈180°對稱布置的兩個支氣道，燃?xì)鈬娮熘獾赖某隹诜謩e正對燃油主噴嘴和燃油支噴嘴，且燃?xì)鈬娮熘獾赖妮S線與其主氣道、燃油主噴嘴和燃油支噴嘴的軸線處于同一垂面上，同時燃?xì)鈬娮熘獾赖妮S線與水平面間呈30°。送風(fēng)管匯用來將變頻式送風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣輸送至空氣噴嘴，空氣噴嘴用來實(shí)現(xiàn)高壓送風(fēng)，每個空氣噴嘴結(jié)構(gòu)相同，且為保證充足的高壓送風(fēng)量和油氣混均后充分燃燒，每個空氣噴嘴均設(shè)有兩層排列的支氣道，每層含有三個沿圓周方向均勻布置的支氣道，其中一個空氣噴嘴支氣道的出口正對燃油主噴嘴，而另外兩個空氣噴嘴支氣道的出口正對兩個相鄰的燃油支噴嘴，所有空氣噴嘴支氣道的軸線與水平面間呈15°。由此，燃油主噴嘴共配置八個燃?xì)鈬娮熘獾篮褪鶄€空氣噴嘴支氣道，且各燃?xì)鈬娮熘獾篮涂諝鈬娮熘獾澜诲e分布，而每個燃油支噴嘴均對應(yīng)配置一個燃?xì)鈬娮熘獾篮退膫€