螺旋盘管水套炉

1、第 18卷第 1期 2000年 3月天然气与石油 Natural Gas And O il V o l . 18,N o. 1M ar . 2000 收稿日期 :1999211215作者简介 :宋昭明 , 男 , 高级工程师 , 1967年重庆大学动力系本科毕业 。 现在四川石油设计院从事热力工 程设计 。 电话 :(028 6014452。文章编号 :100625539(2000 0120030203螺旋盘管水套炉宋昭明 , (, , 、 盘管焊接 、 盘管及其对采油采气井场安全的影响 。 提出了螺旋盘管水套炉的概 念 , 。 简述了作者在螺旋盘管水套炉制作上的实践和教 训 。 作者希望与读

2、者一起把螺旋盘管水套炉改进得更完美 。关键词 :井场安全 ; 水套炉 ; 气盘管 ; 弯头 ; 盘管焊接 ; 无损探伤 ; 蛇形盘管 ; 螺旋盘 管中图分类号 :T E 931文献标识码 :A水套炉是广泛用于天然气开采时的井口 加热设备 。 其被加热高压气盘管中 , 通过的是 高压天然气 , 天然气压力一般达 10M Pa 60M Pa 。 水套炉安装地点接近气井井口 。 它的 安全运行关系到气井安全 , 关系到采气安全 。 水套炉在井场运行的安全主要包括两个方 面 :其一是燃烧的安全 ; 其二是设备承压安 全 。 水套炉承压部件主要有 :气盘管 、 壳体 、 燃 料气管 。 本文仅讨论高压气

3、盘管的设计与制 作 。1问题的提出传统的气盘管一般作成蛇形盘管形式 (如图 1所示 。 它的优点是显而易见的 :制作 简单 , 易于布置在水套炉内 ; 气盘管在炉内的 位置 , 正是水套水温度最高的地方 , 传热温差 大 , 可以用较少的传热面积获得较大的传热 。 但是 , 它的缺点也是明显的 :为了尽可能缩小 水套炉的体积 , 减少耗钢量 , 减少水套炉在井场的占地面积 , 设计师就尽可能的压缩盘管 间距 ; 盘管间距的缩小 , 带来了制作盘管的一 系列问题。图 1蛇形气盘管水套炉2蛇形盘管存在的问题211弯头蛇形盘管连接弯头弯曲半径小 , 制作弯 头时 , 使弯头容易变形 、 椭圆度加大

4、、 制作弯 头的无缝钢管金属流动加剧 、 弯头外缘的壁 厚减薄量更大 , 使弯头附加弯曲应力加大 , 整 套盘管承压能力减小 。 气盘管中的天然气是 直接从气井采出 , 还没有进行分离杂质 , 天然 气通过弯头时方向变化更快 , 由于动量的变 化大 , 这些杂质对弯头外缘壁磨损更大 。 小半 径弯头制作也限制了制作工艺的选择 , 只可 用少数几种方法制作符合要求的弯头 。弯曲半径(mm 50150200300 (mm 9. 310. 6511. 111. 3311. 55弯头外壁壁厚直管壁厚 (%7788. 692. 594. 496. 3上表为 D =5712无缝钢管进行冷弯 作业时 , 计

5、算出的结果 1。 从上面的结果看 出 , 当弯曲半径为 1D 、 2D 时 , 壁厚减薄量是 相当惊人的 , 这是设计师们不能容忍的 。 当然 , 气盘管可以用叉形排列 , 即弯头可 以跨过两层盘管 , 甚至三层盘管 。 这样 , 弯头 的弯曲半径变大 。 但是 , 这会使下面所述困难 加重 。212气盘管的焊接与无损探伤由于气盘管管间距小 , 给焊接组装和无 损探伤带来很大的困难 。 尤其在水套炉功率 大时 , 盘管的层数较多 , 中间层的盘管焊接与 探伤更是如此 。 在这种情况下 , 工厂常常采用 的方法是组装一层探伤一层 。 采用射线探伤 时 , 将盘管从组装场所到探伤室来回搬动 , 工

6、 作效率低 ; 如果盘管叉排时 (这是为了加大弯 头弯曲半径 , 设计师常用的排列方式 , 会使 盘管中间层焊口很难探伤 。 而这些焊口恰恰 是焊接位置最差 , 因而最可能出现缺陷的焊 口 。 最难焊接的焊口 , 也正是最难进行探伤的 焊口 。 这样的盘管能使人放心吗 ?3一般的解决办法我们看到国外的水套炉 , 常常奇怪它的 炉体很长 。 其实 , 除了因为它采用 U 形火管 , 只能用加长火管长度或加大火管直径 , 以得 到必要的传热面积外 , 难道没有为减少气盘 管的回程 ,? ,。, 设计思想也有差异 。 国内油气 田所设计制造的水套炉 , 用另外的方法解决 上述问题 。我们不妨在这里抄

7、录一段规范 :“盘管对接焊缝应进行不少于 20%的射 线检测抽查 , 射线检测应按 JB 4730的规定进 行 , 合格级别为 级 2。 ”该条文的说明 :“针对盘管管程压力较高 , 外壁长期受热 水浸泡 , 温度不低于 100的工作条件 , 原规 范 SYJ 4019287对盘管对接焊缝提出 100%的检测要求 。 由于受结构限制 , 制造单位很难 执行 100%的检测 。为了确保规范的严肃性 , 使其能按规范的要求去严格执行 , 又能确保 盘管的焊接质量 , 本次修订将盘管对接焊缝 的检测比例改为不少于 20%的射线检测抽 查 , 合格级别提高到 级 2。 ”为了减少钢耗 , 为了减少占地

8、面积 , 为了 提高热效率 , 不得已用规范来解决上述难题 。 但是 , 这种照顾各方困难的折衷方案 , 不是解 决问题的最佳方案 。 并且还可能由此埋下隐 患 。4螺旋气盘管把气盘管作成螺旋弹簧状 , 就成了所谓 螺旋盘管水套炉 (如图 2 。 螺旋管能解决上 述问题吗 ?411为了能在螺旋管内放置烟火管 , 一般螺 旋管弯曲半径 R 300mm ; 螺纹节距 t 2D ; 经计算 , 弯制后的螺旋管外壁厚度为 11155mm (D =5712无缝钢管 。 弯曲无 缝钢管外壁减薄很小 。 整根盘管可以用同样 13第 18卷第 1期 宋昭明等 :螺旋盘管水套炉 图 2。412螺旋盘管是单层管

9、。 当然可以作成多层结构 ; 但是 , 可用单层螺旋管在螺旋管端连接 , 每一分枝仍是单层管 。 如此 , 焊接不成问题 ; 保证射线探伤聚焦距离 , 保证每个焊口至少拍两张片也没有问题 。413螺旋管弯曲半径大 , 只要有成型模具 ,用通常的弯管方法 , 就可以制成符合要求的盘管 。414将直管先焊成长管 , 直管焊缝进行无损探伤 , 再弯制成螺旋盘管 。 这样 , 更容易焊接与探伤 , 且容易形成螺旋管自动生产线 。415螺旋盘管中的介质不停的改变流动方向 , 使流体在管壁的层流支层变薄 , 因使介质与盘管壁的传热系数变大 。 这就是说 , 螺旋盘管的管内对流传热优于蛇形盘管 。看来上面提

10、到的困难已基本解决 , 并且螺旋盘管还有蛇形盘管不具备的其它优越之处 。 但矛盾双方总是相克而相生的 , 即所谓“有一利必有一弊” 。 螺旋管水套炉也有自身的困难 。5螺旋管水套炉的问题对于传统的卧式水套炉而言 , 把气盘管作成螺旋形 , 且将烟火管放在螺旋内 , 给水套炉的传热及其它方面带来新的问题 :其一 , 整个盘管不是处于水套的高温区 , 甚至有一部分气盘管 (下部 , 处于水套水自然循环的死区 。 浪费了一部分造价高的气盘管 。 其二 , 卧式布置时 , 总会形成 U 形存水弯 。 这对于盘 管中是两相流 , 且流速不高时会形成水阻 , 引 起流量不匀或盘管震动 。 所以 , 螺旋管

11、水套炉511, , 以求减1隔 , 将水套水自然循环组织起来 , 进一步减少 水套水自然循环死区 。 自然循环的路径不容 易用计算确定 , 但可以用模拟试验确定 。 比 如 , 用透明材料制作壳体 , 用电热管 (容易调 节功率 模拟烟火管 , 加色观察自然循环流 线 ; 也可以用电场模拟等等 。 当然 , 用计算机 进行模拟就更好 , 可以取得更多的资料和方 便的进行变工况模拟 。513如果将螺旋盘管水套炉立式布置 , 将可 以解决两相流时的积水引起水阻问题 ; 也可 以不用导流叶片 , 而一举解决自然循环的死 区问题 。 但立式设备的安装 、 检修等其它问题 相应而至 。 对此 , 本文不

12、作进一步探讨 。6螺旋管水套炉的实践1995年春 , 我们曾在四川石油管理局内 江容器厂制作一天然气气井用常压螺旋盘管 水 套 炉 (见 图 3、 图 4 , 参 数 为 :额 定 压 力图 3未安装导流叶片时水套水循环状况示意图 (下转第 38页 23 天然气与石油 2000年 T m ax 最大负荷利用小时数 , 见表3。表 3工厂最大利用小时数工厂类别年最大负荷利用小时数 T m ax (h 有功负荷 无功负荷化工厂 6200700石油提炼工厂 7100氮肥厂 70008电器工厂75043454750工具厂 4140496031214扩建变电站主变容量确定 P =S co s (一般 c

13、o s 取 019故 S =P 0. 9(其中 S kVA , P k W 313正确选择变压器的变压比 、 电压分接头31311变压比根据所建变电站所在电力系统的位置和主变计算容量大小 , 保证系统投资省 、 运行经济 , 选择合适的变压比 。31312电压分接头根据电网波动情况 、 历史依据和用电设备的额定电压 , 选择电压分接头 , 使用电设备端电压能满足 GB 50052295 供配电系统设计 规范 要求的允许值 。 如果系统电压长期正偏 差或负偏差 (在5%范围内 , 主变可用有五 (范围 , 主 如川西 kV 电压在 33. 5438 . 86kV 之间波 动 , 主变应采用有载调

14、压变压器 (GB 50052 95第 41017条 。4结语为确保设计的电力系统电能质量指标合 格 、 系统运行经济 , 须收集好基础资料 , 搞好 基础资料综合分析 , 并须进行需用电量计算 和电量预测等工作 , 才能正确选择好主变压 器的容量及电压分接头 。参考文献 :1川西北 35kV 变电站运行记录 12工厂配电设计手册 1水利电力出版社 1 3用电管理 1中国电力出版社 1(上接第 32页 图 4安装导流叶片时水套水循环状况示意图32M Pa , 额定负荷为 120k W 。 工厂制作过程 顺利 , 基本达到易于焊接及无损探伤 。 并在工 厂进行了模拟试运行 。 这台水套炉后来安装

15、在天然气采气井场 。工厂模拟试运行时 , 测试了水套上下水 温 。 上部温度 90 , 下部温度 58 , 上下温度 差较大 。 在接近没有导流板时的循环死区 , 得 到 58的温度 , 说明导流板起了一定的作 用 , 但没有达到理想程度 。 很可惜由于其它原 因 , 未作进一步的井场测试 。 也没有对导流板 作进一步的研究和改进 。(下转第 64页 83 天然气与石油 2000年改进 , 我们可以预期现有的气体测量技术会 得到改进 , 新的计量技术将会引入 。 重点将会 是发展经济性好 、 精确度和可靠性高的测量 系统 。 实时测量数据将会成为大多数输气公 司的发展目标 。 将会看到对计算机

16、技术的依 赖程度会越来越大 。 在测量系统中广泛采用 内置式微处理机将会提高测量的精确度 快测量数据的传输分配我诊断能力, 有助于更准确地 安全性 。所有这些改进措施都会提高操作效率 , 最大限度地提高系统生产能力 , 降低经营成 本 , 保证运行安全 。 另外 , 预计对工业标准化 会更加重视 , 这有助于最大限度地降低设备 成本 , 提供良好的软硬件互换性和通用性 , 在 输气商及其用户之间实现数据共享 。对未来数年内气体计量技术可能出现的 变化我们作了一般性的预测 。 管线气体杂 志 在以后各期还将刊载系列文章 , 详细介绍 有关具体技术进展和新的气体计量装置的信 息 。参考文献 :1同

17、心直角铣孔流量计的技术规范和安装要求 1美国石油学会 1996年石油测量标准手册第 1413章第 2部分 12莫里森 , G 1L 1等著 1孔板流量计和缝板流量计的比较 1流量测定仪表系统 1994年第 5卷 第 2号 13洛斯 , 伊丽萨白 M 和阿伯德尔 K 1奥赞等著 1整体流量调节和流量计量 1协会 1996卷, 11俄亥俄州克利夫兰市 1999年 5月美国瓦斯协会经营联合会会报 1 5谢伯 , 威廉 M 等著 1阿卡特 , 一种自检的气体 涡轮流量计 1俄亥俄州克利夫兰市 1999年 5月美国瓦斯协会经营联合会会报 16采用多通道超声波流量计测量气体 1美国瓦 斯协会 1998年

18、6月传输测量委员会第 9号报 告 17微激光多谱气流计 11997年 8月美国国家航 空与航天局技术简报 18伯林 , 肯富克斯 A 等著 1天然气能流量测定 的替换产品之技术评价和可行性评估 11999年 1月美国能源部第 D E 2FC 21296M 33033号 合作协定第 A 、 B 项任务的决算报告 19萨维德 , 杰弗雷 L 等著 1气体研究所热动力性 能计算机扩展程序 11989年 3月芝加哥气体 研究所 110 10家州际输气公司采用气体研究所技术后 获得的效益 11999年雷地安国际 LL C , 气体 研究所第 GR I 299 0021号报告 1四川石油管理局勘察设计研究

19、院 熊光德 译 自美国 管线气体杂志 199917四川石油管理局勘察设计研究院 闫光灿 校(上接第 38页 7结论711高压水套炉盘管必须设计成易于焊接 组装 , 易于进行无损探伤的结构 , 以保证设备 的安全 , 井口的安全 。 这是对井场水套炉的基 本要求 。 传统的蛇形盘管不是符合上述要求 的最佳结构 。712从理论与实践证明 , 螺旋盘管水套炉能 基本满足上述要求 。 但是 , 还应该拿出必要的 资金与投入更大的热情 , 进一步的研究与实 践 , 使螺旋管水套炉更成熟 , 更符合要求 , 更 安全运行 。保证井场安全是螺旋管水套炉出生的唯 一动力 。参考文献 :1李之光 , 蒋智翔 1

20、锅炉受压元件强度标准分 析 1技术出版社 , 1980, 11第 1版 12 SY T 0419297油田专用水套加热炉制造 、 安装 及验收规范 1(审稿人高级工程师 李仁义 46 天然气与石油 2000年 SUBJECT HEAD INGS: Su lp hu r recovery, Exhau st 2hea t bo iler, P rocessing facto r, H igh tem p era tu re su lp hu riza t ion, Influence ana lysis. Elem en tary Ana lys is of Appl ica tion of H

21、Y SY S Sof tware in TEG D ehydra tion Process ing D es ign L iu J iahong, Zhou P ing. NGO , 2000, 18 ( 1 : 18 19 ABSTRACT: T h is p ap er d iscu sses adap tab ility of H YSYS softw a re in T EG dehyd ra t ion p r2 ocessing com p u t ing th rough living exam p les. M o reover, it g ives deta il in t

22、roduct ion of selct ion of sta te equa t ion and un it s, such a s ab so rbo r and regerera to r, and determ ina t ion of p a r2 am eters. SUBJECT HEAD INGS: H YSYS softw a re, T EG dehyd ra t ion, P rocess m odel, Com p u t ing. CO RRO S I N AND CO RRO S I N PREVENT I N O O O Ana lys is and Coun te

23、rm ea sure of Inf luence Factors on Corros ion Preven tion L i J ian jun. NGO , 2000, 18 ( 1 : 27 29 ABSTRACT: T h is p ap er m akes a sp ecia l effo rt to ana lyze severa l m a jo r facto rs affect ing co rr2 o sion qua lity and p rovides coun term ea su res to im p rove qua lity of co rro sion p r

24、even t ion. SUBJECT HEAD INGS: Co rro sion, P reven t ion qua lity, A na lysis, Coun term ea su re. M ACH INERY & EQU IPM ENT Sp ira l Co il W a ter- jacket Bo iler . Song Zhaom ing, L iW ei NGO , 2000, 18 ( 1 : 30 32 ABSTRACT: D escribes d ifficu lt ies in ben t m anufactu ring, co il w eld ing and

25、 w eld non 2dest r2 uct ive detect ion, and safety influence on o il and ga s p roduct ion on w ell sites. Pu t s fo rw a rd the concep t of sp ira l co il w a ter 2jacket bo iler. Sum s up exp erience and lesson s fo rm m anufactu r2 ing. SUBJECT HEAD INGS: W ell site safety, W a ter 2jacket bo ile

26、r, Ga s co il, B en t, Co il w eld ing, . N ondest ruct ive detect ion, Co iled p ip e, Sp ira l co il C IV I ENG INEER ING L Ca lcula tion and Ana lys is of P ile Founda tion H u D aohua. NGO , 2000, 18 ( 1 : 39 43 ABSTRACT: A dop t s 4 sed im en ta t ion ana lyses on one p ile founda t ion design, and po in t s ou t ex ist ing p rob lem s in ca lcu la t ion. A na lyzes in deta il