环保节能型油气井压裂返排液燃烧汽化装置的制作方法

本发明涉及应用于油气田的环保设备技术领域，具体涉及一种环保节能型油气井压裂返排液燃烧汽化装置。

背景技术：

油气田在钻井完成后，需要进行压裂作业。压裂作业是在压力作用下利用压裂液将岩层中含油含气缝隙压裂疏通，使油气能顺畅地穿过缝隙集中到井内，从而提升油气开采的效率。

由于压裂液含有大量的高分子聚合物，腐蚀性极强，不能停留在地层中。因此，在压裂作业完成后，压裂液被返排回地面。这些返排回地面的压裂返排液不仅含有高分子聚合物的剩余产物、溶解性cod、泥沙、石油类和硫化亚铁等污染物，而且，氯化钠的浓度高，部分压裂返排液甚至还可能携带重金属和放射性元素。若直接将压裂返排液排放环境中，将对农作物及地表水系统造成巨大伤害。

目前，压裂返排液的处理方式主要有自然蒸发、燃烧蒸发和化学固化处理；其中，化学固化处理需要一系列的处理装置和化学药品，设备结构复杂，且不易操作，处理成本高。尤其在2015年新《环境保护法》实施后，化学固化处理和自然蒸发方式已经不符合法律规定。燃烧蒸发处理方式存在以下缺点：由于采用开放式燃烧，不仅有明火伤人的安全隐患，而且燃烧过程不稳定，压裂返排液忽冷忽热；当燃料燃烧不充分时，会产生黑烟，污染环境；而且燃烧蒸发处理的工作效率低、热效率转换低(热效率转换不足20％)，能源浪费严重。

为此，迫切需要对目前的压裂返排液处理方式进行改进或重新设计，以提高压裂返排液处理的安全性、降低污染以及降低能耗。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种环保节能型油气井压裂返排液燃烧汽化装置，用以解决现有压裂返排液处理方式效率低，安全性差，污染和能源浪费严重的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为提供一种环保节能型油气井压裂返排液燃烧汽化装置，所述压裂返排液燃烧汽化装置包括加热装置和汽化装置，所述汽化装置设置于所述加热装置的上方；

所述加热装置包括加热罐体和加热燃烧室，所述加热燃烧室设置于所述加热罐体内，在所述加热罐体和所述加热燃烧室之间形成储存压裂返排液的加热容腔，在所述加热燃烧室的底部设置有配氧调节口、配氧调节阀和燃烧器，所述配氧调节口的输出口设于所述加热燃烧室内，输入口设于所述加热燃烧室外，所述配氧调节阀设置于所述配氧调节口的输出口，用于调节进入所述加热燃烧室的燃料和空气，所述燃烧器设置于所述配氧调节阀的上方，在所述加热燃烧室的顶部设置有第一火焰引导管，所述第一火焰引导管的输入口与所述加热燃烧室连通；

所述汽化装置包括汽化罐体和汽化燃烧室，所述汽化燃烧室设置于所述汽化罐体内，所述第一火焰引导管的输出口与所述汽化燃烧室连通；

而且，设置在所述加热罐体侧面的加热仓排液口与设置在所述汽化罐体下部的汽化罐补给口连通，在所述加热罐体内被加热的所述压裂返排液流经所述加热仓排液口和所述汽化罐补给口后进入所述汽化罐体。

其中，所述加热罐体和所述汽化罐体均为长方体结构，且所述加热燃烧室和所述汽化燃烧室的顶部为拱形或梯形。

其中，所述加热装置包括多个燃烧器以及与之数量对应的所述配氧调节口和配氧调节阀，多个所述燃烧器沿所述加热装置的长度方向排列设置。

其中，在所述加热燃烧室的顶部设置有多个第一火焰引导管，且多个所述第一火焰引导管间隔排列设置于所述加热燃烧室的顶部；

在所述汽化燃烧室的顶部设置有多个第二火焰引导管，多个所述第二火焰引导管间隔排列设置于所述汽化燃烧室的顶部。

其中，在所述加热燃烧室内且位于所述燃烧器的上方设置有第一加热导流管，所述第一加热导流管倾斜设置于所述加热燃烧室内，且所述第一加热导流管与所述加热罐体的内部连通。

其中，在所述汽化燃烧室内设置有第二导流管，所述第二加热导流管倾斜设置于所述汽化燃烧室内，所述第二导流管与所述汽化罐体的内部连通。

其中，所述环保节能型油气井压裂返排液燃烧汽化装置还包括溢水回流挡板，所述溢水回流挡板设置在所述加热罐体的顶端。

其中，在所述加热罐体下部的侧壁设置有第一清污口，所述第一清污口用于将沉降在所述加热罐体底部的沉降物排出；以及，

在所述汽化罐体下部的侧壁设置有第二清污口，所述第二清污口用于将沉降在所述汽化罐体底部的沉降物排出。

其中，在所述加热罐体上还设置有加热罐补给口，其用于向所述加热罐体内补充压裂返排液；在所述加热罐补给口设置浮球式水位控制阀，用于控制所述加热罐体内压裂返排液的总量以及所述压裂返排液加入所述加热罐体内时的流速；

在所述汽化罐补给口设置浮球式水位控制阀，用于控制所述汽化罐体内压裂返排液的总量以及所述压裂返排液加入所述汽化罐体内时的流速。

其中，在所述加热罐体和所述汽化罐体的外侧设置有爬梯，所述爬梯由地面延伸至所述加热罐体和所述汽化罐体的顶部。

本发明具有如下优点：

本发明提供的环保节能型油气井压裂返排液燃烧汽化装置采用两级装置蒸发汽化，即将汽化装置设置在加热装置的上方，加热装置用于加入新补入加热罐体内的压裂返排液，被加热的压裂返排液经加热仓排液口和汽化罐补给口进入汽化罐体，在汽化罐体内持续沸腾被蒸发汽化，由于采用两级装置蒸发汽化压裂返排液，避免了忽冷忽热的缺陷，而且，燃烧过程在加热燃烧室和汽化燃烧室内进行，火焰不受风力影响，能在加热燃烧室和汽化燃烧室内安静地燃烧，降低了外界环境对燃烧过程的影响，提高了燃烧过程的安全性。另外，利用加热装置燃烧产生的余热提升汽化装置内压裂返排液的温度，有效地利用燃料燃烧的热量，热转换率可以达到85％以上，既提高了工作效率，又节约了能源。此外，利用配氧调节阀调节进入燃料和空气的流量，使燃料均匀充分地燃烧，从而避免了燃烧不充分冒黑烟的缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的压裂返排液燃烧汽化装置的结构示意图。

图2为本发明实施例2提供的压裂返排液燃烧汽化装置的结构示意图。

图3为本发明实施例3提供的压裂返排液燃烧汽化装置的结构示意图。

附图编号：1-加热装置，11-加热罐体，12-加热燃烧室，13-加热容腔，14-配氧调节口、15-配氧调节阀，16-燃烧器，17-第一火焰引导管，18-加热仓排液口，19-第一加热导流管，110-溢水回流挡板，2-汽化装置，21-汽化罐体，22-汽化燃烧室，23-第二火焰引导管，24-汽化罐补给口，25-汽化容腔，26-第二导流管。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的压裂返排液燃烧汽化装置包括加热装置1和汽化装置2，汽化装置2固定于加热装置1的上方。在实际应用中，可以将汽化装置2直接固定于加热装置1的顶部，也可以通过支撑架将汽化装置2固定于加热装置1的上方。

其中，加热装置1包括加热罐体11和加热燃烧室12，加热燃烧室12设置于加热罐体11内，在加热罐体11和加热燃烧室12之间形成储存压裂返排液的加热容腔13。

具体地，加热罐体11为长方体结构，在加热燃烧室12内设置有三个燃烧器16，而且，三个燃烧器沿加热罐体11的长度方向排列设置在加热燃烧室12的底部。加热燃烧室12的顶部为拱形或梯形。

每个燃烧器16配置有配氧调节口14和配氧调节阀15，配氧调节口14的输出口设于加热燃烧室12内，输入口设于加热燃烧室12外，配氧调节阀15设置于配氧调节口14的输出口，用于调节进入加热燃烧室12的燃料和空气，燃烧器16设置于配氧调节阀15的上方，在加热燃烧室12的顶部设置有第一火焰引导管17，第一火焰引导管17的输入口与加热燃烧室12连通。

在本实施例中，配氧调节口14、配氧调节阀15和燃烧器16设置有多个，其中，部分配氧调节口14的输入口与燃料储存装置(图中未示出)连通，部分配氧调节口14的输入口与空气连通。与燃料和空气连通的配氧调节口14的数量根据实际使用情况确定。调节配氧调节阀15可以控制通入加热燃烧室12内的燃料和空气的量，从而使燃料充分燃烧，进而避免燃烧过程中冒黑烟，减少污染以及提高燃料利用率。

在本实施例中，燃料采用但不限于天然气和煤气。

此外，加热罐体11上设置有加热罐补给口(图中未示出)，其用于向加热罐体11内补充压裂返排液。优选在加热罐补给口设置浮球式水位控制阀(图中未示出)，用于控制加热罐体11内压裂返排液的总量以及压裂返排液加入加热罐体11内时的流速，即实现加热罐体恒压补给压裂返排液，使补给量与消耗量达到动态平衡，保证加热罐体11内的压裂返排液的量恒定，实现自动补给。

在加热罐体11下部的侧壁设置有第一清污口(图中未示出)，第一清污口用于将沉降在加热罐体11底部的沉降物排出。当压裂返排液在加热罐体11内蒸发过程中，液体以水蒸气形式被蒸发，有害物质高温结晶并沉积在加热罐体11的底部，形成沉降物，这些沉降物从第一清污口排出。

汽化装置2包括汽化罐体21和汽化燃烧室22，汽化燃烧室22设置于汽化罐体21内，而且在汽化罐体21和汽化燃烧室22之间形成储存压裂返排液的汽化容腔25。

在本实施例中，汽化罐体21为长方体结构，汽化燃烧室22的顶部为拱形或梯形。在汽化罐体21内设置有多个燃烧器(图中未示出)，多个燃烧器沿汽化罐体21的长度方向排列设置。第一火焰引导管23的输出口与汽化燃烧室22连通，在加热燃烧室12未充分燃烧的燃料通过第一火焰引导管17进入汽化燃烧室22继续燃烧，以提高燃料的利用率。

在本实施例中，在加热燃烧室12的顶部设置多个第一火焰引导管17，多个第一火焰引导管17在加热燃烧室12的顶部间隔设置，以使加热燃烧室12排出的未充分燃烧的燃料分散在汽化燃烧室22内，有利于未充分燃烧的燃料燃烧充分，进一步提高燃料的利用率。

在汽化燃烧室22的顶部设置有多个第二火焰引导管23，多个第二火焰引导管23间隔排列设置于汽化燃烧室22的顶部，第二火焰引导管23的一端与汽化燃烧室22连通，另一端连通大气，燃料在汽化燃烧室22内充分燃烧后被排入大气。由于燃料在加热燃烧室12和汽化燃烧室22内充分燃烧，消除了冒黑烟的缺陷，既提高了燃料的利用率，又减少了环境污染。

在本实施例中，在加热罐体11侧面设置有加热仓排液口18，在汽化罐体21下部设置有汽化罐补给口24，而且加热仓排液口18与汽化罐补给口24连通，在加热罐体11内被加热的压裂返排液流经加热仓排液口18和汽化罐补给口24后进入汽化罐体21。由于压裂返排液在加热容腔13内被加热，然后进入汽化容腔15内持续沸腾。

优选地，在汽化罐补给口24设置浮球式水位控制阀(图中未示出)，用于控制汽化罐体21(更具体为汽化容腔25)内压裂返排液的总量以及压裂返排液加入汽化罐体21内时的流速。本实施例浮球式水位控制阀采用恒压供水方式补给压裂返排液，当汽化罐体21内的液面降低时，浮球式水位控制阀打开，向汽化罐体21内补充压裂返排液，当液面达到预设位置时，浮球式水位控制阀关闭，即，实现汽化罐体21恒压补给压裂返排液，使补给量与蒸发量达到动态平衡，保证汽化罐体21内的压裂返排液的量恒定，实现自动补给。

在汽化罐体21下部的侧壁设置有第二清污口(图中未示出)，第二清污口用于将沉降在汽化罐体21底部的沉降物排出。当压裂返排液在汽化罐体21内蒸发过程中，液体以水蒸气形式被蒸发，有害物质高温结晶并沉积在汽化罐体21的底部，形成沉降物，这些沉降物从第二清污口排出。

在本实施例中，在加热罐体11和汽化罐体21外侧的后部设置有爬梯(图中未示出)，爬梯由地面延伸至加热罐体11和汽化罐体21的顶部。

实施例2

如图2所示，本实施例提供的压裂返排液燃烧汽化装置包括加热装置1和汽化装置2，汽化装置2固定于加热装置1的上方。在实际应用中，可以将汽化装置2直接固定于加热装置1的顶部，也可以通过支撑架将汽化装置2固定于加热装置1的上方。

其中，加热装置1包括加热罐体11和加热燃烧室12，加热燃烧室12设置于加热罐体11内，在加热罐体11和加热燃烧室12之间形成储存压裂返排液的加热容腔13。

具体地，加热罐体11为长方体结构，在加热燃烧室12内设置有三个燃烧器16，而且，三个燃烧器16沿加热罐体11的长度方向排列设置在加热燃烧室12的底部。加热燃烧室12的顶部为拱形或梯形。

每个燃烧器16均配置有配氧调节口14和配氧调节阀15，配氧调节口14的输出口设于加热燃烧室12内，输入口设于加热燃烧室12外，配氧调节阀15设置于配氧调节口14的输出口，用于调节进入加热燃烧室12的燃料和空气，燃烧器16设置于配氧调节阀15的上方，在加热燃烧室12的顶部设置有第一火焰引导管17，第一火焰引导管17的输入口与加热燃烧室12连通。

在本实施例中，配氧调节口14、配氧调节阀15和燃烧器16设置有多个，其中，部分配氧调节口14的输入口与燃料储存装置(图中未示出)连通，部分配氧调节口14的输入口与空气连通。与燃料和空气连通的配氧调节口14的数量根据实际使用情况确定。调节配氧调节阀15可以控制通入加热燃烧室12内的燃料和空气的量，从而使燃料充分燃烧，进而避免燃烧过程中冒黑烟，减少污染以及提高燃料利用率。

在本实施例中，在加热燃烧室12内且位于燃烧器16的上方设置有第一加热导流管19，第一加热导流管19倾斜设置于加热燃烧室12内，且第一加热导流管19与加热罐体11的内部连通。第一加热导流管19将加热罐体11内加热燃烧室12两侧连通，使加热罐体11内压裂返排液的加热更均匀，提高压裂返排液的处理效率。

在本实施例中，燃料采用但不限于天然气和煤气。

此外，加热罐体11上设置有加热罐补给口，其用于向加热罐体11内补充压裂返排液。优选在加热罐补给口设置浮球式水位控制阀(图中未示出)，用于控制加热罐体11内压裂返排液的总量以及压裂返排液加入加热罐体11内时的流速。

在加热罐体11下部的侧壁设置有第一清污口(图中未示出)，第一清污口用于将沉降在加热罐体11底部的沉降物排出。当压裂返排液在加热罐体11内蒸发过程中，液体以水蒸气形式被蒸发，有害物质高温结晶并沉积在加热罐体11的底部，形成沉降物，这些沉降物从第一清污口排出。

在本实施例中，汽化装置2包括汽化罐体21和汽化燃烧室22，汽化燃烧室22设置于汽化罐体21内，而且在汽化罐体21和汽化燃烧室22之间形成储存压裂返排液的汽化容腔25。

在本实施例中，汽化罐体21为长方体结构，汽化燃烧室22的顶部为拱形或梯形。第一火焰引导管17的输出口与汽化燃烧室22连通，在加热燃烧室12未充分燃烧的燃料通过第一火焰引导管17进入汽化燃烧室22继续燃烧，以提高燃料的利用率。

在汽化燃烧室22内设置有第二导流管26，第二加热导流管26倾斜设置于汽化燃烧室22内，第二导流管26的两个端口与汽化罐体22的内部连通，第二导流管26将汽化罐体21内汽化燃烧室22两侧连通，压裂返排液在第二导流管26内流动，使汽化罐体21内压裂返排液的加热更均匀，提高压裂返排液的处理效率。

在本实施例中，在加热燃烧室12的顶部设置多个第一火焰引导管17，多个第一火焰引导管17在加热燃烧室12的顶部间隔设置，以使加热燃烧室12排出的未充分燃烧的燃料分散在汽化燃烧室22内，有利于未充分燃烧的燃料燃烧充分，进一步提高燃料的利用率。

在汽化燃烧室22的顶部设置有多个第二火焰引导管23，多个第二火焰引导管23间隔排列设置于汽化燃烧室22的顶部，第二火焰引导管23的一端与汽化燃烧室22连通，另一端连通大气，燃料在汽化燃烧室22内充分燃烧后被排入大气。由于燃料在加热燃烧室12和汽化燃烧室22内充分燃烧，消除了冒黑烟的缺陷，既提高了燃料的利用率，又减少了环境污染。

在本实施例中，在加热罐体11侧面设置有加热仓排液口18，在汽化罐体21下部设置有汽化罐补给口24，而且加热仓排液口18与汽化罐补给口24连通，在加热罐体11内被加热的压裂返排液流经加热仓排液口18和汽化罐补给口24后进入汽化罐体21。由于压裂返排液在加热容腔13内被加热，然后进入汽化容腔15内持续沸腾。

优选地，在汽化罐补给口24设置浮球式水位控制阀(图中未示出)，用于控制汽化罐体21(更具体为汽化容腔25)内压裂返排液的总量以及压裂返排液加入汽化罐体21内时的流速。浮球式水位控制阀可以实现自动补充压裂返排液。本实施例浮球式水位控制阀采用恒压供水方式补给压裂返排液，当汽化罐体21内的液面降低时，浮球式水位控制阀打开，向汽化罐体21内补充压裂返排液，当液面达到预设位置时，浮球式水位控制阀关闭。

在汽化罐体21下部的侧壁设置有第二清污口(图中未示出)，第二清污口用于将沉降在汽化罐体21底部的沉降物排出。当压裂返排液在汽化罐体21内蒸发过程中，液体以水蒸气形式被蒸发，有害物质高温结晶并沉积在汽化罐体21的底部，形成沉降物，这些沉降物从第二清污口排出。

在本实施例中，在加热罐体11和汽化罐体21外侧的后部设置有爬梯(图中未示出)，爬梯由地面延伸至加热罐体11和汽化罐体21的顶部。

实施例3

如图3所示，本实施例提供的压裂返排液燃烧汽化装置包括加热装置1和汽化装置2，汽化装置2固定于加热装置1的上方。在实际应用中，可以将汽化装置2直接固定于加热装置1的顶部，也可以通过支撑架将汽化装置2固定于加热装置1的上方。

其中，加热装置1包括加热罐体11和加热燃烧室12，加热燃烧室12设置于加热罐体11内，在加热罐体11和加热燃烧室12之间形成储存压裂返排液的加热容腔13。

具体地，加热罐体11为长方体结构，在加热燃烧室12设置有四个燃烧器，而且，四个燃烧器16沿加热罐体11的长度方向排列设置在加热燃烧室的底部。加热燃烧室12的顶部为拱形或梯形。

每个燃烧器16均配置有配氧调节口14和配氧调节阀15，配氧调节口14的输出口设于加热燃烧室12内，输入口设于加热燃烧室12外，配氧调节阀15设置于配氧调节口14的输出口，用于调节进入加热燃烧室12的燃料和空气，燃烧器16设置于配氧调节阀15的上方，在加热燃烧室12的顶部设置有第一火焰引导管17，第一火焰引导管17的输入口与加热燃烧室12连通。

在本实施例中，配氧调节口14、配氧调节阀15和燃烧器16设置有多个，其中，部分配氧调节口14的输入口与燃料储存装置(图中未示出)连通，部分配氧调节口14的输入口与空气连通。与燃料和空气连通的配氧调节口14的数量根据实际使用情况确定。调节配氧调节阀15可以控制通入加热燃烧室12内的燃料和空气的量，从而使燃料充分燃烧，进而避免燃烧过程中冒黑烟，减少污染以及提高燃料利用率。

在本实施例中，在加热燃烧室12内且位于燃烧器16的上方设置有第一加热导流管19，第一加热导流管19倾斜设置于加热燃烧室12内，且第一加热导流管19与加热罐体11的内部连通。第一加热导流管19将加热罐体11内加热燃烧室12两侧连通，使加热罐体11内压裂返排液的加热更均匀，提高压裂返排液的处理效率。

在本实施例中，环保节能型油气井压裂返排液燃烧汽化装置还包括溢水回流挡板110，溢水回流挡板110设置在加热罐体11的顶端，从加热罐体11顶部溢流的压裂返排液被溢水回流挡板110重新流回至加热罐体11内，确保压裂返排液不落地，实现无污染排放。

在本实施例中，燃料采用但不限于天然气和煤气。

需要说明的是，在本实施例中，汽化装置2的结构与实施例2完全相同，在此不再赘述。

以上实施例提供的环保节能型油气井压裂返排液燃烧汽化装置采用两级装置蒸发汽化，即将汽化装置设置在加热装置的上方，加热装置用于加入新补入加热罐体内的压裂返排液，被加热的压裂返排液经加热仓排液口和汽化罐补给口进入汽化罐体，在汽化罐体内持续沸腾被蒸发汽化，由于采用两级装置蒸发汽化压裂返排液，避免了忽冷忽热的缺陷，而且，燃烧过程在加热燃烧室和汽化燃烧室内进行，火焰不受风力影响，能在加热燃烧室和汽化燃烧室内安静地燃烧，降低了外界环境对燃烧过程的影响，提高了燃烧过程的安全性。另外，利用加热装置燃烧产生的余热提升汽化装置内压裂返排液的温度，有效地利用燃料燃烧的热量，热转换率可以达到85％以上，既提高了工作效率，又节约了能源。此外，利用配氧调节阀调节进入燃料和空气的流量，使燃料均匀充分地燃烧，从而避免了燃烧不充分冒黑烟的缺陷。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。