CN109269097B - 管道气加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管道气加热系统，包括换热器。所述换热器包括换热器入口端和换热器出口端，所述换热器入口端连接一天然气输入管用于向所述换热器内输入天然气，所述换热器出口端连接一天然气输出管用于输出换热后的天然气。所述管道气加热系统包括设置在所述换热器下方的若干燃烧器，所述若干燃烧器燃烧产生的烟气流过所述换热器以对所述换热器中的天然气进行加热。

Description

管道气加热系统

技术领域

本发明涉及换热器领域，特别涉及一种管道气加热系统。

背景技术

在天然气的开采工艺流程中，需要利用换热器对低至零下50度的低温天然气进行升温后才能加以传输利用。目前井场采用的是管式换热器，使用的热源为锅炉产出的水蒸汽。锅炉体积大，一次成本高，所需管路复杂，并且燃烧产生的热量需经过水蒸汽才能对天然气进行加热，效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种高效率的管道气加热系统。

本发明提供一种管道气加热系统，包括换热器，所述换热器包括换热器入口端和换热器出口端，所述换热器入口端连接一天然气输入管用于向所述换热器内输入天然气，所述换热器出口端连接一天然气输出管用于输出换热后的天然气。所述管道气加热系统包括设置在所述换热器下方的若干燃烧器，所述若干燃烧器燃烧产生的烟气流过所述换热器以对所述换热器中的天然气进行加热。

在一实施例中，所述换热器包括第一端板、第二端板以及连接在所述第一端板和第二端板之间的若干换热管，所述第一端板和第二端板均为空心板，每根换热管的两端与所述第一端板和第二端板内的空间连通，所述天然气输入管连通至所述第一端板内的空间，所述天然气输出管连通至所述第二端板内的空间。

在一实施例中，所述换热器包括并行设置的多个换热单元，每一换热单元包括第一端板、第二端板以及连接在所述第一端板和第二端板之间的若干换热管，所述第一端板和第二端板均为空心板，每根换热管的两端与所述第一端板和第二端板内的空间连通，所述天然气输入管分出多个输入支管，每一输入支管连通至一换热单元的第一端板内的空间，所述天然气输出管分出多个输出支管，每一输出支管连通至一换热单元的第二端板内的空间。

在一实施例中，所述若干换热管为直管或缠绕管。

在一实施例中，所述管道气加热系统包括布置在所述换热器下方的供气管道，所述若干燃烧器连接至所述供气管道并沿着所述供气管道设置，所述供气管道供给所述若干燃烧器的燃气取自于所述天然气输入管的输气。

在一实施例中，所述燃烧器为引射式燃烧器，所述引射式燃烧器包括燃气喷嘴和混合管，所述混合管具有进气端和出气端，所述喷嘴设置在所述进气端，所述出气端设有若干朝向所述换热器的火焰喷嘴，所述燃气喷嘴连接至所述供气管道上以接收燃气，所述混合管的进气端与所述供气管道间隔一距离以形成一空气引射区。

在一实施例中，所述火焰喷嘴位置设有凸出于所述混合管表面的出焰管。

在一实施例中，所述供气管道包括供气总管以及连接至所述供气总管的两供气分管，所述若干燃烧器连接至所述两供气分管，并且连接至其中一供气分管上的燃烧器与连接至另一个供气分管上的燃烧器相互错开。

在一实施例中，所述燃烧器为直线型的燃烧器，所述若干燃烧器在水平方向上相互之间间隔一段距离并且在竖直高度上与所述换热器间隔一段距离，使得到达所述换热器底壁的烟气的温度在300至500摄氏度之间。

在一实施例中，所述管道加热系统集成在一个撬装外框上。

综上所述，综上所述，本发明提供一种管道气加热系统，直接利用燃烧产生的高温烟气对天然气进行加热，热量由燃烧传导至换热器，进而加热天然气，较锅炉式换热器减少了水蒸气传热的过程，因此热效率高。燃烧所需的燃烧器直接布置在换热器底部，形成一体化装备，便于运输。且本发明提供的燃烧器为直线燃烧器，结构简单，容易加工，生产成本低，可达到无动力预混燃烧，燃烧效率高。

附图说明

图1为管道气加热系统的结构示意图。

图2为管道气加热系统的立体结构示意图。

图3为单个燃烧器的立体结构示意图。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，应该理解的是，本发明不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本发明可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

由于刚开采出来的天然气压力高、温度低，需要利用换热器对低温天然气进行升温后才能加以利用。

如图1所示，本发明提供一种换热效率高的管道气加热系统10，包括换热器12和若干燃烧器14，若干燃烧器14布置在换热器12的下方，利用燃烧器14燃烧产生的热量对换热器12中的介质，例如天然气进行加热。具体而言，燃烧器14产生的烟气流过换热器12，以对换热器12中的天然气进行加热。

更具体地，换热器12包括换热器入口端16和换热器出口端18，换热器入口端16连接一天然气输入管20，用于向换热器12内输入低温天然气，换热器出口端18连接一天然气输出管22，用于输出被燃烧器14加热后的天然气。

换热器12包括第一端板24、第二端板26以及连接在第一端板24和第二端板26之间的若干换热管28，第一端板24和第二端板26设置成空心板。天然气输入管20连通至第一端板24内的空间，例如连接至第一端板24背离换热管28的侧面中心位置；天然气输出管22连通至第二端板26内的空间，例如连接至第二端板26背离换热管28的侧面中心位置。换热管28的两端分别与第一端板24和第二端板26的内部空间连通。天然气输入时，经天然气输入管20进入第一端板24内，进入第一端板24内的天然气再分别流入连接至第一端板24上的若干换热管28中，燃烧器14对换热管28中的天然气进行加热处理，加热后的天然气流入第二端板26内，再经天然气输出管22流出。

换热器12可以包括并行设置的多个换热单元，每个换热单元的结构组成方式可以采用上述换热器12的设置方式。如图2所示，换热器12包括并行设置的两个换热单元30，每一换热单元30包括第一端板24、第二端板26以及连接在第一端板24和第二端板26之间的若干换热管28，第一端板24和第二端板26设置成空心板。天然气输入管20分出多个输入支管32，输入支管32的数量与换热单元30的数量相同，例如两个输入支管32，每一输入支管32连通至换热单元30的第一端板24。天然气输出管22分出多个输出支管34，输出支管34的数量与换热单元30的数量相同，例如两个输出支管34，每一输出支管34连通至一换热单元30的第二端板26。

本实施例中，若干换热管28设置为直管，但这仅为例示性。在其他实施例中，根据具体工况需求，换热管28也可以设置成其他类型，例如设置为缠绕管，这样能够延长加热时间，增加换热器的换热面积，例如换热面积可以达到普通管式换热器的10倍以上，从而大幅提高换热效率，而且缠绕管的结构可以承受较高的压力。

若干燃烧器14布置在换热器12的下方，具体而言，若干燃烧器14可以均匀布置在换热管28的下方。

管道气加热系统10包括布置在换热器12下方的供气管道，燃烧器14连接至供气管道并沿着供气管道设置.该供气管道可以与天然气输入管20之间连接一支管，使得一部分天然气输入供气管道以对燃烧器14供应燃气。也就是说，供气管道供给所述若干燃烧器14的燃气取自于所述天然气输入管的输气。因此，本申请的加热系统无需提供外部燃料源，方便实施。

在所示的实施例中，燃烧器14为引射式燃烧器。该供气管道包括供气总管36以及与供气总管36连接的两供气分管38。两供气分管38远离供气总管36的另一端可以相互连通或者不连通。若干引射式燃烧器14均匀分布在两供气分管38上，并设置成两供气分管38上的对应引射式燃烧器14相互错开，以便于加大空气引射量并且方便引入外部冷空气对燃烧器14的火焰温度进行冷却。

如图3，本实施例中，引射式燃烧器14为直线型的燃烧器引射式燃烧器14包括喷嘴40和混合管42，喷嘴40连接至供气分管38上以接收燃气并实现对燃烧器的固定，混合管42设置为方形管。混合管42具有进气端和出气端，喷嘴40设置于进气端，且进气端与供气分管38之间间隔一距离，以形成空气引射区。出气端设置在混合管42的朝向换热管28的一侧面上，所述出气端设有若干朝向所述换热器的火焰喷嘴，以朝向换热器喷出燃烧火焰。在所示的实施例中，火焰喷嘴位置设有出焰管44，出焰管44垂直凸出于混合管42的该侧面。

在所示的实施例中，混合管的截面为方形仅为一种举例，在其他实施例中也可以呈其他形状。另外，供气管道设有两个供气分管38也仅为一种举例，也可以不设置供气分管，或者设置更多数量的分管。

在所示的实施例中，天然气输入管20和供气管道分别由独立的阀门(图未示出)控制，可以自由地调整燃烧器产生的热功率与换热量，从而达到调整天然气出口温度的目的。

燃烧器的火焰温度在1300摄氏度左右，而换热管28的温度在零下50度左右，利用燃烧器14燃烧产生的火焰直接对换热管28加热可能会存在将换热管28烧坏的情况。为了解决这一问题，本申请可以将若干燃烧器在水平上相互之间间隔开设置，使得外部冷空气可以从燃烧器间隔的空间进入，使得燃烧产生的高温烟气与该部分冷空气混合，达到换热器12可以承受的温度，然后对换热管28内的天然气进行加热。另外，燃烧器在竖直方向上与换热器12也间隔一段距离。通过对上述水平方向上的燃烧器相互之间的距离间隔以及在竖直方向上与换热器的间隔进行设计，燃烧器燃烧产生的高温烟气在到达换热器底壁时的温度期望在300-500摄氏度之间。

整个管道气加热系统包括换热器12、燃烧器14以及各管道等可以集成为一个集装箱大小，安装在一个撬装外框上，以便于整个装备的运输。

综上所述，本发明提供一种管道气加热系统，直接利用燃烧产生的高温烟气对天然气进行加热，热量由燃烧传导至换热器，进而加热天然气，较锅炉式换热器减少了水蒸气传热的过程，因此热效率高。燃烧所需的燃烧器直接布置在换热器底部，形成一体化装备，便于运输。且本发明提供的燃烧器为直线燃烧器，结构简单，容易加工，生产成本低，可达到无动力预混燃烧，燃烧效率高。

本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。

Claims (7)

1.一种管道气加热系统，包括换热器，所述换热器包括换热器入口端和换热器出口端，所述换热器入口端连接一天然气输入管用于向所述换热器内输入天然气，所述换热器出口端连接一天然气输出管用于输出换热后的天然气，其特征在于，所述管道气加热系统包括设置在所述换热器下方的若干燃烧器，所述若干燃烧器燃烧产生的烟气流过所述换热器以对所述换热器中的天然气进行加热；所述若干燃烧器布置在所述换热器底部，所述燃烧器为引射式燃烧器，所述管道气加热系统包括布置在所述换热器下方的供气管道，所述若干燃烧器连接至所述供气管道并沿着所述供气管道设置，所述供气管道供给所述若干燃烧器的燃气取自于所述天然气输入管的输气，所述供气管道包括供气总管以及连接至所述供气总管的两供气分管，所述若干燃烧器连接至所述两供气分管，并且连接至其中一供气分管上的燃烧器与连接至另一个供气分管上的燃烧器相互错开，所述燃烧器为直线型的燃烧器，所述若干燃烧器在水平方向上相互之间间隔一段距离并且在竖直高度上与所述换热器间隔一段距离，使得到达所述换热器底壁的烟气的温度在300至500摄氏度之间。

2.如权利要求1所述的管道气加热系统，其特征在于，所述换热器包括第一端板、第二端板以及连接在所述第一端板和第二端板之间的若干换热管，所述第一端板和第二端板均为空心板，每根换热管的两端与所述第一端板和第二端板内的空间连通，所述天然气输入管连通至所述第一端板内的空间，所述天然气输出管连通至所述第二端板内的空间。

3.如权利要求1所述的管道气加热系统，其特征在于，所述换热器包括并行设置的多个换热单元，每一换热单元包括第一端板、第二端板以及连接在所述第一端板和第二端板之间的若干换热管，所述第一端板和第二端板均为空心板，每根换热管的两端与所述第一端板和第二端板内的空间连通，所述天然气输入管分出多个输入支管，每一输入支管连通至一换热单元的第一端板内的空间，所述天然气输出管分出多个输出支管，每一输出支管连通至一换热单元的第二端板内的空间。

4.如权利要求2或3任一项所述的管道气加热系统，其特征在于，所述若干换热管为直管或缠绕管。

5.如权利要求1所述的管道气加热系统，其特征在于，所述引射式燃烧器包括燃气喷嘴和混合管，所述混合管具有进气端和出气端，所述喷嘴设置在所述进气端，所述出气端设有若干朝向所述换热器的火焰喷嘴，所述燃气喷嘴连接至所述供气管道上以接收燃气，所述混合管的进气端与所述供气管道间隔一距离以形成一空气引射区。

6.如权利要求5所述的管道气加热系统，其特征在于，所述火焰喷嘴位置设有凸出于所述混合管表面的出焰管。

7.如权利要求1所述的管道气加热系统，其特征在于，所述管道加热系统集成在一个撬装外框上。