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基本信息

項目名稱：
車載式三回程高壓直流注汽鍋爐開發(fā)設(shè)計
小類：
能源化工
簡介：
針對傳統(tǒng)車載式高壓直流注汽鍋爐受熱面布置不緊湊、不能滿足公路運(yùn)輸規(guī)范要求，熱效率不高，維修工作量大、成本高等不足，本作品突破傳統(tǒng)注汽鍋爐的結(jié)構(gòu)布置思路，運(yùn)用模塊化設(shè)計思想，引入熱管高效換熱技術(shù)，使得該創(chuàng)新方案：①同等外形尺寸下蒸發(fā)量提高50%以上，且滿足公路運(yùn)輸規(guī)范。②設(shè)計效率提升至90%以上。③維修工作量和成本較傳統(tǒng)直流注汽鍋爐減少2/3以上。本作品將為經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)稠油提供有力的技術(shù)保障。
詳細(xì)介紹：
稠油作為重要補(bǔ)充能源其開發(fā)利用對保障我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。我國稠油90%以上采用注蒸汽熱采技術(shù)進(jìn)行開采，隨著稠油開采工藝的進(jìn)步以及開采環(huán)境的變化，各稠油油區(qū)需要移動方便、安裝維護(hù)便捷、高效經(jīng)濟(jì)且能滿足稠油熱采工藝要求的車載式高壓直流注汽鍋爐。 目前國內(nèi)車載式高壓直流注汽鍋爐在煙氣流程、受熱面布置等方面仍沿襲國外產(chǎn)品方案（輻射段過渡段以及對流段依次連接的煙氣單回程布局），近20年改觀不大。經(jīng)調(diào)研傳統(tǒng)車載式高壓直流注汽鍋爐在工業(yè)現(xiàn)場運(yùn)行中仍存在一些不足有待改進(jìn)：①受熱面布置不緊湊，蒸發(fā)量增加時外形尺寸難以滿足國家公路運(yùn)輸規(guī)范要求，同時散熱損失增大降低運(yùn)行效率；②維修周期長、成本高；③抵抗低溫環(huán)境氣候能力較差：稠油油田區(qū)域常年空氣平均溫度低于設(shè)計溫度，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行效率較低，燃燒工況差。 本作品基于上述傳統(tǒng)車載式高壓直流注汽鍋爐存在的不足，開發(fā)設(shè)計目的如下：①滿足國家公路運(yùn)輸規(guī)范，在各采油區(qū)轉(zhuǎn)場便利；②高效運(yùn)行且安裝維護(hù)便利；③可抵抗低溫環(huán)境氣候。 本作品將傳統(tǒng)鍋殼式燃油燃?xì)忮仩t三回程結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計思想以及熱管技術(shù)應(yīng)用于車載式高壓直流注汽鍋爐。①三回程結(jié)構(gòu)使得受熱面布局緊湊，同等蒸發(fā)量下體積小，同等體積下蒸發(fā)量較傳統(tǒng)方案提升50%。在外形尺寸為16×3×4m時蒸發(fā)量由傳統(tǒng)方案的9.6t/h提升至15t/h，且滿足國家公路運(yùn)輸規(guī)范；②通過受熱面優(yōu)化配置并運(yùn)用熱管技術(shù)，設(shè)計效率提升5%以上。以15t/h為例，設(shè)計效率由傳統(tǒng)方案的85%提升至90.06%，并提高了抵抗低溫環(huán)境氣候的能力；③運(yùn)用模塊化設(shè)計理念，維修工作量和成本較傳統(tǒng)直流注汽鍋爐減少2/3以上。 目前國內(nèi)僅中石油第八建設(shè)集團(tuán)公司、上海四方鍋爐廠、長沙鍋爐廠、中石油新疆石油管理局等廠家進(jìn)行高壓直流注汽鍋爐生產(chǎn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)布局、煙氣流程等均為傳統(tǒng)布置方式。 本作品提出的車載式三回程高壓直流注汽鍋爐方案在本體結(jié)構(gòu)設(shè)計、鍋爐運(yùn)行效率以及安裝維護(hù)等方面較傳統(tǒng)技術(shù)方案均有提升，已申報國家發(fā)明專利3項, 其中1項已授權(quán)，2項處于實審階段。方案引起國內(nèi)石油設(shè)備制造商關(guān)注，最終由山東駿馬石油設(shè)備制造有限公司進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。產(chǎn)品于2011年參加第十一屆中國國際石油石化技術(shù)裝備展覽會,產(chǎn)品設(shè)計理念及技術(shù)優(yōu)勢得到與會專家及用戶高度認(rèn)同。 稠油的開采是擴(kuò)大石油資源利用的重要途徑，本作品開發(fā)設(shè)計的三回程車載式高壓直流注汽鍋爐將為我國稠油開采設(shè)備市場提供更先進(jìn)的設(shè)備，為高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)稠油提供有力保障。

作品圖片

  • 車載式三回程高壓直流注汽鍋爐開發(fā)設(shè)計
  • 車載式三回程高壓直流注汽鍋爐開發(fā)設(shè)計
  • 車載式三回程高壓直流注汽鍋爐開發(fā)設(shè)計

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1.設(shè)計、發(fā)明目的 目前我國稠油90%以上為熱力開采，需要移動方便、高效經(jīng)濟(jì)、維護(hù)便利的車載式高壓直流注汽鍋爐，通過對現(xiàn)有車載式汽鍋爐進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)存在受熱面布置不緊湊、維修周期長、成本高及抵抗低溫環(huán)境氣候能力較差等不足。針對上述不足本作品設(shè)計目的如下： ①滿足國家公路運(yùn)輸規(guī)范前提下提升蒸發(fā)量； ②高效運(yùn)行且安裝維護(hù)便利； ③可抵抗低溫環(huán)境氣候。 2.基本思路 ①突破傳統(tǒng)注汽鍋爐結(jié)構(gòu)布置思路，將鍋殼式鍋爐三回程結(jié)構(gòu)引入注汽鍋爐設(shè)計中，實現(xiàn)本體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。三回程結(jié)構(gòu)布局使得受熱面布置緊湊、蒸發(fā)量大大提高，減少散熱面積、煙氣雙面沖刷第一回程兩側(cè)膜式壁，強(qiáng)化換熱，提升整體熱效率。 ②突破傳統(tǒng)注汽鍋爐安裝維護(hù)理念，采用受熱面模塊化設(shè)計思想。受熱面由四大模塊組成，機(jī)械化安裝，維修時只需將相應(yīng)模塊拆下更換相應(yīng)的受熱面，減少工作量。 ③引入高效換熱設(shè)備預(yù)熱空氣。布置熱管式空氣預(yù)熱器，降低鍋爐排煙溫度以提高鍋爐熱效率，預(yù)熱燃燒所需空氣，促進(jìn)穩(wěn)定燃燒，以抵御油田低溫環(huán)境氣候。 3.創(chuàng)新點 ①本體受熱面創(chuàng)新性布置，三回程結(jié)構(gòu)使得受熱面布置緊湊，強(qiáng)化換熱； ②受熱面模塊化設(shè)計理念突破傳統(tǒng)注汽鍋爐安裝維護(hù)模式，降低工作量； ③引入熱管高效換熱技術(shù)，降低排煙溫度提高換熱效率，增強(qiáng)抵抗低溫環(huán)境能力。 4.主要技術(shù)指標(biāo)（以15t/h為例） ①鍋爐設(shè)計熱效率90.6% ②長寬高為16m×3m×4m

科學(xué)性、先進(jìn)性

1.創(chuàng)新性采用煙氣三回程結(jié)構(gòu)，突破傳統(tǒng)高壓直流注汽鍋爐單回程結(jié)構(gòu)。受熱面布置緊湊，減少散熱面積，第一回程受熱面煙氣雙面沖刷強(qiáng)化換熱。在同等外形尺寸下蒸發(fā)量較傳統(tǒng)方案提升50%； 2.模塊化設(shè)計理念突破傳統(tǒng)高壓直流注汽鍋爐安裝維護(hù)模式。受熱面分為四個模塊，各模塊可實現(xiàn)獨立制造及維修，較傳統(tǒng)方案減少2/3工作量及成本，安裝維護(hù)便利。 3.采用熱管空氣預(yù)熱器提高進(jìn)入鍋爐空氣溫度強(qiáng)化燃燒、提高熱效率。中國四大稠油區(qū)每年平均9個月空氣平均溫度低于設(shè)計溫度20℃，使得注汽鍋爐燃燒工況差，同時其排煙溫度高于200℃，排煙損失大。本作品將熱管技術(shù)與受熱面優(yōu)化配置相結(jié)合同時科學(xué)確定排煙溫度，設(shè)計效率較傳統(tǒng)方案提升5%以上，抵抗低溫環(huán)境能力提高。 [1]林宗虎，徐通模.實用鍋爐手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999 [2]王樹眾，王玉慶，吳志強(qiáng)等.一種車載式煙氣三回程高壓直流注汽鍋爐系統(tǒng):中國，ZL201010216440.2[P].2010.11

獲獎情況及鑒定結(jié)果

1.2011-6 第八屆陜西省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽 一等獎 2.2011-4 第十四屆西安交通大學(xué)“騰飛杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽 特等獎 3.2011-3 國內(nèi)、外公開發(fā)表的文獻(xiàn)中沒有與本項目創(chuàng)新點完全相同的文獻(xiàn)--教育部科技查新工作站（Z08）查新結(jié)論

作品所處階段

作品方案由山東駿馬石油設(shè)備制造有限公司進(jìn)行生產(chǎn)及初步調(diào)試。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利授權(quán)

作品可展示的形式

圖片 視頻

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

1.技術(shù)特點及優(yōu)勢 ①煙氣三回程結(jié)構(gòu)使得受熱面布局緊湊，同等體積下蒸發(fā)量提升50%。在外形尺寸16×3×4m時蒸發(fā)量由傳統(tǒng)方案9.6t/h提升至15t/h，滿足國家公路運(yùn)輸規(guī)范。 ②通過受熱面優(yōu)化配置并運(yùn)用熱管式空氣預(yù)熱器，設(shè)計效率較傳統(tǒng)方案提升5%以上。 ③運(yùn)用模塊化設(shè)計理念，本體受熱面分為一個輻射段模塊及三個對流段模塊，維修時只需將相應(yīng)模塊拆下即可，相比傳統(tǒng)方案減少2/3工作量，降低維修成本，縮短維修時間。 2.市場推廣前景及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 重質(zhì)原油全球儲量約9000億t，可采儲量約1800億t。重質(zhì)原油作為輕質(zhì)原油的替代能源，已成為必然的開采趨勢。隨著稠油開采工藝進(jìn)步以及開采環(huán)境的多樣，各稠油油區(qū)對車載式高壓直流注汽鍋爐需求量會日益增大。獨聯(lián)體地區(qū)、中東地區(qū)、北美地區(qū)、南美地區(qū)市場容量可突破200億元，南美、中東地區(qū)對該類產(chǎn)品需求約548臺。本作品方案已由山東駿馬石油設(shè)備制造有限公司進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)及初步調(diào)試。在巨大的稠油熱采市場之中，該產(chǎn)品應(yīng)用前景廣闊。

同類課題研究水平概述

1.概況 高壓直流注汽鍋爐最初由美國加拿大等根據(jù)稠油開采特性開發(fā)生產(chǎn)的，20世紀(jì)80年代中國石油第八建設(shè)公司及上海四方鍋爐廠引進(jìn)美國熱力公司等產(chǎn)品?，F(xiàn)有車載式高壓直流注汽鍋爐受熱面分為輻射段、過渡段及對流段，仍保持原有煙氣單回程結(jié)構(gòu)。 2.目前開發(fā)設(shè)計熱點 如何提升高壓直流注汽鍋爐的熱效率，在保持額定蒸發(fā)量情況下減小其尺寸及安裝維修便捷一直是該類產(chǎn)品研發(fā)的熱點。國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)及相關(guān)生產(chǎn)商基于傳統(tǒng)車載式高壓直流注汽鍋爐做了一些改進(jìn)：上海四方鍋爐廠采用螺旋管布置輻射段，同等蒸發(fā)量下可以減少本體長度，但由于爐膛換熱強(qiáng)烈，一旦意外爆管，必須換掉整個輻射段，成本高，工程量大；長沙鍋爐廠采用水平膜式壁，強(qiáng)化輻射段換熱，減少了整體尺寸，但可能存在膜式壁膨脹撕裂的隱患；中國石油第八建設(shè)公司、上海四方鍋爐廠以及江南鍋爐廠設(shè)計了亞臨界或超臨界鍋爐，其蒸汽參數(shù)升高，提高了系統(tǒng)效率，但同等蒸發(fā)量下，其外形尺寸反而有所增加。新港石油合作開發(fā)部研究了熱管在注汽鍋爐上的應(yīng)用，提出利用熱管吸收煙氣余熱加熱給水，但此換熱設(shè)備占用空間較大，不便應(yīng)用于車載式高壓直流注汽鍋爐。 目前，對于高壓直流注汽鍋爐的改進(jìn)都以原有的煙氣單回程結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并未突破結(jié)構(gòu)布置上的限制。故大噸位（大于9.6t/h）的車載式高壓直流注汽鍋爐長度大于16m，難以滿足國家公路運(yùn)輸規(guī)范；雖然熱管技術(shù)有所應(yīng)用，但大部分注汽鍋爐實際運(yùn)行熱效率依然低于85%，排煙溫度高于200℃。此外傳統(tǒng)注汽鍋爐維修較為困難、多為破壞式維修，維修成本高周期長。 3-本作品技術(shù)特點 本作品采用煙氣三回程結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計思想并利用熱管空氣預(yù)熱器。三回程結(jié)構(gòu)使得受熱面布局緊湊，同等外形尺寸情況下蒸發(fā)量與傳統(tǒng)方案相比提升50%；模塊化設(shè)計理念很好地解決了受熱面維護(hù)問題，維修時相比于傳統(tǒng)方案對減少近2/3工作量及時間。受熱面優(yōu)化配置并運(yùn)用熱管式空氣預(yù)熱器，設(shè)計效率由傳統(tǒng)方案的85%提升至90%以上。作品由山東駿馬石油設(shè)備制造有限公司進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，第一套產(chǎn)品于2011年參加第十一屆中國國際石油石化技術(shù)裝備展覽會得到與會專家及用戶高度認(rèn)同，中石化海外勘探設(shè)計單位的高級顧問認(rèn)為：熱采鍋爐在國內(nèi)經(jīng)歷幾十年的發(fā)展基本一成不變，需要一個新產(chǎn)品的推出，本產(chǎn)品的推出將為稠油熱采提供有力技術(shù)保障。
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