一种液氮设备热回收装置的制作方法

1.本实用新型总体来说涉及石油开发设备技术领域，具体而言，涉及一种液氮设备热回收装置。


背景技术：

2.现阶段氮气对油田作业有安全、高效、成功率高的特点。基于氮气密度低、稳定性好、易压缩等特点，它在油田增产作业、天然气开采以及煤层气开采的方面有着广泛的应用。油田增产作业方面主要应用于氮气气举、氮气置换、混气酸化、混气压裂、氮气垫测试、氮气正负压射孔等；天然气开采方面主要应用于氮气压裂；煤层气开采方面主要应用于以氮气驱替煤层气的储层改造技术。可见随着氮气在各行业的应用，液氮设备作为氮气作业的关键设备，用户对液氮设备的需求也将会持续增加，此类设备的市场潜力巨大。
3.目前，油田施工的液氮泵设备领域，对高压、低温液氮加热的方式通常采用直燃式，即燃油锅炉加热，但对于可燃性气体含量较高的油气井来讲，明火加热易发生爆炸，存在安全隐患。因此利用热量交换原理，通过热量回收系统，吸收液氮泵设备各部分产生的热量，用以将低温、高压的液氮蒸发成常温、高压的气态氮，以满足油田对高压氮气的需求。但液氮的排量是变化的，有时候需要更多的热量蒸发液氮，因此常规的热回收系统无法根据排量适应性满足热量的需求。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种液氮设备热回收装置，以解决现有技术的热回收装置无法根据排量适应性满足热量的需求的问题。
5.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本实用新型提供了一种液氮设备热回收装置。
6.本技术提供了一种液氮设备热回收装置，包括：换热组件，所述换热组件设置于热回收装置中的第一管路上；节温器，所述节温器设置于所述第一管路上，且靠近所述换热组件的回流口的，所述节温器的出口分别通过第一回流管路和第二回流管路连接所述第一管路；发动机缸套水热交换器，所述发动机缸套水热交换器设置于所述第一回流管路上。
7.进一步地，还包括第二管路，所述第二管路与所述第一管路并联设置于热回收装置。
8.进一步地，还包括水刹车，所述水刹车设置于所述第二管路上。
9.进一步地，还包括第一控制阀，所述第一控制阀设置于所述第二管路上，且靠近所述水刹车的进水口。
10.进一步地，还包括依次串联设置于所述热回收装置上的水箱、离心泵以及蒸发器。
11.进一步地，所述换热组件包括第一组换热器和第二组换热器，所述第一组换热器包括发动机中冷水热交换器和变速箱油热交换器，所述第二组换热器包括液压油换热器和润滑油换热器，所述第一组换热器与第二组换热器并联接入所述第一管路。
12.进一步地，还包括加载系统热交换器，所述加载系统热交换器设置于所述第一管路上，且位于所述换热组件与所述节温器之间。
13.进一步地，还包括第二控制阀和第三控制阀，所述第二控制阀设置在第一组换热器的进水口，所述第三控制阀设置在第二组换热器的进水口。
14.进一步地，所述换热组件包括依次串联接入所述第一管路的加载系统热交换器、变速箱油热交换器、发动机中冷水热交换器、液压油换热器、润滑油换热器以及第四控制阀。
15.进一步地，还包括废气热交换器，所述废气热交换器设置于所述第一管路上，且所述废气热交换器的进口分别连接所述第一回流管路和第二回流管路。
16.由上述技术方案可知，本实用新型的一种液氮设备热回收装置优点和积极效果在于：本实用新型通过介质与所述换热组件进行热量交换，将液氮泵设备各部分产生的热量进行回收，用以将低温、高压的液氮蒸发成常温、高压的气态氮，以满足油田对高压氮气的需求。同时，根据液氮的排量变化，通过所述节温器控制介质流经的管路，当需要热量较多时，使介质通过所述第一回流管道与所述发动机缸套水热交换器进行热交换，来提高热回收量，以适应不同排量下的热量需求。
附图说明
17.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是根据一种液氮设备热回收装置第一实施例结构示意图。
20.图2是根据一种液氮设备热回收装置第二实施例结构示意图。
21.其中，附图标记说明如下：
22.10、节温器；20、发动机缸套水热交换器；30、水刹车；31、第一控制阀；40、水箱；50、离心泵；60、蒸发器；71、发动机中冷水热交换器；72、变速箱油热交换器；73、液压油换热器；74、润滑油换热器；80、加载系统热交换器；75、第二控制阀；76、第三控制阀；77、第四控制阀；90、废气热交换器。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.为了克服现有技术的热回收装置无法根据排量适应性满足热量的需求的问题，如图1所示，本实用新型公开了一种液氮设备热回收装置，包括换热组件、节温器10、发动机缸套水热交换器20。
25.所述换热组件设置于热回收系统(液氮设备热回收装置)中的第一管路上，通过介质与所述换热组件进行热量交换，将液氮泵设备各部分产生的热量进行回收，用以将低温、高压的液氮蒸发成常温、高压的气态氮，以满足油田对高压氮气的需求。
26.所述节温器10设置于所述第一管路上，且靠近所述换热组件的回流口的，所述节温器10的出口分别通过第一回流管路和第二回流管路连接所述第一管路，所述节温器10是控制介质流动路径的阀门，是一种自动调温装置，通常含有感温组件，借着热胀或冷缩来切换介质流动路径。
27.主要使用的节温器10为蜡式节温器10，当冷却温度低于规定值时，节温器10感温体内的石蜡呈固态，节温器10阀在弹簧的作用下关闭通道，介质经由所述第一回流管路。
28.当介质温度达到规定值后，石蜡开始融化逐渐变为液体，体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩，在橡胶管收缩的同时对推杆作用以向上的推力，推杆对阀门有向下的反推力使阀门开启，这时介质经由所述第二回流管路。
29.在本实施例中所述节温器10分为两种工况，其一，当液氮的排量较小时，介质仅仅只需要流经所述换热组件既可以达到热量回收所需要的热量；其二，当液氮的排量较大时，介质仅仅只流经所述换热组件无法满足对热量的需求，还需要进一步地进行热量回收，才可以达到热量回收所需要的热量。
30.所述发动机缸套水热交换器20设置于所述第一回流管路上，所述发动机缸套水热交换器20的温度在80～100℃，当需要热量较多时，而流经所述换热组件后的介质温度低于规定值(例如90℃时)，所述节温器10感温体内的石蜡呈固态，所述节温器10阀在弹簧的作用下关闭通道，介质经由所述第一回流管路，并与所述发动机缸套水热交换器20进行热交换提高热量回收量，从而适应不同排量下的热量需求。
31.在一个优选的实施例中，还包括第二管路，所述第二管路与所述第一管路并联设置于热回收系统，形成一个区别于所述第一管路的独立通道，由于采用并联设置，形成多通道结构，便于安装间歇性热交换的设备，以提供辅助性供热的需求。
32.根据上述的多通道结构，在一个优选的实施例中，还包括水刹车30，所述水刹车30设置于所述第二管路上，所述水刹车30是深井钻进时，用来减缓钻具下降速度的一种水力阻尼装置，它与绞车装在同一旋转轴上，在向井内下放钻具时，其转子与绞车同轴转动，搅动存于水刹车30内的水而使转速减慢。当下钻具时，卷筒驱使水刹车30的转子在水室内相对于定子和水作回转运动，此时液体在水室内流动有两种状态，一种为惯性液流,液体随转子运动时，由于惯性作用，产生逆转子回转方向的液流；另外一种为环流,液体转子回转，由于离心力作用使液体沿叶片间通道由轴心向外加速流动，到达外缘时，以较高的速度流向定子叶片间内，并由外缘向轴心流动，然后又进入转子轴心。叶片具有一定的倾斜度，目的在于加速环流。由于液体的惯性液流和环流对转子产生的摩擦力矩和环流力矩，其作用方向与回转方向相反，通常称为阻力矩。于是，水刹车30的阻力矩与下降钻具重力作用于卷筒上的驱动力矩平衡时，钻具以匀速或接近匀速下降。此时，钻具在重力作用下所做的功，通过转子在水室内的运动，转变为液体的热能，由所述第二管路内的介质带出机体外部。
33.根据上述的热交换的设备，在一个优选的实施例中，还包括第一控制阀31，所述第一控制阀31设置于所述第二管路上，且靠近所述水刹车30的进水口，当需要通过所述水刹车30进行热量补充时，所述第一控制阀31才会打开，进行补充热量，而当不需要所述水刹车
30进行热量补充时，所述第一控制阀31就会关闭，所述第二管路内的介质不会流进所述水刹车30，所述第二管路内的介质不进行流通。
34.在一个优选的实施例中，还包括依次串联设置于所述热回收系统上的水箱40、离心泵50以及蒸发器60，所述水箱40用于存储介质，所述离心泵50用于加压介质，为实现介质的循环提供动力，所述蒸发器60是实现介质与液氮进行热交换的设备，通过与介质进行热交换，用以将低温、高压的液氮蒸发成常温、高压的气态氮，以满足油田对高压氮气的需求。使用时，存储在所述水箱40中的高温介质通过所述水箱40流出，并经由所述离心泵50加压，进入到热回收系统中，在所述蒸发器60处进行换热后，介质的温度降低，介质再分别进入所述第一管路和所述第二管路进行热量回收，提高了热量的介质最终又会回到所述水箱40中，进行介质和能量的存储。
35.如图1所示，在第一实施例中，所述换热组件包括第一组换热器和第二组换热器，所述第一组换热器包括发动机中冷水热交换器71和变速箱油热交换器72，所述第二组换热器包括液压油换热器73和润滑油换热器74，所述第一组换热器与第二组换热器并联接入所述第一管路，采用并联设置，形成多通道结构，使介质分为两股分别进入不同的换热器组，使两组换热器组之间的介质温度不相互干扰。
36.在所述第一组换热器中，所述发动机中冷水热交换器71的温度在40～60℃，所述变速箱油热交换器72的温度在50～70℃，将所述发动机中冷水热交换器71与所述变速箱油热交换器72进行串联，并使介质由所述发动机中冷水热交换器71向所述变速箱油热交换器72流动，由于介质由低温向高温，实现梯度加热，可实现较好的热交换效果。
37.同理的，在所述第二组换热器中，所述液压油换热器73的温度在40～60℃，所述润滑油换热器74的温度在30～50℃，将所述液压油换热器73与所述润滑油换热器74进行串联，并使介质由所述润滑油换热器74向所述液压油换热器73流动，由于介质由低温向高温，实现梯度加热，可实现较好的热交换效果。
38.特别说明的是在第一实施例中，所述发动机中冷水热交换器71、变速箱油热交换器72、液压油换热器73以及润滑油换热器74的位置顺序可以进行互换，例如将所述发动机中冷水热交换器71与所述液压油换热器73的位置进行互换，因为所述所述发动机中冷水热交换器71与所述液压油换热器73的温度都是在温度在40～60℃，满足介质由低温到高温的加热顺序。
39.在第一实施例中，还包括加载系统热交换器80，所述加载系统热交换器80设置于所述第一管路上，且位于所述换热组件与所述节温器10之间，所述加载系统热交换器80的温度在70～100℃，其温度高于所述发动机中冷水热交换器71、变速箱油热交换器72、液压油换热器73以及润滑油换热器74的温度，因此可放到后面，进一步对介质加热。
40.在第一实施例中，还包括第二控制阀75和第三控制阀76，所述第二控制阀75设置在第一组换热器的进水口，所述第三控制阀76设置在第二组换热器的进水口，用于控制介质通断或者控制介质流通量，确保良好的换热效果。
41.如图2所示，在第二实施例中，所述换热组件包括依次串联接入所述第一管路的加载系统热交换器80(70～100℃)、变速箱油热交换器72(50～70℃)、发动机中冷水热交换器71(40～60℃)、液压油换热器73(40～60℃)、润滑油换热器74(30～50℃)以及第四控制阀77，介质由低温到高温的顺序依次通过所述换热组件，进行梯度加热，同时通过所述第四控
制阀77控制介质通断或者控制介质流通量，确保良好的换热效果，特别说明所述加载系统热交换器80、变速箱油热交换器72、发动机中冷水热交换器71、液压油换热器73、润滑油换热器74的位置根据实际工况具有互换性，只要满足介质由低温到高温的加热顺序即可。
42.在一个优选的实施例中，还包括废气热交换器90，所述废气热交换器90设置于所述第一管路上，且所述废气热交换器90的进口分别连接所述第一回流管路和第二回流管路，所述废气热交换器90的温度在300～500℃，其温度高于其它的热交换装置，可根据实际工况安排热交换装置之间的先后顺序，确保介质热交换由低温到高温，梯度性加热，热回收效果显著。
43.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
44.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。