CN103775029B - 余热回收液氮蒸发*** - Google Patents

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Abstract

一种余热回收液氮蒸发***。为了克服现有热回收式液氮蒸发***不能对液氮蒸发***实施有效控制，无法满足生产作业需求的不足，本发明的动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成通过管线依次连接，氮蒸发总成的液氮蒸发器（19）入口端通过管线与动力总成的液氮泵（4）出口端连通；控制总成包括核心控制器（21）和人机界面（22），核心控制器（21）与动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成中的测温元件、控制装置连接。其有益效果是，利用回收余热技术加热液氮，充分回收发动机产生余热，提高燃油的利用效率；安全可靠，满足油气井的防爆要求。

Description

余热回收液氮蒸发***
技术领域
本发明涉及一种石油开发领域的液氮蒸发装置，尤其是涉及一种余热回收液氮蒸发***，属于油气开发过程中氮气压裂装备。
背景技术
在油气开发过程中，应用氮气技术对油井、油层进行处理与常规技术相比具有安全、省时、快捷、高效、成功率高等特点。氮气压裂装备是石油天然气开发过程中的重要装备，它的动力源为柴油机。柴油机的机械转化效率仅为35%，其余65%转化为热能，主要通过散热器和排气管散发掉，造成能量浪费，也对环境造成不利影响。
氮气压裂作业时需要把低温低压液氮加热蒸发为常温低压氮气输出。液氮蒸发主要有直燃式和非直燃式。直燃式蒸发器以柴油为燃料，明火加热蒸发液氮，该类装置具有液氮蒸发排量大，工作压力高、工作性能稳定等特点，但其结构复杂，在施工作业现场，燃油加热易发生火灾或***，存在安全隐患。
非直燃式液氮泵车又称热回收式，利用发动机的冷却液热量、液压***热量和发动机尾气的热量来蒸发液氮，或者是由专用水刹车***和发动机尾气提供热量来蒸发液氮。2010年11月3日公开的中国实用新型专利《热回收式液氮蒸发***》（公开号CN201620835U），由雾化装置和热交换装置组成，雾化装置的喷嘴与热交换装置的热交换室内腔相通；雾化装置的压缩空气管与喷管固定连接，喷管的前端为喷嘴，喷嘴的喷口面积小于喷管的横截面积；虹吸管的一端与压缩空气管连通，另一端位于水箱内；热交换装置的热交换室上端有排气孔。该装置能够有效提高热交换装置的热容，提高热效率。但是该***不能对液氮蒸发***实施有效控制，无法满足生产作业需求。
发明内容
为了克服现有热回收式液氮蒸发***不能对液氮蒸发***实施有效控制，无法满足生产作业需求的不足，本发明提供一种余热回收液氮蒸发***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：余热回收液氮蒸发***包括动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成，动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成通过管线依次连接，氮蒸发总成的液氮蒸发器入口端通过管线与动力总成的液氮泵出口端连通；控制总成包括核心控制器和人机界面，核心控制器与动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成中的测温元件、控制装置连接。
动力总成由发动机、分动箱、液力传动箱、液氮泵、增压泵、液氮罐依次连接组成；发动机安装有温度传感器。
余热回收总成由发动机冷却余热回收回路、尾气余热回收回路组成。发动机冷却余热回收回路的水箱与循环液水箱连通，三通分流调节阀的三个通道分别与水箱、循环液水箱入口、动力总成的发动机连通；循环液水箱安装有温度传感器。尾气余热回收回路由尾气余热换热器、排气管调节装置、离心泵组成。循环液水箱与尾气余热回收回路的尾气余热换热器、离心泵连通；尾气余热换热器与发动机的连接管线上安装有排气管调节装置。
热能补偿总成包括热能发生器、加载装置。热能发生器与动力总成的分动箱连接；加载装置安装在热能补偿总成的热能发生器和与循环液水箱之间的连接管线上；加载装置与循环液水箱之间的连接管线上安装有温度传感器。
液氮蒸发总成由循环液变量泵、液氮蒸发器组成。液氮蒸发器与循环液水箱、动力总成的液氮泵连通；液氮蒸发器与循环液水箱连通管线上安装有循环液变量泵；液氮蒸发器上安装有温度传感器。
控制总成的核心控制器与4个温度传感器连接，与排气管调节装置、三通分流调节阀、加载装置、循环液变量泵连接，根据预设定控制余热回收液氮蒸发***。
本发明的有益效果是，利用回收余热技术加热液氮，整个过程中没有明火，安全可靠，适应油气井的防爆要求；充分回收发动机产生余热，提高燃油的利用效率；具有温度自动保护功能，有效保护设备、人身安全。
附图说明
图1是本发明余热回收液氮蒸发***结构框图。
图2是本发明控制***结构框图。
图中：1.发动机，2.分动箱，3.液力传动箱，4.液氮泵，5.增压泵，6.液氮罐，7.尾气余热换热器，8.排气管调节装置，9.水箱，10.温度传感器，11.三通分流调节阀，12.温度传感器，13.循环液水箱，14.离心泵，15.热能发生器，16.加载装置，17.温度传感器，18.循环液变量泵，19.液氮蒸发器，20.温度传感器，21.核心控制器，22.人机界面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
参见附图1。本发明余热回收液氮蒸发***，包括动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成、控制总成，其中的动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成通过管线依次连接。
氮蒸发总成的液氮蒸发器19入口端通过管线与动力总成的液氮泵4出口端连通。控制总成配置核心控制器21和人机界面22，核心控制器21与动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成中的测温元件、控制装置连接。
动力总成由发动机1、分动箱2、液力传动箱3、液氮泵4、增压泵5、液氮罐6依次连接组成。
余热回收总成由发动机冷却余热回收回路、尾气余热回收回路组成。发动机冷却余热回收回路包括水箱9和三通分流调节阀11。水箱9与循环液水箱13连通，三通分流调节阀11的三个通道分别与水箱9、循环液水箱13入口、动力总成的发动机1连通。尾气余热回收回路由尾气余热换热器7、排气管调节装置8、离心泵14组成；循环液水箱13与尾气余热回收回路的尾气余热换热器7、离心泵14连通；尾气余热换热器7与发动机1的连接管线上安装有排气管调节装置8。
热能补偿总成包括热能发生器15、加载装置16。热能发生器15与动力总成的分动箱2；加载装置16安装在热能补偿总成的热能发生器15和与循环液水箱13之间的连接管线上。
液氮蒸发总成由循环液变量泵18、液氮蒸发器19组成。液氮蒸发器19与循环液水箱13、动力总成的液氮泵4连通；液氮蒸发器19与循环液水箱13连通管线上安装有循环液变量泵18。
参见附图2。发动机1安装有温度传感器10，循环液水箱13安装有温度传感器12，加载装置16与循环液水箱13之间的连接管线上安装有温度传感器17；液氮蒸发器19上安装有温度传感器20。控制总成的核心控制器21与上述4个温度传感器连接，与排气管调节装置8、三通分流调节阀11、加载装置16、循环液变量泵18连接，根据预设定控制余热回收液氮蒸发***。
发动机冷却余热回收回路的温度控制范围为71～93℃。根据发动机1的冷却温度传感器10、循环液水箱温度传感器12的测量温度，调节发动机冷却回路的三通分流调节阀11，分配从发动机1到水箱9、循环液水箱13的冷却液流量，将发动机1的温度保持到规定温度范围内，并最大限度将热量收集到循环液水箱13内。
尾气余热回收回路的温度控制范围为38～71℃。根据循环液水箱温度传感器12的测量温度，调节排气管调节装置8，分配尾气流量直接排空和通过尾气余热换热器7的比例，并将交换热量通过离心泵14收集到循环液水箱13。
热能补偿总成的热能发生器15采用水力涡轮形式。该涡轮机构经分动箱2与发动机1连接，其作用是在余热回收热量不能满足液氮蒸发所需热负荷时，通过加载装置16对发动机1进行加载，将发动机1的动能转变为涡轮机构介质的热能，增加热量输出。
液氮蒸发总成的温度控制范围为38～71℃。余热回收总成回收的热量、热能补偿总成产生的热量收集到循环液水箱13内，通过循环液变量泵18将高温循环液输送到液氮蒸发器19内加热蒸发液氮，液氮转换为气态输出（温度由温度传感器20测量），低温循环液返回循环液水箱13，开始下一个循环。
控制总成的核心控制器21采用西门子S7-224XP CN，配置TD400C人机界面22。核心控制器21采集温度传感器测量温度并及时调节，保持液氮蒸发***热负荷平衡。采用串级控制的方式，其中液氮蒸发总成控制为主调节器，发动机冷却余热回收回路、尾气余热回收回路、热能补偿总成控制为副调节器。
本发明余热回收液氮蒸发***工作过程如下，
***工作初期，打开液氮罐6使液氮进入液氮泵4的冷端，进行冷泵。冷泵充分后，可启动发动机1进行泵注作业。发动机1驱动分动箱2，分动箱2带动液力传动箱3驱动液氮泵4，发动机1取力器带动液压马达驱动增压泵5。液氮从液氮罐6流出经增压泵5增压，以确保输出液氮泵4的吸入端的压力为正压。
正常工作后，动力总成将液氮罐6内的液氮通过液氮泵4输出到液氮蒸发器19中。余热回收总成、热能补偿总成将热量收集到循环液水箱13中，高温循环液经过循环液变量泵18输送到液氮蒸发器19中，用于加热蒸发液氮，液氮吸热后，气态输出，低温循环液返回循环液水箱13。
余热回收液氮蒸发***在工作过程中，根据液氮蒸发所需热负荷的大小，分别对余热回收总成的发动机冷却余热回收回路、尾气余热回收回路进行调节。工作初期，液氮蒸发所需热负荷小，尾气余热回收回路、发动机冷却余热回收回路的热量能够满足需求；随着热负荷增加，启动热能补偿总成，通过加载装置16对发动机1加载将发动机1的动能转变为热能发生器15内介质的热能，增加热量输出，保持***热负荷平衡。
控制总成对工作过程进行在线监控，采集***中温度传感器10、温度传感器12、温度传感器17、温度传感器20的实时温度，并及时调节三通分流调节阀11、排气管调节机构8、加载机构16、循环液变量泵18保持液氮蒸发***热负荷平衡。
本发明余热回收液氮蒸发***具有以下特点：
1．利用回收余热技术加热液氮，整个过程中没有明火，安全可靠，满足油气井的防爆要求。
2．充分回收发动机产生余热，提高燃油的利用效率；调节热能发生器补偿液氮蒸发所需热负荷，调节平稳，能适应作业中负荷变化剧烈的工况。
3．具有温度自动保护功能，有效保护设备、人身安全。
应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (1)

1.一种余热回收液氮蒸发***，包括动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成，其特征是：
所述的动力总成、余热回收总成、热能补偿总成、液氮蒸发总成通过管线依次连接，氮蒸发总成的液氮蒸发器（19）入口端通过管线与动力总成的液氮泵（4）出口端连通；
所述动力总成由发动机（1）、分动箱（2）、液力传动箱（3）、液氮泵（4）、增压泵（5）、液氮罐（6）依次连接组成；发动机（1）安装有第一温度传感器（10）；
所述余热回收总成由发动机冷却余热回收回路、尾气余热回收回路组成；
所述发动机冷却余热回收回路包括水箱（9）和三通分流调节阀（11）；水箱（9）与循环液水箱（13）连通，三通分流调节阀（11）的三个通道分别与水箱（9）、循环液水箱（13）入口、动力总成的发动机（1）连通；循环液水箱（13）安装有第二温度传感器（12）；
所述尾气余热回收回路由尾气余热换热器（7）、排气管调节装置（8）、离心泵（14）组成；
循环液水箱（13）与尾气余热回收回路的尾气余热换热器（7）、离心泵（14）连通；尾气余热换热器（7）与发动机（1）的连接管线上安装有排气管调节装置（8）；
所述热能补偿总成包括热能发生器（15）、加载装置（16）；所述热能发生器（15）采用水力涡轮形式，所述热能发生器（15）通过分动箱（2）与发动机（1）连接；所述加载装置（16）安装在热能补偿总成的热能发生器（15）和与循环液水箱（13）之间的连接管线上，通过加载装置（16）对发动机（1）进行加载，使发动机（1）的动能转变为热能发生器（15）的热能；加载装置（16）与循环液水箱（13）之间的连接管线上安装有第三温度传感器（17）；
所述液氮蒸发总成由循环液变量泵（18）、液氮蒸发器（19）组成；
所述液氮蒸发器（19）与循环液水箱（13）、动力总成的液氮泵（4）连通；液氮蒸发器（19）与循环液水箱（13）连通管线上安装有循环液变量泵（18）；
所述液氮蒸发器（19）上安装有第四温度传感器（20）；
控制总成包括核心控制器（21）和人机界面（22），所述核心控制器（21）与第一温度传感器（10）、第二温度传感器（12）、第三温度传感器（17）、第四温度传感器（20）连接，与排气管调节装置（8）、三通分流调节阀（11）、加载装置（16）、循环液变量泵（18）连接；所述控制总成将发动机冷却余热回收回路的温度控制在71-93℃，将尾气余热回收回路的温度控制在38-71℃，将液氮蒸发总成的温度控制在38-71℃。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105090741A (zh) * 2015-09-02 2015-11-25 三一重型能源装备有限公司 一种液氮泵注装置及液氮泵车
CN105736099A (zh) * 2016-04-07 2016-07-06 舟山巨洋技术开发有限公司 一种基于船舶尾气余热和液氮冷冻的节能***
CN109032201B (zh) * 2017-06-09 2024-07-16 北京京仪自动化装备技术股份有限公司 半导体生产用温控设备
CN109882131A (zh) * 2019-03-15 2019-06-14 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 一种适用于油气田的热回收液氮蒸发***
CN111206901A (zh) * 2020-01-19 2020-05-29 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 一种氮气泡沫水泥制备装置及其制备方法
CN114320657B (zh) * 2021-12-23 2023-08-15 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 热回收液氮的温度控制方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3018634A (en) * 1958-04-11 1962-01-30 Phillips Petroleum Co Method and apparatus for vaporizing liquefied gases and obtaining power
JP2004150685A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 窒素製造設備及びタービン発電設備
CN1865676A (zh) * 2006-04-07 2006-11-22 谢适发 汽车发动机尾气回收利用装置
KR20070076213A (ko) * 2006-01-16 2007-07-24 김우균 히터펌프를 이용한 액체 질소 및 전기 자동차
CN201190892Y (zh) * 2008-02-14 2009-02-04 烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司 热回收式液氮泵撬
CN201237460Y (zh) * 2008-07-11 2009-05-13 烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司 热回收式液氮蒸发器
CN201620835U (zh) * 2010-02-03 2010-11-03 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 热回收式液氮蒸发***
CN102072585A (zh) * 2010-12-07 2011-05-25 杭州电子科技大学 以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环***
CN202144943U (zh) * 2011-07-25 2012-02-15 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 一种液氮泵橇
CN202148961U (zh) * 2011-07-25 2012-02-22 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 单循环水路热量回收***
CN202157878U (zh) * 2011-07-25 2012-03-07 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 一种利用水刹车的液氮蒸发***
CN102383968A (zh) * 2011-07-25 2012-03-21 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 单循环水路热量回收的方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3018634A (en) * 1958-04-11 1962-01-30 Phillips Petroleum Co Method and apparatus for vaporizing liquefied gases and obtaining power
JP2004150685A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 窒素製造設備及びタービン発電設備
KR20070076213A (ko) * 2006-01-16 2007-07-24 김우균 히터펌프를 이용한 액체 질소 및 전기 자동차
CN1865676A (zh) * 2006-04-07 2006-11-22 谢适发 汽车发动机尾气回收利用装置
CN201190892Y (zh) * 2008-02-14 2009-02-04 烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司 热回收式液氮泵撬
CN201237460Y (zh) * 2008-07-11 2009-05-13 烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司 热回收式液氮蒸发器
CN201620835U (zh) * 2010-02-03 2010-11-03 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 热回收式液氮蒸发***
CN102072585A (zh) * 2010-12-07 2011-05-25 杭州电子科技大学 以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环***
CN202144943U (zh) * 2011-07-25 2012-02-15 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 一种液氮泵橇
CN202148961U (zh) * 2011-07-25 2012-02-22 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 单循环水路热量回收***
CN202157878U (zh) * 2011-07-25 2012-03-07 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 一种利用水刹车的液氮蒸发***
CN102383968A (zh) * 2011-07-25 2012-03-21 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 单循环水路热量回收的方法

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