ПОДОГРЕВАТЕЛЬ НЕФТИ

Полезная модель относится к подогревателям нефти, в, частности, к подогревателям термосифонным беспламенным и предназначены для нагрева нефти при их транспортировке и промысловой подготовке.
Известен подогреватель жидких и газообразных сред, содержащий корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, и расположенные внутри него трубный пучок нагреваемого продукта, змеевик подогрева топливного газа, жаровую трубу, подключенную к горелочному устройству, и установленный над ней пучок дымогарных труб, соединенных с дымовой трубой. Жаровая труба подогревателя в нижней части снабжена двумя прямоугольными листами, расположенными по касательной к ее поверхности, с углом разворота и шириной, обеспечивающими охват зоны расположения пучка дымогарных труб, и длиной, равной длине жаровой трубы, а дымогарные трубы выполнены с пластинчатыми элементами, которые расположены по всей длине труб и прикреплены под углом к их поверхности [Патент РФ №2182679, Кл. F22B 7/00, опубл. 20.05.2002 г.].
Недостатком известного подогревателя является высокая пожаровзрывоопасность вследствие использования огневого нагрева, сложность конструктивного исполнения, значительные габариты.
Наиболее близким к заявляемому является подогреватель нефти, содержащий горизонтально вытянутый цилиндрический корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, горелочное устройство, дымовую трубу и расширительный бак. В корпусе размещены топочная камера (огневой нагреватель) 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 [Патент РФ №2380611, Кл. F22B 7/00, опубл. 20.08.2008 г.].
К недостаткам этого подогревателя нефти следует отнести:
- высокую пожаровзрывоопасность, обусловленную применением огневого нагрева продукта, вследствие чего возможен взрыв топливовоздушной смеси в топливной камере, а также прогар жаровой трубы;
- сложность конструктивного исполнения, которая обусловлена наличием горелочного устройства, жаровой трубы и дымогарных труб, что вызывает увеличение металлоемкости подогревателя, и, следовательно, утяжеление и удорожание конструкции;
- невысокий коэффициент теплопередачи от используемого жидкого теплоносителя к нефти, который приводит к увеличению теплообменной поверхности и, в частности, значительным размерам и массе продуктового змеевика;
- загрязнение окружающей среды за счет выбросов окиси азота и окиси углерода, образующихся при высокотемпературном огневом сжигании топлива;
- ограниченная возможность использования широкого ассортимента топлива, т.к. при изменении вида топлива необходимо применять различные типы горелок.
Технический результат заявляемого изобретения - повышение уровня пожаровзрывобезопасности подогревателя нефти, упрощение его конструкции и уменьшение габаритных размеров и массы, а также предотвращение вредных выбросов продуктов окисления дымовых газов в атмосферу, расширение ассортимента используемого топлива.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном подогревателе нефти, содержащем цилиндрический корпус, заполненный промежуточным теплоносителем, и расположенный внутри него продуктовый змеевик, а также нагреватель промежуточного теплоносителя и дымовую трубу, особенность заключается в том, что подогреватель, по меньшей мере, один, имеет паровое и жидкостное пространство и, установленный по высоте ниже подогревателя, каталитический нагреватель, внутри которого размещен змеевик промежуточного теплоносителя - пароводяной смеси, при этом продуктовый змеевик расположен в паровом пространстве подогревателя, а его жидкостное пространство соединено со змеевиком нагревателя промежуточного теплоносителя, размещенном в стационарном слое катализатора, трубопроводами подачи конденсата водяного пара и отвода пароводяной смеси в паровое пространство, при этом нагреватель снабжен трубопроводом ввода нагретой топливной смеси и трубопроводом отвода газов окисления, последний через рекуперативный теплообменник, к которому подсоединен трубопровод подачи воздуха, соединен с тягодутьевой машиной и далее - с дымовой трубой, а к трубопроводу нагретого воздуха подсоединен трубопровод подачи газового или жидкого топлива.
Выполнение подогревателя нефти с паровым и жидкостным пространством обеспечивает нагрев нефти в изотермических условиях при контролируемой температуре конденсации водяного пара.
Размещение продуктового змеевика в паровом пространстве секции подогревателя нефти обеспечивает возможность его нагрева паром при более высокой температуре, чем нагрев жидким теплоносителем, в частности, водой.
Размещение змеевика нагревателя промежуточного теплоносителя в стационарном слое катализатора обеспечивает нагрев промежуточного теплоносителя за счет тепла каталитического окисления топлива кислородом воздуха, что приводит к повышению пожаровзрывобезопасности, т.к. при этом исключается огненный нагрев продукта и значительно снижается температура в рабочем пространстве нагревателя.
Использование пара в качестве теплоносителя, обладающего высоким коэффициентом теплопередачи, позволяет многократно снизить поверхность продуктового змеевика, и тем самым обеспечить уменьшение размера и массы подогревателя нефти.
Упрощение конструкции подогревателя достигается за счет исключения конструктивных элементов, таких как горелочное устройство, жаровая труба и дымогарные трубы, что снижает его металлоемкость, и, следовательно, удешевляет стоимость конструкции. При этом уменьшаются размеры каталитического нагревателя вследствие отсутствия специального топочного пространства и возможности расположения значительного объема змеевика в стационарном слое катализатора.
Практически полное отсутствие выбросов окиси азота и окиси углерода в атмосферу за счет полного окисления (беспламенное сжигание) углеводородов топлива при оптимальном соотношении топлива и воздуха;
Предварительный подогрев воздуха в рекуперативном теплообменнике обеспечивает возможность использования широкого ассортимента топлива - газового или жидкого, например, природного газа, попутного нефтяного газа, ШЛФУ, газового конденсата и дистиллятных топлив;
Тепло пара, получаемого в каталитическом нагревателе, возможно использовать для подогрева нефти в нескольких подогревателях.
На чертеже изображен подогреватель нефти.
Подогреватель нефти содержит цилиндрический корпус 1 и имеет паровое 2 и жидкостное 3 пространство с расположенным внутри парового пространства продуктовым змеевиком 4. Ниже подогревателя 1 по высоте установлен каталитический нагреватель 5, внутри которого размещен змеевик 6 промежуточного теплоносителя - пароводяной смеси. Змеевик 6 промежуточного теплоносителя размещен в стационарном слое катализатора 7. Жидкостное пространство 3 подогревателя соединено со змеевиком 6 нагревателя 5 трубопроводом 8 подачи конденсата водяного пара и трубопроводом 9 отвода пароводяной смеси в паровое пространство 2 подогревателя. Нагреватель 5 снабжен трубопроводом 10 ввода нагретой топливной смеси и трубопроводом 11 отвода газов окисления. Последний через рекуперативный теплообменник подогрева воздуха 12, к которому подсоединен трубопровод 13 подачи воздуха, соединен трубопроводом 14 с тягодутьевой машиной 15 и далее трубопроводом 16 соединен с дымовой трубой 17. К трубопроводу 18 нагретого воздуха подсоединены трубопровод 19 подачи газового или жидкого топлива и пусковое устройство 20. В качестве пускового устройства используют резисторный или индукционный подогреватель.
Подогреватель работает следующим образом.
Атмосферный воздух, подаваемый по трубопроводу 13, подогревается в рекуперативном теплообменнике подогрева подаваемого воздуха 12, далее нагретый воздух смешивается с газовым или жидким топливом, подаваемым по трубопроводу 19, с образованием топливной смеси, которая затем пусковым устройством 20 разжигается и подается по трубопроводу 10 в каталитический нагреватель 5. Нефть поступает из промысловой сети по змеевику 4 подогревателя 1, далее она нагревается промежуточным теплоносителем - пароводяной смесью, после чего выводится. Тепло реакции каталитического окисления топливной смеси в нагревателе 5 (беспламенного сжигания) снимается за счет нагрева промежуточного теплоносителя в змеевике 6 с образованием пароводяной смеси в нижней части подогревателя 1 на конденсат и пар, который конденсируется и отдает тепло конденсации нефти, а образовавшийся конденсат водяного пара самотеком по трубопроводу 8 возвращается в нагреватель 5 на испарение. Газы окисления топливной смеси из нагревателя 5 по трубопроводу 11 отсасываются через 1 рекуперативный теплообменник подогрева воздуха 12 и направляются по трубопроводу 14 в тягодутьевую машину 15 и по трубопроводу 16 отводятся в дымовую трубу 17.
Предлагаемый подогреватель нефти находит промышленное применение для нагрева нефти при ее транспортировке и промысловой подготовке на различных промыслах по добыче нефти на территории РФ.