RU2406955C1

RU2406955C1 - Heating device of high-viscous oil products and their mixtures

Info

Publication number: RU2406955C1
Application number: RU2009135778/06A
Authority: RU
Inventors: Рамзис Рахимович Кадыров (RU); Рамзис Рахимович Кадыров; Владимир Александрович Андреев (RU); Владимир Александрович Андреев; Рашида Юсуповна Салимова (RU); Рашида Юсуповна Салимова; Владимир Борисович Оснос (RU); Владимир Борисович Оснос; Альфия Камилевна Сахапова (RU); Альфия Камилевна Сахапова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2010-12-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry. ^ SUBSTANCE: heating device of high-viscous oil products and their mixtures includes cylindrical housing with inlet and outlet covers with the appropriate inlet and outlet connection pipelines, tube grids located inside the housing, and distributing inlet and outlet boxes equipped with inlet and outlet tubes respectively and interconnected with ends of tube grids for pumping of heat carrier. Housing is located vertically, lower outlet cover is tapered with outlet connection pipe in lower part, which is enveloped below that cover with inlet distribution box which has the possibility of exchanging the heat with taper surface of lower cover, and upper inlet cover is equipped with inlet connection pipe installed coaxially with the housing; at that, tube grid is made in the form of hopper bent inside the housing and converging downwards; inside that hopper there located is baffle plate distributing the flow of oil products to tube grids and uniformly connected along the perimetre at least to three tubes of the grid with heat-conducting plates. ^ EFFECT: device is reliable-to-operate, and uniform resistance to flow of oil products is provided. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для подогрева высоковязких (густых и труднотекучих плотностью выше 850 кг/м³) нефтепродуктов и их смесей, в частности, для подогрева нефтецементной суспензии перед закачкой их в скважину.The invention relates to devices for heating highly viscous (thick and difficult-flowing density above 850 kg / m ³ ) oil products and their mixtures, in particular, for heating oil-cement suspension before pumping them into the well.

Известно устройство для разогрева вязких нефтепродуктов в емкости (патент РФ №2092418, МПК B65G 69/20, B65D 88/74, опубл. БИ №28 1997 г.), например, в железнодорожной цистерне, содержащее головку, имеющую, по меньшей мере, две пары взаимно направленных сопел, предназначенных для подачи теплоносителя в виде нагретой текучей струи в горизонтальных направлениях, и трубопроводы, предназначенные для соединения головки с источником подачи теплоносителя, причем сопла первой пары расположены под углом к соплам второй пары, которые выполнены с меньшим проходным сечением, чем проходные сечения сопел первой пары.A device is known for heating viscous petroleum products in containers (RF patent No. 2092418, IPC B65G 69/20, B65D 88/74, publ. BI No. 28 of 1997), for example, in a railway tank containing a head having at least two pairs of mutually directed nozzles designed to supply the coolant in the form of a heated fluid stream in horizontal directions, and pipelines designed to connect the head to the coolant supply source, the nozzles of the first pair being at an angle to the nozzles of the second pair, which are made with a smaller passage with cheniem than an opening area of the first pair of nozzles.

Недостатками такого устройства являются:The disadvantages of such a device are:

- невозможность разогрева до необходимой температуры (60-80°С) высоковязкого (густого и труднотекучего) нефтепродукта за счет разогретой струи;- the impossibility of heating to the required temperature (60-80 ° C) of a highly viscous (thick and difficult-flowing) oil product due to a heated stream;

- неконтролируемое перемешивание сред высоковязкого нефтепродукта и теплоносителя, что нежелательно, приводит к неравномерной консистенции нагрева нефтепродукта.- uncontrolled mixing of high-viscosity oil product and coolant, which is undesirable, leads to an uneven consistency of heating of the oil product.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является теплообменник жесткого типа, имеющий цилиндрический корпус, в котором установлен трубный пучок, закрепленный в трубных решетках, в которых трубки пучка закреплены развальцовкой или сваркой. Корпус аппарата закрыт крышкой и распределительной коробкой. Внутри корпуса установлены перегородки, создающие определенное направление движения потока и увеличивающие скорость в корпусе. Одна из теплообменивающихся сред движется по трубкам, а другая - внутри корпуса между трубками. В трубки пускают более загрязненную среду, а также среду с меньшим коэффициентом теплоотдачи, так как очистка наружной поверхности трубок затруднена, а скорости движения среды в межтрубном пространстве меньше, чем в трубках (Ю.К.Молоканов. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. М.: Химия, 1980, с.176, 3-й абзац снизу).Closest to the proposed device is a rigid type heat exchanger having a cylindrical body in which a tube bundle is mounted, fixed in tube sheets, in which the tube tubes are fixed by flaring or welding. The case of the device is closed by a cover and a junction box. Partitions are installed inside the casing, creating a certain direction of flow and increasing the speed in the casing. One of the heat-exchanging media moves through the tubes, and the other inside the case between the tubes. A more polluted medium, as well as a medium with a lower heat transfer coefficient, is allowed into the tubes, since cleaning the outer surface of the tubes is difficult, and the speed of the medium in the annulus is lower than in the tubes (Yu.K. Molokanov. Processes and apparatuses for oil and gas processing. M .: Chemistry, 1980, p.176, 3rd paragraph from the bottom).

Недостатком известного устройства является его низкая надежность, поскольку температуры теплообменивающихся сред обычно сильно различаются, при этом корпус и трубки пучка получают различные удлинения, что приводит к возникновению дополнительных напряжений в элементах теплообменника, и не учитывается изменение текучести вязких нефтепродуктов в зависимости от температуры, что приводит к дополнительным затратам энергии (следовательно, и материальным затратам) на продавливание вязкой жидкости. При большой разности температур это может привести к деформации и даже разрушению трубок и корпуса, нарушению плотности развальцовки и т.п. Поэтому теплообменники жесткого типа применяют при разности температур обменивающихся сред не более 50°С. (Ю.К.Молоканов. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. М.: Химия, 1980, с.176, 1-й абзац снизу).A disadvantage of the known device is its low reliability, since the temperatures of heat-exchanging media are usually very different, while the casing and beam tubes receive different elongations, which leads to additional stresses in the elements of the heat exchanger, and does not take into account the change in fluidity of viscous oil products depending on temperature, which leads to additional energy costs (and therefore material costs) for forcing a viscous fluid. With a large temperature difference, this can lead to deformation and even destruction of the tubes and casing, a violation of the density of the flare, etc. Therefore, hard-type heat exchangers are used when the temperature difference of the exchanging media is not more than 50 ° C. (Yu.K. Molokanov. Processes and apparatuses for oil and gas processing. M: Chemistry, 1980, p.176, 1st paragraph from the bottom).

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются создание надежного устройства для подогрева высоковязких (густых и труднотекучих) нефтепродуктов, в частности, для подогрева водяным паром нефтецементной суспензии перед закачкой в скважину, когда разность температур теплообменивающихся закачиваемых в устройство сред значительно превышает 50°С, а также обеспечение равномерности сопротивления потоку нефтепродуктов в зависимости от изменения их текучести при изменении температуры.The technical objectives of the invention are the creation of a reliable device for heating highly viscous (thick and difficult-flowing) oil products, in particular, for heating water-cement oil-cement slurry before injection into the well, when the temperature difference of the heat-exchanged media pumped into the device significantly exceeds 50 ° C, as well as ensuring uniformity resistance to the flow of petroleum products depending on the change in their fluidity with temperature.

Техническая задача решается устройством для подогрева высоковязких нефтепродуктов и их смесей, включающим цилиндрический корпус с входной и выходной крышками с соответствующими входным и выходным патрубками, расположенные внутри корпуса трубные решетки и распределительные входную и выходную коробки, оснащенные соответственно входной и выходной трубками и сообщенные с концами трубных решеток для прокачки теплоносителя.The technical problem is solved by a device for heating highly viscous petroleum products and their mixtures, including a cylindrical body with inlet and outlet caps with corresponding inlet and outlet pipes, pipe grilles located inside the case and distribution inlet and outlet boxes, equipped with inlet and outlet pipes, respectively, and communicated with the ends of the pipe grids for pumping coolant.

Новым является то, что корпус расположен вертикально, нижняя - выходная крышка выполнена конусной с выходным патрубком в нижней части, охваченным ниже этой крышки входной распределительной коробкой, которая выполнена с возможностью теплообмена с конусной поверхностью нижней крышки, а верхняя - входная крышка снабжена входным патрубком, установленным соосно с корпусом, при этом трубная решетка выполнена в виде изогнутой внутрь корпуса и сужающейся книзу воронки, внутри которой расположен отбойник, распределяющий поток нефтепродуктов к трубным решеткам и соединенный равномерно по периметру как минимум с тремя трубками решетки теплопроводящими пластинами.The new one is that the case is located vertically, the bottom - the outlet cover is made conical with the outlet pipe at the bottom covered by an inlet junction box below this cover, which is made with the possibility of heat exchange with the conical surface of the bottom cover, and the top - inlet cover is provided with an inlet pipe, installed coaxially with the body, while the tube sheet is made in the form of a funnel curved inward of the body and tapering downward, inside of which there is a chipper distributing the flow of oil products to rubnym grids and connected evenly around the perimeter of at least three tubes lattice heatspreader.

На фиг.1 изображена схема устройства в продольном разрезе.Figure 1 shows a diagram of a device in longitudinal section.

На фиг.2 изображен разрез А-А.Figure 2 shows a section aa.

Устройство для подогрева высоковязких нефтепродуктов и их смесей включает цилиндрический корпус 1 (фиг.1) с входной 2 и выходной 3 крышками с соответствующими входным 4 и выходным 5 патрубками, расположенные внутри корпуса 1 трубные решетки 6 и распределительные входную 7 и выходную 8 коробки, оснащенные соответственно входной 9 и выходной 10 трубками и герметично сообщенные с концами трубных решеток 6 для прокачки теплоносителя. Корпус 1 расположен вертикально, нижняя - выходная крышка 3 выполнена конусной с выходным патрубком 5 в нижней части, охваченным ниже этой крышки входной распределительной коробкой 7, которая выполнена с возможностью теплообмена с конусной поверхностью нижней крышки 5. Верхняя - входная крышка 2 снабжена входным парубком 4, установленным соосно с корпусом. Трубная решетка 6 выполнена в виде изогнутой внутрь корпуса 1 и сужающейся книзу воронки, внутри которой расположен отбойник 11 (фиг.2), распределяющий поток нефтепродуктов к трубным решеткам и соединенный равномерно по периметру как минимум с тремя трубками 12 решетки 6 теплопроводящими пластинами 13.A device for heating highly viscous petroleum products and their mixtures includes a cylindrical housing 1 (Fig. 1) with inlet 2 and outlet 3 caps with corresponding inlet 4 and outlet 5 nozzles located inside the housing 1 tube sheets 6 and distribution inlet 7 and outlet 8 boxes equipped respectively, the input 9 and output 10 tubes and hermetically connected with the ends of the tube sheets 6 for pumping coolant. The housing 1 is located vertically, the bottom - outlet cover 3 is made conical with the outlet pipe 5 in the lower part covered by an inlet junction box 7, which is made with the possibility of heat exchange with the conical surface of the bottom cover 5. Upper - the inlet cover 2 is provided with an inlet 4 mounted coaxially with the housing. The tube lattice 6 is made in the form of a funnel bent inwardly 1 and tapering downward, inside of which a bump 11 is located (Fig. 2), which distributes the oil product flow to the tube sheets and is evenly connected along the perimeter with at least three tubes 12 of the grid 6 with heat-conducting plates 13.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Во входную распределительную коробку 4 (фиг.1) по входной трубке 9 подают теплоноситель (перегретая жидкость под давлением, тосол или антифриз необходимой плотности температурой 110-120°С), который, проходя снизу вверх по трубкам 12 решетки 6, подается в выходную распределительную коробку 8, откуда он отводится по выходной трубке 10. Вязкие нефтепродукты (нефтецементная суспензия перед закачкой в скважину, битуминозная нефть перед разделением на фракции и т.п. температурой 4-30°С) поступают по входному патрубку 4 через входную крышку 2 в вертикально установленный корпус 1 по центру, где нефтепродукты за счет «эффекта разбухания струи» вязких жидкостей увеличивают свой поперечный диаметр (относительно диаметра входного патрубка 4). При этом струя вязких нефтепродуктов снаружи, взаимодействуя с трубной решеткой 6, разогревается и стекает снаружи трубной решетки 6 на нижнюю крышку 3. Внутренняя часть струй вязких нефтепродуктов, которая не взаимодействует с трубной решеткой 6, после взаимодействия с отбойником 11, направляется им изнутри наружу и, проходя через трубные решетки 6 и перемешиваясь с уже нагретой частью струи, нагревается и также стекает снаружи трубной решетки 6 на нижнюю крышку 3. Нижняя крышка 3 за счет теплообмена с нижней - входной распределительной коробкой 7 дополнительно подогревает нефтепродукты, которые, стекая по ее конусной поверхности и проходя через трубную решетку 6 снаружи внутрь, разогреваются окончательно и отбираются из нижней части нижней крышки по выходному патрубку 5.The coolant (superheated liquid under pressure, antifreeze or antifreeze of the required density with a temperature of 110-120 ° C) is supplied to the inlet junction box 4 (Fig. 1) through the inlet tube 9, which, passing from bottom to top through the tubes 12 of the grate 6, is fed into the outlet junction box box 8, from where it is discharged through the outlet pipe 10. Viscous oil products (oil-cement suspension before injection into the well, bituminous oil before separation into fractions, etc., at a temperature of 4-30 ° C) enter the inlet pipe 4 through the inlet cover 2 verticallymounted housing 1 in the center, where oil due to the "effect of swelling of the jet" of viscous liquids increase their transverse diameter (relative to the diameter of the inlet pipe 4). In this case, the stream of viscous oil products outside, interacting with the tube sheet 6, is heated and flows outside the tube sheet 6 to the bottom cover 3. The inner part of the stream of viscous oil products, which does not interact with the tube sheet 6, after interacting with the chipper 11, is directed from the inside out and passing through the tube sheets 6 and mixing with the already heated part of the jet, heats up and also flows outside the tube sheet 6 to the lower cover 3. The lower cover 3 due to heat exchange from the lower - input distribution box oh 7 additionally heats the oil, which by flowing its conical surface and passing through the tube plate 6 from outside to inside, and heated finally selected from a lower portion of the lower cap along the outlet pipe 5.

Так как отбойник 11 (фиг.2) соединен равномерно по периметру как минимум с тремя трубками 12 решетки 6 теплопроводящими пластинами 13, которые увеличивают площадь теплообмена с нефтепродуктами, взаимодействующими с ними, отбойник располагается в центральной части корпуса 1 соосно с ним, при этом придавая большую жесткость трубной решетке 6. Поскольку поток нефтепродуктов в нижней части корпуса 1 (фиг.1) направлен снаружи вовнутрь, а в верхней части и средней частях корпуса 1 изнутри наружу, то внутри корпуса 1 образуется поток нефтепродуктов, направленный изнутри наружу, сверху вниз и снаружи внутрь, проходя два раза через трубную решетку 6, причем температура потока увеличивается сверху вниз. Так как трубные решетки 6 выполнены в виде изогнутой во внутрь корпуса 1 и сужающейся книзу воронки, то расстояние в верхней части корпуса между трубками 12 значительно больше, чем в нижней части, где температура нефтепродуктов и, следовательно, текучесть значительно выше, что позволяет обеспечить равномерное сопротивление потоку струи нефтепродуктов во всем корпусе 1 в зависимости от их нагрева и исключить дополнительные потери энергии, затрачиваемые на прокачку нефтепродуктов через корпус. При этом изогнутая форма трубок 12 лучше выдерживает перепады температур (даже более 50°С) за счет изменения своей кривизны. Причем нагреваемые от входной распределительной коробки 7 выходная крышка 3 и от трубок 12 решетки 6 через теплопроводящие пластины 13 отбойник 11 исключают налипание на них вязких нефтепродуктов и торможение их потока.Since the chipper 11 (Fig. 2) is connected evenly around the perimeter with at least three tubes 12 of the lattice 6 with heat-conducting plates 13, which increase the area of heat exchange with oil products interacting with them, the chipper is located in the central part of the housing 1 coaxially with it, while attaching greater rigidity of the tube sheet 6. Since the flow of petroleum products in the lower part of the housing 1 (Fig. 1) is directed from the outside to the inside, and in the upper part and the middle parts of the housing 1 from the inside to the outside, a flow of oil products is formed inside the housing 1, The pressure from the inside outward, from the top down and from outside to inside, passing twice through the tube plate 6, the flow temperature increases downwards. Since the tube sheets 6 are made in the form of a funnel bent into the inside of the body 1 and tapering downward, the distance in the upper part of the housing between the tubes 12 is much greater than in the lower part, where the temperature of the oil products and, therefore, the fluidity is much higher, which ensures uniform resistance to the flow of a stream of petroleum products in the entire housing 1, depending on their heating and to exclude additional energy losses spent on pumping petroleum products through the housing. Moreover, the curved shape of the tubes 12 better withstands temperature differences (even more than 50 ° C) due to changes in its curvature. Moreover, heated from the input junction box 7, the output cover 3 and from the tubes 12 of the grate 6 through the heat-conducting plates 13 of the bump 11 prevent the sticking of viscous oil products on them and the inhibition of their flow.

При необходимости длительной автономной работы устройства (более одного месяца) количество подаваемого теплоносителя к количеству подаваемых нефтепродуктов подбирают таким образом, что перепад температур в каждом поперечном сечении корпуса 1 между нефтепродуктами и теплопередающими поверхностями (нижней крышки 3, трубок 12 решетки 6, отбойника с пластинами 13) не превышал 50°С, так как температура нефтепродуктов в устройстве растет сверху вниз, аналогично и температура этих поверхностей снижается вместе с температурой теплоносителя снизу вверх.If you need long-term autonomous operation of the device (more than one month), the amount of coolant supplied to the amount of supplied petroleum products is selected in such a way that the temperature difference in each cross section of the housing 1 between the petroleum products and heat transfer surfaces (bottom cover 3, tubes 12 of the grill 6, chipper with plates 13 ) did not exceed 50 ° C, since the temperature of oil products in the device increases from top to bottom, similarly, the temperature of these surfaces decreases along with the coolant temperature u up.

Предлагаемое устройство для подогрева высоковязких (густых и труднотекучих) нефтепродуктов надежно в работе, особенно когда разность температур теплообменивающихся закачиваемых в устройство сред значительно превышает 50°С и обеспечивает равномерность сопротивления потоку нефтепродуктов в зависимости от изменения их текучести при изменении температуры за счет использования трубной решетки, выполненной в виде изогнутой внутрь корпуса и сужающейся книзу воронки и отбойника в центральной ее части.The proposed device for heating highly viscous (thick and difficult-flowing) oil products is reliable in operation, especially when the temperature difference of the heat exchanging media pumped into the device significantly exceeds 50 ° C and ensures uniform resistance to the flow of oil products depending on changes in their fluidity when the temperature changes due to the use of a tube sheet, made in the form of a curved inward body and tapering downward of a funnel and chipper in its central part.

Claims

A device for heating highly viscous petroleum products and their mixtures, including a cylindrical body with inlet and outlet caps with corresponding inlet and outlet nozzles, tube sheets and distribution inlet and outlet boxes located inside the case, equipped with inlet and outlet pipes, respectively, and communicated with the ends of the tube sheets for pumping coolant, characterized in that the housing is located vertically, the bottom - the output cover is made conical with the outlet pipe in the lower part, covered below this cover is an inlet junction box, which is made with the possibility of heat exchange with the conical surface of the bottom cover, and the upper - inlet - cover is equipped with an inlet pipe mounted coaxially with the body, while the tube sheet is made in the form of a funnel curved inward and tapering downward, inside of which a bump stop is located that distributes the flow of petroleum products to the tube sheets and is connected evenly around the perimeter with at least three tube sheets with heat-conducting plates.