ПОДОГРЕВАТЕЛЬ НЕФТИ
OIL HEATER

Изобретение относится к подогревателям нефти и может быть использовано для нагрева нефти при их транспортировке и промысловой подготовке.
Известен трубчатый подогреватель, который содержит корпус с размещенной в нем жаровой трубой, теплообменный элемент в виде ряда труб, прямые участки которых расположены параллельно продольной оси корпуса, промежуточный теплоноситель, газоповоротную камеру и расположенные со стороны, противоположной газоповоротной камере, горелочное устройство, газоотвод в виде дымовой трубы, конвективную камеру и рубашку вокруг жаровой трубы, в которую помещен промежуточный теплоноситель. Теплообменный элемент выполнен в виде продуктового змеевика, состоящего из двух последовательно соединенных секций, трубы которого ориентированы вокруг центральной продольной оси корпуса, причем одна секция продуктового змеевика помещена в рубашку жаровой трубы, а вторая - в конвективную камеру, образованную пространством между рубашкой и внутренней стенкой корпуса (Патент РФ №2256846, опубл. 20.07.2005).
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является подогреватель нефти, который имеет горизонтально вытянутый цилиндрический корпус, заполненный промежуточным теплоносителем, горелочное устройство, дымовую трубу и расширительный бак. В корпусе размещены топочная камера U-образной формы, в которую введены поперечные переточные трубы, и расположенный над ней, по меньшей мере, один продуктовый трубчатый змеевик в виде ряда секций, смещенных относительно друг друга. Трубы продуктового змеевика плотно уложены в каждой из секций по типу двухзаходной спирали в виде ряда горизонтально вытянутых параллельных участков труб в направлении протяженности подогревателя с изогнутыми участками труб в местах поворота и перехода с уровня на уровень. При этом расстояние между соседними трубами в месте наибольшего изгиба на поворотном участке в 2.9÷3.1 раза больше, чем расстояние между соседними трубами продуктового змеевика на прямолинейном горизонтально вытянутом участке. В центре продуктового змеевика сформирован участок трубы из двух симметричных частей, зеркально отображенных относительно друг друга, образуя S-образное изогнутое цилиндрическое тело (Патент РФ №2380611, опубл. 27.01.2010 - прототип).
Недостатком известных технических решений является невысокая эффективность нагрева высоковязкой нефти.
В предложенном изобретении решается задача повышения эффективности нагрева высоковязкой нефти.
Задача решается тем, что в подогревателе нефти, включающем корпус, подогреватель теплоносителя, трубопроводы циркуляции теплоносителя, трубчатые змеевики протекания нефти в виде ряда горизонтально вытянутых параллельных участков труб с изогнутыми участками труб в местах поворота, отличающийся тем, что в первой секции трубчатые змеевики выполнены кожухо-трубными однопоточными с расположением нагреваемой нефти между наружной и внутренней трубой и расположением теплоносителя в корпусе за наружной трубой и внутри внутренней трубы, входы и выходы нефти и теплоносителя расположены противоположно с осуществлением противотока нефти и теплоносителя, соотношение диаметров наружной и внутренней труб составляет (108-245):(65-150), во второй секции трубчатые змеевики выполнены многопоточными труба в трубе, труба с нефтью разделена на несколько труб, размещенных в корпусе, внутри которого размещен теплоноситель, соотношение диаметров наружной и внутренней труб составляет (108-425):(32-89).
В третьей секции трубы с нефтью разделены на несколько труб каждая и размещены в корпусе, внутри которого размещен теплоноситель, соотношение диаметров наружной и внутренней труб составляет (108-245):(22-89).
Сущность изобретения
Для подогрева высоковязкой нефти используют различные подогреватели, однако их эффективность невелика, т.к. они расходуют повышенное количество топлива для подогрева теплоносителя и соответственно нефти. В предложенном изобретении решается задача повышения эффективности нагрева высоковязкой нефти. Задача решается подогревателем нефти, представленным на фиг.1-2
Подогреватель нефти (фиг.1) состоит из модуля теплогенератора 1, модуля теплообмена 2 и теплообменника 3. В модуле теплогенератора 1 размещены блок подготовки теплоносителя 4, горелочное устройство 5, блок насосов 6 и дымовая труба 7. В модуле теплообмена 2 размещены первая секция теплообменника 8, вторая секция теплообменника 9, третья секция теплообменника 10.
Первая секция теплообменника представлена на фиг.2.
На фиг.2 изображены трубчатые змеевики протекания нефти 11 в виде ряда горизонтально вытянутых параллельных участков труб с изогнутыми участками труб в местах поворота, наружной 12 и внутренней 13 трубой кожухо-трубных однопоточных трубчатых змеевиков протекания теплоносителя с расположением трубчатых змеевиков протекания нефти 11 между трубами 12 и 13 и расположением теплоносителя за наружной трубой 12 и внутри внутренней трубы 13.
Подача (вход) нефти и выход теплоносителя с одной стороны и вход теплоносителя и выход нефти расположены рядом и организуют противотока нефти и теплоносителя в смежных трубах. Соотношение диаметров наружной 12 и внутренней 13 трубы составляет (108-245):(65-150).
Один горизонтальный трубопровод называют ходом нефти или теплоносителя. В первой ступени может находиться от двух до шести ходов.
Во второй секции 9 трубчатые змеевики выполнены многопоточными труба в трубе. Труба с нефтью из первой секции разделена на несколько внутренних труб, окруженных одной наружной трубой (корпусом) с теплоносителем. Соотношение диаметров наружной и внутренней трубы составляет (108-425):(32-89).
В третьей секции повторена конструкция второй ступени. Соотношение диаметров наружной и внутренней трубы составляет (108-245):(22-89).
Подогреватель нефти работает следующим образом.
Топливный газ предварительно подогретый в теплообменнике 3 сгорает в горелочном устройстве 5. Продукты горения проходят через блок подготовки теплоносителя 4 с размещенными в нем трубами с циркулирующим теплоносителем, и выбрасывается в дымовую трубу 7. Теплоноситель нагревается и направляется насосами 6 в секции 8, 9 и 10 теплообменника.
Теплоноситель циркулирует по трубопроводам циркуляции теплоносителя и нагревает трубчатые змеевики протекания нефти. Нефть нагревается и поступает от секции к секции, постепенно повышая свою температуру.
Кожухо-трубное однопоточной расположение змеевиков позволяет наиболее эффективно нагревать нефть в первой секции, когда ее вязкость чрезвычайно велика и нефть с большим трудом протекает по трубам. Соотношение диаметров наружной 7 и внутренней 8 труб в первой секции, равное (108-245):(65-150) позволяет прокачать по трубам вязкую нефть с минимальными гидравлическими потерями и максимально быстро нагреть нефть до состояния увеличенной текучести (сниженной вязкости). Противоток нефти и теплоносителя позволяет нагреть нефть равномерно по всей секции и максимально повысить температуру перед второй секцией. Максимальному прогреву нефти в первой секции способствует наличие теплоносителя во внутренней трубе. Нагрев нефти в первой ступени осуществляется с 10 до 30°С, вследствие чего вязкость нефти снижается на 40-50%.
Во второй секции появляется возможность выполнить трубопроводы нефти меньшего диаметра при соотношении диаметров наружной и внутренней трубы (108-425):(32-89). Нагретая нефть с пониженной вязкостью способна быть прокаченной по таким трубам. Кроме того, в таких трубах с такими соотношениями диаметров нагретая нефть в большей степени нагревается до еще большей температуры порядка 50-60°С.
Весьма важным для скорейшего прогрева нефти является соотношение диаметров внутренний труб первой и второй ступени (65-150) и (32-89).
При необходимости нефть нагревают в третьей секции до 80-90°С. Соотношение диаметров наружной и внутренней трубы, составляющее (108-245):(22-89), обеспечивает нагрев до указанных температур.
В качестве теплоносителя может быть использована вода, антифриз, масло и т.п.
Ниже приведены характеристики заявленного подогревателя нефти.
Характеризующие факторы:
1. Диапазон мощностей теплообменников:
1-я ступень: 500-1000 кВт;
2-я ступень: 500-2000 кВт;
3-я ступень: 1000-3000 кВт.
2. Диапазон диаметров теплообменных труб теплообменника 1-й ступени:
76-159 мм (указан наружный диаметр труб или 65-150 мм внутренний диаметр труб)
3. Диапазон диаметров кожуховых труб теплообменника 1-й ступени:
108-245 мм (указан наружный диаметр труб или 100-230 мм внутренний диаметр труб)
4. Диапазон диаметров дополнительной теплообменной трубы, расположенной внутри трубы нагреваемого продукта теплообменника 1-й ступени:
22-45 мм (указан наружный диаметр труб или 15-40 мм внутренний диаметр труб)
5. Диапазон количества потоков нагреваемой среды в теплообменнике 2-й ступени:3-7 шт.
6. Диапазон количества потоков нагреваемой среды в теплообменнике 3-й ступени: 5-12 шт.
7. Диапазон диаметров теплообменных труб теплообменника 2-й ступени:
32-89 мм (указан наружный диаметр труб или 15-80 мм внутренний диаметр труб)
8. Диапазон диаметров теплообменных труб теплообменника 3-й ступени:
22-89 мм (указан наружный диаметр труб или 25-80 мм внутренний диаметр труб)
9. Диапазон диаметров кожуховых труб теплообменника 2-й ступени:
108-425 мм (указан наружный диаметр труб или 100-230 мм внутренний диаметр труб)
10. Диапазон диаметров кожуховых труб теплообменника 3-й ступени:
108-245 мм (указан наружный диаметр труб или 100-400 мм внутренний диаметр труб)
11. Диапазон диаметров входного и выходного патрубков нагреваемой среды теплообменников:
57-219 мм (указан наружный диаметр труб или 50-200 мм внутренний диаметр труб)
12. Диапазон диаметров входного и выходного патрубков теплоносителя теплообменников:
57-219 мм (указан наружный диаметр труб или 50-200 мм внутренний диаметр труб)
13. Диапазон суммарной площади проходных сечений теплообменных труб, по которым проходит нагреваемый продукт:
2
35-230 см.
14. Диапазон площади проходных сечений труб, по которым проходит теплоноситель:
2
30-600 см.
2
15. Диапазон номинальной наружной поверхности теплообмена теплообменника 1-й ступени: 3,5-20 м.
2
16. Диапазон номинальной наружной поверхности теплообмена теплообменника 2-й ступени: 5-55 м.
2
17. Диапазон номинальной наружной поверхности теплообмена теплообменника 3-й ступени: 3,5-45 м.
18. Диапазон расхода нагреваемого продукта: 20-230 т/час.
19. Диапазон расхода теплоносителя: 20-110 т/час.
20. Диапазон скорости циркуляция теплоносителя 1-3 м/сек.
21. Диапазон удельной теплоемкости теплоносителя: 3,35-4,25 кДж/(кг·К).
22. Диапазон теплопроводности теплоносителя: 0,38-0,69 Вт/(м·К).
23. Диапазон динамической вязкости теплоносителя: 0,00023-0,002 Па·с.
24. Диапазон удельной теплоемкости нагреваемой среды (нефти, нефтяной эмульсии): 1,7-2,3 кДж/(кг·К).
25. Диапазон теплопроводности нагреваемой среды (нефти, нефтяной эмульсии): 0,12-0,19 Вт/(м·К).
2
26. Диапазон кинематической вязкости нагреваемой среды (нефти, нефтяной эмульсии): 100-10 мм/с (сСт).
3
27. Диапазон плотности нагреваемой среды (нефти, нефтяной эмульсии): 850-970 кг/м.
28. Вид теплообменных труб:
- гладкие;
- ребристые с продольными ребрами;
- ошипованные;
- ребристые со спиральной навивкой;
- с турбулизаторами потока в виде кольцевых канавок, накатанными на гладкой трубе (на внутренней поверхности трубы получатся плавно очерченные выступы).
Применение предложенного подогревателя нефти позволит решить задачу повышения эффективности нагрева высоковязкой нефти.