Передвижная парообразующая установка

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и применяется для депарафинизации скважин и устьевого оборудования на базах производственного обслуживания нефтяных промыслов.
Передвижные парогенераторные установки преимущественно используются в нефтегазовой отрасли для депарафинизации скважин, трубопроводов и прочего нефтепромыслового оборудования при помощи насыщенного пара высокого или низкого давления. Кроме того, эти установки могут использоваться в автотранспортной, дорожно-строительной и других отраслях промышленности для очистки и обогрева техники, оборудования и материалов, а также в коммунальном хозяйстве в качестве котельной для отопления различных помещений, поселков вахтовиков, для ликвидации аварийных ситуаций в коммунальном хозяйстве городов и на промышленных объектах.
Типовая передвижная парогенераторная установка состоит из установленных на шасси автомобиля бака для воды, парового котла, оснащенного горелочным устройством, вентилятора высокого давления, водяного насоса, осуществляющего подачу воды из бака в котел, бака для топлива, топливного насоса, осуществляющего подачу топлива к горелочному устройству. Оборудование установки закрыто металлическим кузовом, который обеспечивает защиту установки от воздействия осадков и пыли. В качестве топлива, используемого для работы известных передвижных парогенераторных установок, используется дизельное топливо.
Из уровня техники известна передвижная парообразующая установка (патент на изобретение RU 2099633, опубл. 20.12.1997, МПК F22B 1/18, F22B 29/00), содержащая шасси автомобиля, бак для дизельного топлива, цистерну для воды, гидроприводной топливный насос, гидроприводной водяной насос, парогенератор. Паровой котел установлен в передней части кузова, топливо для парового котла дизельное.
Компоновочное решение данной установки с передним расположением парового котла не позволяет обеспечить оптимальную развесовку и равномерность нагрузки по осям шасси. Использование в качестве топлива для парового котла дизельного топлива приводит к увеличению содержания твердых частиц в выбросах, а также оксидов азота и оксидов углерода. Поэтому данная установка характеризуется низкой экологичностью. Кроме того, использование дизельного топлива приводит к снижению надежности котельного агрегата, что обусловлено высоким содержанием загрязняющих веществ в продуктах сгорания. Вследствие этого увеличивается количество отложений на змеевиках котельного агрегата, что уменьшает его срок службы.
Известна передвижная парообразующая установка (патент на изобретение RU 2295668, опубл. 20.03.2007, F22B 1/16), содержащая шасси автомобиля, агрегат объемного гидропривода, гидропанель с регуляторами расхода жидкости, гидромоторы, соединенные с вентилятором, водяным и топливным насосами, масляный бак с фильтрами, емкости с водой и топливом, паровой котел, блок управления и трубопроводы гидросистемы, при этом трубопроводы гидросистемы от агрегата объемного гидропривода до гидропанели с регуляторами расхода жидкости, трубопроводы слива жидкости от гидромоторов через гидропанель и трубопроводы дренажа от гидромоторов в масляный бак с фильтрами расположены внутри емкости с водой на дне. Паровой котел установлен в задней части кузова. Установка оборудована топливной емкостью для хранения дизельного топлива, используемого при работе установки.
Данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Как и в предыдущем аналоге, использование в качестве топлива для парового котла дизельного топлива обусловливает низкую экологичность установки ввиду повышенного содержания твердых частиц, оксидов азота и оксидов углерода в выбросах, а также снижение надежности котельного агрегата, связанную с высоким содержанием загрязняющих веществ в продуктах сгорания. Вследствие этого увеличивается количество отложений на змеевиках котельного агрегата, что уменьшает его срок службы. В этой связи представляется актуальным создание передвижной парообразующей установки, работающей на газовом топливе.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является расширение арсенала передвижных парообразующих установок, а именно создание установки, в которой можно использовать в качестве топлива для парового котла газ и в которой были бы устранены или, по меньшей мере, существенно уменьшены указанные выше недостатки.
Технический результат: реализация полезной моделью указанного назначения.
Поставленная проблема решается за счет того, что передвижная парообразующая установка, содержащая шасси транспортного средства с монтажной платформой, смонтированные на платформе и закрытые кузовом паровой котел, дутьевой вентилятор, водяной насос, расположенные в задней части монтажной платформы, и емкость для воды, расположенную перед ними, согласно полезной модели оснащена газовой топливной системой парового котла, состоящей из резервуара для хранения газового топлива, установленного на монтажной платформе перед кузовом, системы подачи газового топлива и горелочного устройства для сжигания газообразного топлива.
Внедрение газовой топливной системы снижает количество выбросов в атмосферу за счет снижения содержания в них твердых частиц, оксидов азота и оксидов углерода. Низкое содержание загрязняющих веществ в продуктах сгорания, кроме того, повышает надежность и срок службы парового котла, так как значительно уменьшается количество отложений на его змеевиках.
Компоновочное решение данной установки с расположением парового котла в задней части монтажной платформы, перед ним - емкости для воды и расположением резервуара для хранения топлива перед кузовом (то есть в передней части шасси) позволяет улучшить развесовку и повысить равномерность нагрузки по осям шасси транспортного средства, что обеспечивает устойчивость и безопасность его движения.
Кроме того, размещение парового котла и горелочного устройства в задней части шасси транспортного средства, а резервуара для хранения газового топлива в передней части шасси вне кузова транспортного средства вне кузова обеспечивает противопожарную безопасность: нагревающиеся элементы установки и элементы искрового поджига горелочного устройства максимально удалены от резервуара для хранения газового топлива.
На фиг. 1 представлен общий вид парообразующей установки; на фиг. 2 - вид сверху парообразующей установки (без кузова); на фиг. 3 - принципиальная схема подключения газового оборудования с одной кассетой (газ КПГ-метан); на фиг. 4 - принципиальная схема подключения газового оборудования с пропан-бутановыми баллонами; на фиг. 5 - принципиальная схема подключения газового оборудования с криобаком (газ СПГ-метан).
Описанный ниже вариант исполнения передвижной парообразующей установки приведен прежде всего в целях иллюстрации полезной модели и не должен быть истолкован как ограничение объема притязаний.
Передвижная парогенераторная установка (ППУ), согласно полезной модели, содержит шасси транспортного средства 1, установленную за кабиной (условно не показана) монтажную платформу 2 и установленную в задней части шасси транспортного средства монтажную платформу 3 (фиг. 1-2).
На монтажной платформе 3 в ее передней части по ходу движения транспортного средства смонтирована емкость для воды 4, а в задней части - паровой котел 5, предназначенный для выработки насыщенного пара или пароводяной смеси с установленными на нем паровиком 6, предохранительными клапанами высокого давления 7 и предохранительным клапаном низкого давления 8, который используется для работы установки на низких параметрах давления и температуры пара. В задней части монтажной платформы 3 установлен также дутьевой вентилятор 9 со шкивом вентилятора 10 и в непосредственной близости к дутьевому вентилятору водяной насос 11 со шкивом привода насоса 12. Данное расположение этих агрегатов установки позволяет приводить их в движение за счет вращения одного шкива 13, установленного на промежуточной опоре, соединенной через карданную передачу с коробкой отбора мощности (КОМ) или дополнительным отбором мощности (ДОМ) шасси транспортного средства. Приводные валы агрегатов (насоса 11 и вентилятора 9) приводятся в движение с помощью клиноременной передачи, включающей в себя шкив насоса 12, шкив вентилятора 10, шкив промежуточной опоры 13 и ремни. Также возможен привод данных агрегатов при помощи гидропривода, электропривода, пневмопривода, фрикционной или зубчатой передач, или иных приводов, а также любой комбинации из двух или более приводов. Контакты датчиков потока воды 14 и воздуха 15 выведены на пульт управления установкой, расположенной в кабине.
Установка оснащена газовой топливной системой парового котла, состоящей из резервуара для хранения газового топлива, системы подачи газового топлива и горелочного устройства для сжигания газообразного топлива.
Резервуар для хранения газового топлива 16 установлен на отдельной монтажной платформе 2 перед кузовом. Также возможно исполнение установки с размещением резервуара для хранения газового топлива 16 на единой с остальным оборудованием монтажной платформе.
В качестве топлива для парового котла может быть использован компримированный природный газ, сжиженный природный газ, пропан-бутан или иные газы. В зависимости от используемого в установке вида топлива применяется соответствующий резервуар для хранения газа. Конструктивное исполнение монтажной платформы, сопутствующего оборудования, элементов и узлов, а также количество и тип газовых баллонов зависят от выбранного вида газового топлива.
При работе на КПГ-метане резервуар для хранения газового топлива представляет собой одну или несколько кассет 17 с баллонами 18, заправляемыми от внешнего заправочного устройства 19 и оснащенными баллонными вентилями 20 (фиг. 3). Совместно с данным вентилем 20 может устанавливаться электромагнитный клапан. Кассета (паллета, контейнер) для газовых баллонов представляет собой конструкцию, содержащую каркас (основание) и средства крепления газовых баллонов. Также данная конструкция может содержать защитные кожуха.
При работе на пропане-бутане резервуар для хранения газового топлива дополнительно оснащается обогревателем 21 кассеты с баллонами и испарителем 22, а в качестве баллонного вентиля используется мультиклапан 23 (фиг. 4). Испаритель используется для сжиженного топлива для дополнительной газификации газового топлива.
При работе на СПГ-метане резервуар для хранения газового топлива представляет собой криобак 24 для топлива (фиг. 5). В устройстве криобака используется вентиль 20 без электромагнитного клапана.
По левой стороне монтажной платформы 3 у основания емкости для воды 4 расположены узлы системы подачи газового топлива: блок понижающих давление газовых редукторов 25, трубопроводы подачи 26 и отвода 27 газа, фильтр низкого давления газа 28 и блок форсунок 29 для правильного дозирования. На последнем редукторе установлен манометр 30 для контроля линии трубопровода высокого давления. Термопара 31 устанавливается для контроля нижнего порога температуры редуктора для отключения системы подачи топлива во время неконтролируемого падения температуры подогревающей жидкости или неисправности системы подогрева газового топлива.
При редуцировании давления газового топлива в каждом газовом редукторе блока газовых редукторов 25 и отдельных узлах системы подачи топлива происходит существенное падение температуры газа. Это, в свою очередь, приводит к обмерзанию и, следовательно, уменьшению проходных сечений элементов системы подачи топлива, особенно в зимнее время. Чтобы избежать данного эффекта и повысить надежность работы установки, необходимо осуществлять беспрерывный подогрев каждого газового редуктора блока газовых редукторов 25 как перед началом работы, так и на протяжении всего времени работы установки. Поэтому система подачи газового топлива установки оснащена системой подогрева газового топлива, которая включает подающий трубопровод 32 системы подогрева газового топлива, электропомпу 33, отводящий трубопровод 34 и непосредственно сами газовые редукторы блока газовых редукторов 25. Редуктор устроен таким образом, что между двумя газовыми камерами расположена камера для протекания подогревающей жидкости, что обеспечивает обогрев максимальных площадей обеих газовых камер. Система подогрева газового топлива устроена следующим образом. В патрубки системы охлаждения двигателя производится установка тройников для забора охлаждающей жидкости (тосол), а также ее возврата после прохождения всего контура системы подогрева газового топлива. Охлаждающая двигатель шасси транспортного средства жидкость является подогревающей жидкостью для реализованной в установке системы подогрева газового топлива. Отведенная подогревающая двигатель жидкость по подающему трубопроводу 32 попадает в блок газовых редукторов 25, последовательно обогревая каждый редуктор, затем жидкость попадает в электропомпу 33, которая в свою очередь помогает прокачивать ее и по отводящему трубопроводу 34 подает обратно в контур циркуляции системы охлаждения двигателя. Такое исполнение системы подогрева газового топлива является конструктивно простым и экономичным, однако не единственно возможным исполнением, так как система подогрева газового топлива может быть и автономной. Автономная система подогрева является конструктивно более сложной, так как для ее реализации необходимо дополнительное оборудование.
При работе установки на сжиженном топливе введенный в конструкцию испаритель 22 также подогревается с помощью системы подогрева газового топлива, при этом в контур циркуляции вносятся изменения: подогревающая жидкость после прохождения редукторов поступает в испаритель 22, а затем в электропомпу 33.
По элементам системы подачи топлива газ поступает в газовое горелочное устройство 35 подового типа, установленное в основании парового котла 5. В передвижной парообразующей установке используется горелочное устройство для сжигания газообразного топлива, например, как описанное в патенте RU 191255 на полезную модель "Горелочное устройство". В горелочном устройстве установлена свеча розжига для воспламенения топливовоздушной смеси. Регулировка осуществляется непосредственно с пульта управления в кабине шасси транспортного средства.
Все оборудование, установленное на монтажной платформе 3, закрыто металлокаркасным кузовом (например, КУНГом - кузовом унифицированным нормального габарита) 36, защищающим оборудование от внешних факторов воздействия.
В качестве двигателя шасси транспортного средства может применяться двигатель внутреннего сгорания, работающий как на дизельном, так и на газовом топливе.
Парообразующая установка работает следующим образом.
При задействовании карданной линии шасси транспортного средства на шкив 12 водяного насоса 11 и шкив 10 дутьевого вентилятора 9 передается крутящий момент, что приводит эти узлы в движение. Дутьевой вентилятор 9 при полностью открытой заслонке, расположенной на вентиляторе, начинает нагнетать воздух между обечаек парового котла через гофру 37 и патрубок 38, на котором расположен датчик потока воздуха 15. Потоки воздуха через днище парового котла поступают в горелочное устройство 35 для смешивания с газом и образования топливовоздушной смеси и дальнейшего ее сжигания.
При открытом запорном вентиле 39 вода по трубопроводу 40 подается в насос 11, проходя через фильтр грубой очистки воды 41. Данный водяной насос прокачивает воду и подает ее под давлением в патрубок 42, при этом вентиль 43 должен быть открыт. При закрытых вентилях 44, 45, 46 вода подается в змеевики парового котла 5 через обратный клапан 47. Давление подаваемой жидкости отслеживается по манометру 48 при открытом вентиле 49. Вода поступает во внешний и внутренний цилиндрические и потолочный спиральный змеевики парового котла. Заполняя объем змеевиков парового котла при закрытых вентилях 50 и 51 и открытом вентиле 52, вода осуществляет движение по контуру циркуляции обратно в емкость 4 (обычно используется для предварительного нагрева питательной воды в емкости для последующей подачи обратно в котел и нагрева до состояния насыщенного пара необходимых параметров). При повышении температуры и давления питательной воды в котле один из вентилей 50 или 51 (зависит от условий и режима работы установки, который в данный момент необходим потребителю) открывается для подачи переходящей в насыщенный пар жидкости. Вентиль 52 должен перекрываться, чтобы не допустить подачи пара высокой температуры и давления обратно в емкость во избежание ее перегрева и перегрева подающего водяного насоса. При чрезмерном повышении давления и температуры того или иного рабочего режима установки срабатывают предохранительные клапаны 7 или 8, сбрасывая часть рабочей среды, т.е. насыщенного пара или пароводяной смеси, через патрубки 53 или 54 соответственно.
Подача газа вплоть до горелочного устройства 35 на сжигание осуществляется следующим образом.
Для осуществления подачи газа через блок понижающих давление газовых редукторов 25, которые настраиваются индивидуально для каждой установки, необходимо обеспечить прогрев двигателя внутреннего сгорания (ДВС), до необходимой температуры (примерно 70-80°С). После чего открываются вентили 20 для подачи газа в установку, расположенные непосредственно на каждом баллоне, и дополнительный запорный вентиль всей газовой обвязки. Нагрев ДВС необходимо производить для задействования системы подогрева газового топлива. Подвод подогревающей жидкости к блоку газовых редукторов 25 осуществляется через подающий трубопровод системы подогрева 32, при этом обогревается каждый газовый редуктор данного блока. При помощи электропомпы 33 подогревающая жидкость подается обратно в контур циркуляции по трубопроводу 34, тем самым осуществляя непрерывный подогрев блока газовых редукторов 25 перед началом и непосредственно во время работы установки.
Газ пониженного давления из каждого редуктора собирается в единый топливопровод, поступая в фильтр низкого давления 28 и выходя из которого, поступает по топливопроводам в блоки форсунок 29, расположенные в непосредственной близости к горелочному устройству 35. Форсунки служат для регулировки количества подаваемого объема газа и правильной его дозировки на горелочное устройство.
Для обеспечения безопасности использования газового топлива каждый газовый баллон оснащен вентилем с электромагнитным клапаном. При любой аварийной ситуации в работе установке автоматически перекрываются три ступени подачи: вентили на баллонах, закрывается каждый редуктор блока, и отключаются оба блока газовых форсунок. Также для контроля утечки газового топлива в КУНГе используются приборы-сигнализаторы, при срабатывании которых также отключается подача газа во всех вышеперечисленных выше узлах при авариях.
В предлагаемой передвижной парогенераторной установке внедрена газовая топливная система. Это повышает экологичность установки, повышает надежность и срок службы парового котла. Данный вид топлива является широко распространенным и имеет невысокую стоимость. Сравнительные характеристики выбросов при использовании в качестве топлива для парового котла дизельного и газового топлива при одной и той же паропроизводительности (количестве пара, вырабатываемом котлом в единицу времени) приведены в таблице 1.
Таблица 1
Характеристики выбросов
Дизельное топливо
Газовое топливо
О<sub>2</sub>, %
13,3
10,2
СО, ppm
31
8
NO, ppm
55
39
CO<sub>2</sub>, %
7,5
4,3
Из таблицы 1 видно, что передвижная парогенераторная установка с паровым котлом, работающим на газообразном топливе, имеет более экологичные показатели по основным выбросам вредных веществ в атмосферу.
Кроме того, при использовании газового топлива практически полностью исключается образование отложений на змеевиках парового котла, что повышает его срок службы и надежность работы установки.
Компоновочное решение данной установки с расположением парового котла в задней части монтажной платформы, перед ним - емкости для воды и расположением резервуара для хранения топлива перед кузовом (то есть в передней части шасси) на отдельной или на единой с остальным оборудованием монтажной платформе обеспечивает запас по распределению полной (снаряженной) массы на передний мост и на заднюю тележку не менее 10%. Масса установленного оборудования рациональным способом распределена по осям, обеспечивая равномерную развесовку, а, следовательно, устойчивость и безопасность движения шасси транспортного средства.
Помимо этого размещение парового котла в задней части монтажной платформы обеспечивает противопожарную безопасность: нагревающиеся элементы установки (паровой котел, горелочное устройство) и элементы искрового поджига горелочного устройства максимально удалены от резервуара для хранения газового топлива. Размещение резервуара для хранения газового топлива вне кузова (КУНГа) также направлено на обеспечение противопожарной безопасности.
Расположение оборудования (парового котла, дутьевого вентилятора, водяного насоса и емкости для воды) в накрытой кузовом части монтажной платформы обеспечивает организацию между ними зоны, достаточно просторной и удобной для технического обслуживания установленного в кузове оборудования.
Среди преимуществ предлагаемой установки необходимо отметить также и то, что газовое топливо характеризуется значительно меньшей стоимостью и меньшим расходом в единицу времени в сравнении с дизельным топливом.
В газовой системе топливоподачи используется оборудование, применяемое в автомобильной промышленности, что максимально упрощает конструкцию всей системы и обеспечивает ремонтнопригодность или замену любого элемента.
Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в существенном повышении экологичности, надежности, безопасности, а также в значительном снижении стоимости топлива.
Предлагаемая полезная модель расширяет арсенал передвижных парообразующих установок.