Передвижная парообразующая установка

 

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности. Передвижная парообразующая установка содержит паровой котел энергетического блока с горелочным устройством, пульт управления, топливный насос, выполненный электрическим с тумблером, подключенным к пульту управления установки, а также двигатель, который выполнен в виде автономного двигателя внутреннего сгорания (карбюраторного или дизельного) и кинематически связан с масляным гидронасосом. Масляный насос подключен через гидроплиту линиями подачи давлений к гидромотору водяного насоса и гидромотору, связанному с вентилятором подачи воздуха к форсунке горелочного устройства. Установка снабжена регуляторами расхода рабочей жидкости масляного гидронасоса, установленными на линиях подачи давлений от гидроплиты к гидромотору водяного насоса и гидромотору, связанному с вентилятором подачи воздуха к форсунке горелочного устройства. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность установки, снизить себестоимость и эксплуатационные расходы установки. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности при производстве специализированной технологической техники и может быть использовано для удаления гидратопарафиновых отложений в насосно-компрессорных трубах высокого давления для депарафинизации фонтанной арматуры магистральных трубопроводов, нефтепромыслового оборудования. Установка может служить также в качестве стационарной микрокотельной в поселках геологов и вахтовиков-нефтянников для отопления зданий детских домов, больниц, школ на период ремонта отопительных, систем; может широко использоваться для ликвидации аварийных ситуаций в коммунальном хозяйстве городов, на промышленных объектах и в технологических процессах сельского хозяйства.

Известны парообразующие установки, содержащие энергетический блок с парогенератором и горелочным устройством с форсункой для зажигания топливной смеси (авторское свидетельство, SU №1170221, кл. F 22 B 1/18, 1985г.; авт.св. SU №1451436, кл. F 22 B 1/18, 1989 г.; патент US №4489679, кл. F 22 D 5/00, 1984 г.; патент US №4497434, кл. F 22 В 35/00, 1985 г.; патент US №4752943, кл. F 22 В 37/16, 1986 г.; патент US №4499859, кл. F 22 B 5/02, 1985 г.

Известны также парообразующие установки (авт.св. SU, №1318709, кл. F 22 B 1/18, 1987 г.; авт.св. SU №89544, кл. F 01 K 11/00, 1959 г.; патент GB №1453702, кл. F 22 B 1/18, 1976 г.).

Известна передвижная паровая установка ППУА - 1600/100, эксплуатирующаяся на промыслах Российской Федерации, вырабатывающая перегретый пар с температурой 310°С, давлением 10 МПа в количестве не более 1,6 м³/час в течение 3-3,5 часов (Каталог нефтяного оборудования, средств автоматизации приборов и спецматериалов, том 2, М./Под ред. С.Г.Скрыпкина - М.: ВНИИОЭНГ, 1994, с.165).

ППУА 1600/100 смонтирована на шасси автомобиля “КрАЗ” и состоит из следующих основных узлов: парогенератора с паровым котлом со змеевиками; горелочного устройства с форсункой (патент SU №2069813, кл. F 23 D 11/12); запального устройства; цистерны для воды; бака топливного; механического ручного и шестеренчатого топливного насоса; плунжерного механического водяного насоса и вентилятора для подачи воздуха в парогенератор; источника электропитания водопаровой и топливной систем и системы подачи воздуха в парогенератор.

Недостатком установки ППУА-1600/100 является эксплуатационная ненадежность, заключающаяся в следующем:

- малый срок эксплуатации парогенератора;

- большая массоемкость цистерны, топливного бака и группы механизмов, насосов;

- большой удельный расход дизельного топлива из-за конструктивных недостатков форсунки;

- цистерна для воды быстро выходит из строя ввиду отсутствия внутреннего антикоррозионного покрытия;

- змеевики парогенератора быстро выходят из строя в результате отложения на их внутренней поверхности накипи солей;

- замерзание водяного насоса, водяной и топливной системы при отрицательных температурах, т.к. отсутствуют теплонагреватели.

Известна также передвижная парообразующая установка (патент RU, №2184854, кл. F 01 К 15/02), содержащая парогенератор с горелочным устройством, пульт запуска и контроля процесса парообразования, вентилятор, топливный и водяной насосы, снабженная агрегатом объемного гидропривода, подключенный к гидромоторам водяного и топливного насосов, гидромотору, связанному с вентилятором и трем регуляторам расхода рабочей жидкости, установленных в каждой отдельной линии подачи давления к гидромоторам.

Недостаток такой установки - ненадежность работы агрегата объемного гидропривода, работающего на повышенных режимах из-за большого количества подключенных к нему вышеперечисленных систем, что приводит к перегреву масла из-за большого объема прокачки масла, и, как следствие, к падению давления в магистралях, что приводит к изменению режимов работы гидромоторов, существенно ограничивая функциональные возможности парообразующей установки и быстрому выходу ее из эксплуатации.

Наиболее близким предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков - аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению относится устройство (патент RU №2181177, кл. F 22 B 1/18 ) - передвижная парообразующая установка (ППУ), снабженная энергетическим блоком, электродвигателем, связанным с объемным гидроприводом и подключенным к агрегатам установки: гидродвигателю водяного насоса, гидромотору, связанному с вентилятором подачи воздуха, позволяющим контролировать через гидроплиту работу каждого агрегата в отдельности и парового котла установки.

Недостатки устройства - прототипа аналогичны недостаткам парообразующей установки по патенту RU №2184854, кл. F 01 К 15/02.

Техническая задача состоит в расширении функциональных возможностей установки за счет использования новых технических решений: замены топливного насоса с платформой и подводящей арматурой на более дешевый и эффективный в управлении электронасос, полного исключения гидромотора и регулятора расхода топлива, что позволит заметно снизить трудовые затраты из-за установки более дешевых и надежных в работе комплектующих, уменьшить как минимум на треть прокачку масла при одном и том же давлении и приведет к падению давления в магистрали, при этом работа масляного гидронасоса будет проходить в щадящих режимах, что приведет к продлению его моторесурса.

Решение технической задачи заключается в том, что установка:

- снабжена топливным электронасосом с тумблером, подключенным к пульту управления установки;

- снабжена масляным гидронасосом, кинематически связанным с отдельно установленным на стационарной платформе установки двигателем внутреннего сгорания (карбюраторным или дизельным двигателем), при этом масляный гидронасос подключен с помощью смонтированных на гидроплите регуляторов расхода рабочей жидкости (масла) к гидромотору водяного насоса и гидромотору, связанному с вентилятором, позволяющих осуществить устойчивую работу установки за счет фиксации регуляторов расхода, автономно контролировать регулировку работы: гидромоторов подачи воды и воздуха в горелочное устройство; электронасоса топлива в парогенератор, и управлять с пульта управления работой энергетического блока в целом;

- для перевозки смонтирована на шасси автомобиля;

- смонтирована на автоприцепе или санной тележке (санях);

- снабжена системой крепления для перемещения ее вертолетом;

- смонтирована на шасси автомобиля, при этом масляный гидронасос кинематически соединен с валом коробки дополнительного отбора мощности, находящейся на раздаточной коробке двигателя автомобиля.

Основными существенными отличительными признаками изобретения по сравнению с устройством-прототипом являются:

- оснащение парообразующей установки топливным электронасосом с тумблером, подключенным к пульту управления, позволяющим разгрузить работу масляного гидронасоса, увеличив его моторесурс; упростить монтажную схему и управление работой установки;

- оборудование парообразующей установки прямоточным цилиндрическим вертикальным паровым котлом с нижним расположением горелочного устройства, позволяющих ее оснащение как нестационарными распылительными форсунками низкого давления (от 0,01 до 0,2 МПа), так и форсунками высокого давления (до 1,5 МПа);

- оборудование установки двигателем внутреннего сгорания - карбюраторном или дизельным двигателем с масляным гидронасосом, подключенным через гидроплиту к двум гидромоторам подачи воды и воздуха в парогенератор, наряду с электродвигателем, запитываемым от стандартной промышленной сети;

- универсальность конструкции парообразующей установки, позволяющей перевозить ее как на шасси автомобиля, так и на автоприцепе, на санной тележке, или перемещать вертолетом, с автономным запуском в работу.

Оборудование предлагаемой передвижной парообразующей установки автономным двигателем внутреннего сгорания позволяет гидронасос установки приводить в действие тремя путями - от автономного двигателя внутреннего сгорания, или от коробки дополнительного отбора мощности (КДОМ) автомобиля, находящейся на раздаточной коробке двигателя автомобиля, или путем быстрого перемонтажа от стандартного электродвигателя, запитываемого от промышленной сети.

Автономная регулировка подачи воды, топлива, воздуха за счет использования гидравлического насоса (масляного гидронасоса) и автономного двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя в конструкции парообразующей установки упрощает, делает плавным и экономичным ее работу, позволяет проводить автономное регулирование в стационарных и в полевых условиях ее отдельных блоков, что приводит: к экономичному расходу топлива (на 50% от известных аналогов и до 55-60% от прототипа), воды и воздуха, не меняя оборотов двигателя; быстрому (до 25 мин) запуску установки (у аналогов время запуска не менее 1,5 часа, у прототипа - до 9 мин) с получением пара; увеличению времени работы установки без дозаправки топливом до 5 суток, и водой по сравнению с прототипом; к увеличению моторесурса и надежности в работе агрегатов установки из-за щадящих режимов при их эксплуатации.

Сама по себе установка универсальна по своей конструкции и может использоваться как в режиме стационарного ее расположения и эксплуатации, так и монтироваться на всех типах шасси базовых автомобилей, выпускаемых в РФ ("УРАЛ", "КАМАЗ", "ЗИЛ"), СНГ - ("КрАЗ", "МАЗ") и дальнем зарубежье - ("ИВЕКО", "ФОРД", "МАГИРУС", "ИФА", "ТАТРА"), и не требует дополнительных финансовых затрат на ее переустановку, например, с помощью автомобильного крана. Отличительной чертой парообразующей установки является оригинальное и компактное размещение на переносной платформе сборочных единиц, что улучшает развесовку по ходовой части автомобиля.

Все основные признаки предложенной универсальной передвижной парообразующей установки отсутствуют в устройствах аналогах и прототипе, взаимосвязаны друг с другом и с признаками констатирующей части. Их связь носит устойчивый характер.

Сущность предлагаемого изобретения показана на чертежах, где на фиг.1 изображена передвижная парообразующая установка (общий вид); на фиг 2 схематически представлена парообразующая установка, вид сверху по А, фиг.1); на фиг.3 представлена принципиальная схема передвижной парообразующей установки.

Универсальная передвижная парообразующая установка (ППУ), согласно изобретению (фиг.1, 2, 3), содержит кузов 1, энергетический блок с котлом 2 для выработки пара, ресивер 3 с предохранительными клапанами, вентилятор 4 с гидромотором 5, место оператора 6 с пультом управления 7, насос 8 подачи воды, емкости 9 для топлива, топливный электронасос (поз. 17 на фиг.3); цистерну 10 для воды, платформу 11 с каркасом, емкость 12 для масла, масляный гидронасос 13, гидравлическая энергия на выходе из которого распределяется на два гидромотора - 5, 14, которые вращают, соответственно, вентилятор 4, и насос 8 подачи воды, гидроплиту 15 (фиг.3) с двумя регуляторами расхода, установленными на линии подачи давлений к гидромотору вентилятора и водяному насосу, автономный двигатель 16. Все оборудование установки размещено на монтажной платформе, закрепленной к раме (шасси) автомобиля и закрыто металлическим кузовом 1, предохраняющем оборудование от атмосферных осадков.

Такая собранная установка в целом представляет также автономную передвижную котельную, предназначенную для выработки пара как в полевых, так и городских условиях.

Работа установки заключается в следующем и проводится в такой последовательности.

Перед пуском установки топливные баки 9 заполняются дизельным топливом, цистерна 10 - химически очищенной водой, соответствующей требованию жесткости, масло заливается в бак 12 и гидронасос 13.

Заливные горловины топливных баков 9 оборудованы фильтром грубой очистки (не показан). Для предохранения электронасоса 17 и форсунки от повреждений механическими примесями в топливную систему, состоящую из трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой и контрольно-измерительными приборами включен фильтр 18; насоса водяного 8 - фильтр 19. Затем открывают запорные вентили 20, 21 и клапан обратный 22, стоящих на водоводе 23, и вода из цистерны 10 насосом 8 через вентили и клапан нагнетается в змеевики 24, 25 парового котла 2. Открывается кран 26 на трубопроводе 27 забора топлива из баков 9. В тоже время производится пробный пуск гидронасоса 13 без нагрузки путем включения двигателя (электродвигателя) 16 для прогрева масла при вращении вала насоса от 700 до 900 об/мин. При этом проверяется правильность направления вращения гидромоторов 5, 14. Регуляторами расхода масла (не показаны) устанавливается требуемое рабочее давление в гидросистеме (от 10 до 15 МПа) до получения заданных оборотов: гидромотор 5 вентилятора - 2800 об/мин (макс.), насос 8 водяной - 730 об/мин (макс.). Тумблером с пульта управления 7 включается электронасос 17 с давлением топлива 0,6 МПа.

При этом все дренажные вентили, сливной вентиль 28 сливного трубопровода 42, вентиль 30, регулирующий вентиль 31, сливные краны на цистерне 10 и топливных баках 9 должны быть закрыты.

После предпусковой подготовки порядок работы установки проходит в такой последовательности:

- включить двигатель ( электродвигатель) 16;

- после пуска водяного насоса 8 вода заполнит змеевики 24 (наружный), 25 (внутренний) парового котла 2 и польется через вентиль 31 по трубопроводу контроля наполнения змеевиков водой;

- открывается вентиль 33 и закрывается вентиль 31;

- при появлении воды из вентиля 31 открыть вентиль 33, стоящий на магистрали 34 “обратки” воды и пара в бак 10 и закрыть вентиль 35;

- вентилем 32 создают давление воды в котле 2 до 4-5 МПа;

- открывают вентиль 36 подачи от электронасоса 17 по топливопроводу к форсунке горелочного устройства 37;

- вентилем 38, стоящим на “обратке” топливопроводной магистрали 39 устанавливают необходимое давление (диапазон регулирования давления - до 0,01 МПа);

- включают гидромотор 7 вентилятора 4 для подачи (нагнетания воздуха) в котел 2 и к форсунке горелочного устройства 37.

Для розжига котла 2 необходимо:

- включить спираль зажигания и после ее разогрева подать топливо к форсунке горелочного устройства 37;

- убедившись, что розжиг произведен, вентилем 36 постепенно увеличить давление топлива (диапазон регулирования давления от 0,01 МПа до 0,5 МПа) и вентилями (не показаны) подать воздух к форсунке; перекрытием байпасного вентиля 38 установить нормальное горение, характеризующееся бездымным выхлопом, при этом контроль за давлением осуществляется индикатором 40 давления с перепускным дросселем (ПД). Излишки топлива “обратка” по топливной магистрали 39 через вентиль запорный регулируемый игольчатый 38 сбросить в баки емкости 9;

- открыть вентиль 31 запорного узла, закрыть вентиль 33;

- штурвалом регулируемого вентиля 32 установить нужное давление в паровой линии. Открыть арматуру скважины и закрыть вентиль запорного узла, через которые вода и пар сбрасываются в атмосферу.

В работающем котле 2 необходимо поддерживать постоянное давление пара при подаче потребителю: в скважину или на объект пропарки. Оптимальный режим работы установки обеспечивается регулировкой подачи топлива, воздуха в топку котла 2 и воздуха или перегретого пара к форсунке горелочного устройства 37, а также поддержанием необходимого давления пара вентилем 32. При работе в режиме низкого давления подача пара осуществляется с помощью пропарочного рукава. На водоводе 23 и паровой линии установлены, соответственно, клапана обратные 22 и 41, предотвращающие возврат пара из котла 2 в насос 8 или со скважины в котел

2. На котле 2 предусмотрены трубопровод 42 для слива горячей воды из внутреннего змеевика 25.

Для остановки котла необходимо:

- выключить подачу топлива к форсунке горелочного устройства 37 открытием вентиля 38;

- штурвалом регулирующего вентиля 33 снизить давление пара до требуемого значения;

- после достижения температуры воды в котле ~50°С остановить насос и вентилятор, выключить двигатель (электродвигатель) 16;

- в зимнее время слить воду из котла и трубопроводов через дренажные вентили. Для полного дренажа труб котла открыть вентиля 28, 30, 31, сообщающий змеевики котла с атмосферой, слить воду из водяного насоса.

Аварийная остановка котла производится в случаях, когда:

- остаток воды в цистерне меньше 150 л;

- давление в котле растет при полностью открытых вентилях;

- вышли из строя насос, гидромоторы, электронасос, контрольно-измерительный прибор регулятора уровня и предохранительных клапанов.

Для аварийной остановки котла необходимо отсечь подачу топлива к форсунке, открыв байпасный вентиль 38 и продуть топочную камеру парового котла 2 воздухом от вентилятора 4, выключить двигатель (электродвигатель) 16. В случае аварийной остановки двигателя (электродвигателя) 16 необходимо: открыть вентиль 28 регулирующий, вентиля 30,32 и вентиль 35 к потребителю, и снизить давление до атмосферного.

Отметим еще один отличительный признак, присущий предлагаемой конструкции парообразующей установки. Магистраль 43, идущая от масляного гидронасоса 13, связана с гидроплитой 15 (фиг.3), которая в свою очередь соединена прямыми 44, 45, и обратными (горячими) трубопроводами 46, 47, 48 с гидромоторами 5, 14. Выходящий из гидроплиты 15 горячий трубопровод 48 с обратным маслом (“обратка”) на пути в масляный бак 12 проходит внутри бака 10 с водой, выполнен в виде змеевика, где масло охлаждается до нормальной температуры.

Котел 2 с нестационарной распылительной форсункой, преимущественно низкого давления (от 0,01 МПа до 0,15-0,2 МПа) с завихрителем для тангенциально-винтовой закрутки топлива может работать и с форсункой высокого давления (до 0,6 МПа), масляный гидронасос, электронасос, гидромоторы, системы управления и регулировки за технологическим процессом парообразования, контроля и сигнализации выполнены с учетом современных требований к гидроэлектромеханизмам и аппаратуре согласно требований РГТИ, техники безопасности, пожаробезопасности энергетического блока, санитарных и экологических требований к рабочему месту оператора установки.

Основные узлы установки выполнены на высоком технологическом уровне с использованием новых технологий, обеспечат расширение функциональных возможностей универсальной передвижной парообразующей установки с монтажом ее как на разных типах автомобилей, так и на стационарно устанавливаемых объектах в любом месте по требованию потребителей.

Предлагаемая парообразующая установка с производительностью пара 2 м куб./час, давлением 10 МПа и температурой пара 310 гр. С, с распылительной форсункой преимущественно низкого давления позволит уменьшить удельный расход дизельного топлива на выработку пара, повысить мобильность и эксплуатационную надежность, увеличить срок службы парогенератора и цистерны с водой благодаря внутреннему антикоррозионному покрытию по заказу потребителя, упростить управление за счет: автоматизации работы установки; сокращения металлоемкости и отсутствия ряда сборочных единиц (исключения гидромотора с масляными шлангами, топливного насоса с платформой, рамой, подставками, муфтами для крепления), а также уменьшения габаритов масляного гидронасоса и гидроплиты; возможности автономного регулирования подачи воздуха, воды с помощью гидронасоса и подачи топлива с помощью электронасоса в зависимости от любых выбранных параметров и приводят к экономичному расходу воздуха, воды и топлива, не меняя оборотов двигателя (электродвигателя), что приводит к экономии топлива, повышению производительности выполняемых работ и окупаемости установки в течение 6 месяцев ее эксплуатации; универсальности гидропульта и пульта управления, позволяющего управлять работой установки одним оператором, что дает при использовании в производстве положительный технико-экономический эффект.

Монтаж установки на разных типах автомобилей без капитальной доработки; на стационарно устанавливаемых объектах с перемещением в любое место объекта по требованию потребителей; на автоприцепах, санных тележках и вертолетах расширяет ее эксплуатационные и функциональные возможности.

Устройство парообразующей установки становится патентоспособным и конкурентоспособным как на рынке РФ, так и в СНГ, и дальнем зарубежье.

Формула изобретения

1. Передвижная парообразующая установка, содержащая паровой котел энергетического блока с горелочным устройством, пульт управления, топливный насос, двигатель, кинематически связанный с масляным гидронасосом, подключенным через гидроплиту линиями подачи давлений к гидромотору водяного насоса и гидромотору, связанному с вентилятором подачи воздуха к форсунке горелочного устройства, отличающаяся тем, что топливный насос выполнен электрическим с тумблером, подключенным к пульту управления установки, двигатель выполнен в виде автономного двигателя внутреннего сгорания (карбюраторным или дизельным), а установка снабжена регуляторами расхода рабочей жидкости масляного гидронасоса, установленными на линиях подачи давлений от гидроплиты к гидромотору водяного насоса и гидромотору, связанному с вентилятором подачи воздуха к форсунке горелочного устройства.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стационарная платформа с парообразующей установкой для перевозки смонтирована на шасси автомобиля.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стационарная платформа с парообразующей установкой смонтирована на автоприцепе.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стационарная платформа с парообразующей установкой смонтирована на санной тележке (санях).

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стационарная платформа с парообразующей установкой снабжена системой крепления для перемещения ее вертолетом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3