【正文】 絕熱系數(shù)： 密度： 水套爐的三維模型如圖 所示。 s ——平均溫度下介質(zhì)的密度； kg/m3 在 0℃時天然氣的動力粘度 Pa彎頭 180176。 h (m 故選擇 500kW 的電加熱器，當水套爐中水的溫度達到可通入天然氣時，通過電氣控制，將電加熱器的功率降為 50kW 即可。 （ 7） 焊接接頭兩端的引弧板、熄弧板或試板，焊后應用氣割割下，不應錘擊 打落。不需鋪設專用燃料管線，減少人力，物資的消耗。首先，我要特別感謝我 的指導老師張梁老師。最后，要向大學期間所有幫助過我的人說一聲謝謝！ 氣田用水套爐設計研究 35 參考文獻 [1] 郭韻等 .天然氣加熱爐可視化實驗研究 .上海理工大學學報 .2021,4(31) [2]于慶波 ,秦勤 ,楊宗山等 . 水套加熱爐的改進設計 [J ] .工業(yè)加熱 ,2021 ,10 (6) :28 29. [3] 郭韻 ,曹偉武 ,嚴平等 . 天然氣加熱爐結(jié)構(gòu)及其傳熱特性研究 [J ] . 上海理工大學學報 ,2021 ,33 (3) :251 254. [4]馬衛(wèi)國等 .油田用加熱爐技術現(xiàn)狀與發(fā)展方向 .石油機械 .2021,10(34) [5] Gary H. Palmer 等 . 油氣田水套加熱爐 . 天然氣工業(yè) ,2021 。本次的水套爐結(jié)構(gòu)設計主要是基于經(jīng)典力學和熱力學的理論進行計算分析的，如果條件允許還應用軟件對水套爐整體進行結(jié)構(gòu)強度分析，溫度流場分析、流體分析、噪音分析并通過模擬實驗對電加熱水套爐系統(tǒng)的效率進行測試。 （ 11） 焊接接頭外觀檢查標準、焊接接頭無損檢測、水壓試驗應遵循 SYT 52622021 火筒式加熱爐規(guī)范中的相關規(guī)定。 （ 5） 處于設計壓力 p≥ 的水套爐盤管的手工焊對接焊縫，角接焊縫應采用氬弧焊打底。故本研究中采用 厚的鍍鋅鋼板作為保護層，并采取適當措施進行緊固?！?)]； 其中 T=98℃ =25℃ 氣田用水套爐設計研究 29 在經(jīng)濟厚度及熱損失計算中，設備結(jié)構(gòu)表面放熱系數(shù)一般取(m K)[kcal/ 彎頭計算： 應力增值系數(shù)： （ ） 式中 ——彎頭曲率半徑； mm ——彎頭內(nèi)直徑； mm 彎頭規(guī)格如表 表 公稱通徑 端部外徑 中心至端面尺寸 中心至中心尺寸 背面至端面尺寸 45176?！?) 經(jīng)過修正公式，天然氣在平均溫度下的導熱系數(shù) （ ） 式中 ——天然氣在 0℃ 時的導熱系數(shù)； W/(m 選用無機纖維棉作為爐體的保溫層。 法蘭與接管的組對應符合下列要求： （ 1） 法蘭密封面不應有傷痕，所有法蘭應有材質(zhì)標記。 氣田用水套爐設計研究 17 水位計的結(jié)構(gòu)設計、布置 根據(jù) SY 52622021 火筒式加熱爐規(guī)范 規(guī)定，有氣相空間的火筒爐和水套爐至少應安裝一個液面計，并且在液面計安裝時應符合以下 規(guī)定： （ 1） 液面計應安裝在便于觀察和維護的位置。 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 其機構(gòu)示意圖及三維模型見圖 圖 排污口的尺寸設計及布置 根據(jù) SYT 52622021 火筒式加熱爐規(guī)范 規(guī)定，火筒式加熱爐殼體最低處應設排污口，其內(nèi)徑不應小于 40mm 本研究中水套爐的排污口焊接在爐體下方 管口內(nèi)徑 DN40，管口型式為平面法蘭如圖 圖 鞍座、吊耳的尺寸及位置 鞍座基本尺寸及鞍座安裝尺寸如圖 氣田用水套爐設計研究 15 圖 盤管支撐結(jié)構(gòu)設計 采用如圖 所示的支撐板支撐盤管，其支撐板孔的分布與加熱盤管相對應，在支撐板底部焊接槽鋼，并且將槽鋼焊接在水套爐內(nèi)部。選擇公稱通徑為 65mm ， 180176。 （ 4）設備設置安全裝置，考慮在設備使用中出現(xiàn)異常情況時，最大 程度降低安全風險。傳統(tǒng)水套爐使用燃料在火筒內(nèi)燃燒加熱中間介質(zhì)，中間介質(zhì)加熱生產(chǎn)介質(zhì)，電加熱不需要使用專供的燃料，減少了燃料管道的鋪設，減少工作成本。 相變傳熱技術 高效的相變熱傳導技術，相變熱傳導將水加熱至沸騰，水蒸發(fā)后以水蒸氣作為傳熱介質(zhì)，換熱效率高，水損失小，密閉爐體內(nèi)不容易結(jié)垢，熱傳導系數(shù)穩(wěn)定，運行安全可靠。本研究中將傳統(tǒng)水套爐的火筒取消，將火筒燃燒器部分改裝為電加熱裝置，使其結(jié)構(gòu)變得簡單，通過集成電路控制各個部件易于實現(xiàn)自動化控制，無人值守。采用電加熱與采用燃氣加熱相比，降低易燃易爆介質(zhì)，電加熱對設備的使用更加安全，同時電加熱器尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，國內(nèi)制造水平成熟。但對于出產(chǎn)氣質(zhì)量偏低的油氣田來說不能直接使用井內(nèi)出產(chǎn)的天然氣作為燃料氣，必 須使用燃料專線的天然氣供給燃料。智能電路控制，溫控恒定，穩(wěn)定性高。1 摘要 水套爐是油氣田勘探開發(fā)中的重要設備之一，是在井場用來給油氣井產(chǎn)出的油氣進行加熱的裝置。將傳統(tǒng)火筒加熱裝置改為電加熱裝置，將一系列的部件通過集成電路控制，可以更為方便的實現(xiàn)自動化，實現(xiàn)無人值守與遠程控制，同時減少易燃易爆介質(zhì)，大大增加了安全性能。目前國內(nèi)的水套爐的加熱裝置都是燃燒器將燃料霧化噴入火筒中燃燒，煙氣通過煙管與爐體中的中間介質(zhì)水進行換熱。同時采用高性能保溫材料，使散熱損失降低到較小的程度，相關計算結(jié)果表明，加熱爐的設計效率可以高達 95%?；鹜矡煿芤话悴贾迷谒谞t的中下部空間，火筒部分以輻射換熱為主，煙管以對流換熱為主，加熱盤管一般不知在爐體的上部空間，盤管一般采用蛇形管，為了在有限的空間增加盤管換熱表面積，盤管直徑一般不大于 DN100，燃燒器和煙囪一般布置在爐體前部。國內(nèi)外新型水套爐一般采用強制通風的微正壓燃燒方式，氣田用水套爐設計研究 5 從而強化燃燒，提高火筒容積熱強度，使燃燒過?？諝庀禂?shù)可以在 （燃油），（燃氣）左右，技術經(jīng)濟指標顯著提高。 天然氣水合物結(jié)冰造成管線冰堵，使下游壓力降低，影響正常集輸過程，我們采用加熱水套爐對出井天燃氣進行加熱，可以避免冰堵，減少對抑制劑的依賴，大大的降低開采成本，減少開采對環(huán)境影響。同時電加熱器尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，國內(nèi)制造水平成熟。 直管之間采用標準件彎頭連接。 其水箱注水口管口型式為 ZG1/2‘’螺紋連接。 根據(jù)上述規(guī)定，本研究中采用 A41H（ Y）彈簧微啟封閉式安全閥，安全閥口直徑DN50，使用法蘭連接的型式與爐體上方焊接的安全閥口連接。如圖 所示。 氣田用水套爐設計研究 19 該電加熱器的具體參數(shù)為： 電熱管的電壓、功率： 30V 120kW 管徑大小： 10mm 管身長度： 3000mm 電熱管的材質(zhì)： SUS304 其他：封頭采用法蘭連接，法蘭密封的形式。℃ ) ——管道內(nèi)徑； mm ——介質(zhì)在平均溫度下的雷諾數(shù)； 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 22 ——介質(zhì)在平均溫度下的普朗特數(shù)； ——管道長度； m ——平均溫度；℃， K ——管壁內(nèi)溫度；℃， K 其中 天然氣在 0℃時導熱系數(shù) = W/(m℃ ) 可查表得 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 將數(shù)據(jù)代入公式 可得 氣體在管道內(nèi)呈紊流狀態(tài) 預估管壁內(nèi)溫度 將以上數(shù)據(jù)帶入公式 可得 （ ） 式中 ——平均溫度；℃ ——管內(nèi)壁對被加熱介質(zhì)的換熱系數(shù)； ——傳熱系數(shù)； ——對數(shù)平均溫差；℃ 將數(shù)據(jù)代入公式 與預估值接近 （ ） 式中 ——管內(nèi)壁對被加熱介質(zhì)的換熱系數(shù)； ——管內(nèi)壁污垢熱阻； ——管外壁污垢熱阻； 將數(shù)據(jù)代入公式 可得 氣田用水套爐設計研究 25 （ ） 式中 k——傳熱系數(shù)； ——換熱面積； m2 ——對數(shù)平均溫差；℃ 將數(shù)據(jù)代入公式 可得： 檢查是否滿足 其中 ——按傳熱方程計算的熱功率； W ——額定熱功率； W 代入數(shù)據(jù) = 符合要求 盤管承壓強度校核 直管計算： 計算厚度： () 式中 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 p——管程設計壓力； MPa ——盤管外徑； mm 將數(shù)據(jù)代入公式 中可得 = 厚度附加量： = 設計厚度： =+= 名義厚度： 故直徑采用的無縫鋼管。 平面保溫層的計算公式： () 式中 ——保溫層厚度， mm； ——常數(shù)，按中華人民共和國法定計量單位計算，按公制計量單位計算 ； ——熱價，元 / （元 /）； ——保溫材料制品導熱系數(shù)， W/(m h 將以上數(shù)據(jù)代入公式 可得： = 由于水套爐在室外使用，故需在保溫層外加護一層保護層，根據(jù) GB817587 設備及管道保溫設計導則 中 規(guī)定，采用 —— 厚的鍍鋅鋼板，或者防銹鋁板，